地铁消火栓系统设计要点分析

李嘉许

广州地铁设计研究院股份有限公司广东广州510006

摘要：分析地铁火灾的特点，介绍地铁消防设计的要点，结合自身设计经历，提出一些想法和建议。

关键词：地铁；火灾；消防设计要点

引言

世界上第一条地铁于1863年诞生于英国伦敦，全长约6.5公里，至今已有一百余年。在这一百多年的地铁历史中，发生频率最高，造成危害损失最大的就是地铁火灾。例如1903年8月巴黎地铁发生火灾，84人遇难；1987年11月伦敦地铁火灾，32人遇难，一百多人受伤；2003年1月韩国大邱地铁纵火案，192人遇难，148人受伤，财产损失47亿，恢复费用更是高达516亿。由此可见，地铁消防系统十分重要。

一、地铁发生火灾时的特点

1、疏散难度大：

以广州地铁三号线主线为例，其全长32.9公里，共设16座车站，日均客运量达145.76万人次。客流如此密集的情况下，很难进行有序的疏散。且地铁站位地下建筑，部分多线换乘站的站台部分更是埋深较大，除水平疏散外，垂直疏散距离较长。此外，地铁站内结构较为复杂，闸机等设备也增加了一定的疏散难度。

排烟排热能力较差：

地下车站周围被岩石、土壤包裹，是一个相对密封的环境，发生火灾后无法向地面建筑一样排烟排热，烟气与热量大量聚集，对站内人员的生命产生巨大威胁。在火势较为猛烈的情况下，站内温度可达到1000度以上。高温又会使聚集的烟气流动性增强，对逃生及救援工作造成极大困难。

2、发烟量较大：

地铁内部存在大量的装修材料及线缆，燃烧时可能产生各种有毒气体及烟尘，其中烟尘不仅会使逃生者窒息，还会影响视线增加逃生难度，甚至可能造成电路板短路，引发电气火灾，加剧燃烧的程度。

3、火情探测和扑救困难：

地下建筑发生火灾时，无法像地面建筑一样通过光、烟判断着火点的位置及火灾规模，需要对应工程图纸进行分析、推测，才能形成救火的方案，这大幅增加了地下车站火灾救援必要的时间。同时，地下车站出入口数量、宽度有限，消防车等大型消防器材难以进入车站内部，火灾时出入口往往浓烟滚滚，消防队员难以进入火情现场。

二.地铁消防系统设计要点

国内地铁线路的消防设计多以消火栓系统为主体。地铁消火栓系统是保护线路正常运行，保障人民生命财产安全的重要设施，应依照国家相关规范，本着经济、合理的原则进行设计。现由以下几个角度阐述地铁消火栓系统设计时的一些要点：

1、地铁消火栓系统的设置范围：

地铁消火栓系统的保护范围主要包括车站部分、区间部分、及通道部分。部分地铁车站可能与商业合建，此时需考虑车站消火栓系统的保护范围是否包含商业部分，当包含商业部分时，车站的消防水量及消防排水均可能发生变化；若商业部分单独设计招标，则考虑该部分的设计单位进行该部分消防系统的设计。

由于征地难度以及经济技术比较等原因，目前我国地铁基本按照中心城区以地下车站、地下区间为主，周边新兴区域以高架车站、高架区间为主的原则进行规划。其中地下车站、地下区间、地上车站的消火栓系统设计，在《地铁设计防火规范》及《地铁设计规范》均有相关规定，对于高架区间则并不明确规定。考虑高架区间消火栓使用难度较大，且高架区间一般沿既有公路建设，可利用沿途市政消火栓进行消防，现阶段大多数国内地铁高架区间均未设置消火栓。但随着地铁线路规范的延伸，部分城市高架线路较为偏僻，周边路政设施不全，也存在高架区间中设置消火栓系统的例子。对于新开展的地铁设计任务，应根据线路的具体情况和当地相关部门的意见要求，以具体问题具体分析的原则进行设计工作。

2、车站与区间消防系统联通方式介绍：

由于地铁区间相对空间较为紧张、位置较为偏僻难以管理等特征，消火栓系统的消防泵房一般设置在各个车站，由车站消防泵房提供两路消防干管接入区间。当前国内地铁消火栓系统联通方案主要有以下三种：

（1）每站联通两侧半区间消防供水方案：

该供水方案下，每个车站均联通两侧区间，并在区间中段将左右线过轨拉通，形成环网。在区间中段过轨成环，能避免区间管过长，水头损失较大，达到一定的节能目的；同时车站水泵启泵参数设定简单，管理区域划分明确，实际运营后的维护难度较低；最远端与水泵房相对距离较近，从启泵至消火栓口出流达到要求的时间较短等。

与此同时，该方案下有较多的过轨管段，需要土建预留条件；需对过轨管段焊接以及防杂散电流等，对施工质量有较高的要求；过轨段一般采用轨面留槽的方式，从轨道下穿过，其整体性及强度较差的情况下，长期受轨面震动影响，容易发生变形，导致漏水，成为行车安全隐患等。

图1每站联通两侧半区间消防供水方案示意

（2）每站联通一侧区间消防供水方案：

本方案下，每站仅供一侧区间的消防给水，区间消防管引至相邻车站，在相邻车站内部成环。这样的成环方案可以避免区间过轨，提高区间消防系统的可靠性，减少维修难度。但若区间较长，则区间消防管由本站引至临站成环会造成较大的沿程水头损失，影响选泵的扬程；同时，车站区域需要设置相当数量的减压装置；超压还易造成管网的漏失等。

图2每站联通一侧区间消防供水方案

（3）全线联通式消防供水方案：

此方案下，整条线路或其中的几个站的消火栓系统通过区间消防管道连接起来，形成一个大环。这种联合式的消火栓系统供水方式可以在避免过轨的同时，通过调整泵房启泵压力的方式，控制消火栓出流位置与启泵位置的关系，从而达到某一消火栓出流后，启泵位置为最经济合理的位置。同时全线消防泵房均为互补，当某站泵房出现停电、机械故障等原因无法运行时，临站启泵也可以达到一定的消防效果。

全线联通的缺点也很明显，对于水泵的启泵压力设置要求较高。在启泵压力设置不合理的情况下，很容易产生本站消火栓出流而临站消防泵启泵的情况，造成水头损失的不可控，可能导致消火栓出流压力、流量、消防泵启泵时间等不满足要求。同时，伴随管网条件变化，启泵压力值也需要进行微调，需要运营方与设备厂家频繁对系统进行调校。

图3全线联通式消防供水方案

3、消防水泵的选择：

消防水泵的选择包括其流量选择及扬程选择。

根据《地铁设计规范》及《地铁设计防火规范》，地下车站消火栓系统设计秒流量为20L/s，地下区间为10L/s，地上车站、控制中心等地上建筑的室内消火栓用水量，应根据现行国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定。对于与商业合建的车站，其商业部分的消火栓水量应按其体积及性质（地上或地下），根据《消防给水及消火栓系统技术规范》确定，消防水泵的选择需考虑地铁消火栓系统是否与商业合用。地铁车站的消火栓系统设计应能保证任意位置起火，均有两支水枪的充实水柱可以进行灭火，且该防火分区内的消火栓只保护该防火分区。地下车站的室外消防秒流量可参考《地铁设计防火规范》取20L/s，地上车站应根据《消防给水及消火栓系统技术规范》的相关条款选取。

消防水泵的扬程选择，应同时考虑水力条件的最有利点和最不利点。最不利点根据《消防给水及消火栓系统技术规范》栓口动压不应小于0.25MPa，消防水枪充实水柱按10m考虑；最有利点考虑栓口动压不大于0.50MPa，大于0.70MPa时必须设置减压装置。压力过小时，难以保证每根水枪5L/s的设计秒流量与消火栓的设计保护距离；压力过大则会增加消火栓出水的后坐力，影响水枪的正常使用，减压装置可考虑设置减压阀或直接使用减压型消火栓。在地下站设计时，最不利点一般位于首层的出入口处，最有利点一般位于最低层靠近立管的位置；地上站设计时，最不利点一般位于站台层的最远端（如涉及地面区间消火栓系统设计，则最不利点可能位于车站相邻区间最远端，需进行计算比较），最有利点一般为消防泵房出水干管附近。

三、总结与建议

地铁消火栓是一个复杂的系统，同样的消防目的可以通过多种方式实现，这就要求消防系统的设计人员根据项目具体特点，具体分析，以达到扬长避短的目的。例如在区间供水模式的选择上，如果可以通过设计启动逻辑的方式，例如设置水泵的优先启动等级：某一消火栓出流时，直接产生该消火栓的出流信号，并由系统进行分析计算，选择启动的水泵。通过这种方式代替传统的压力开关、流量开关启泵，结合全线联通式供水方案，是否就能得到较为全面的解决方案，都需要进一步的理论以及实践验证。

参考文献：

[1]GB50157-2013，地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2]GB50490-2009，城市轨道交通技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3]GB51298-2018，地铁设计防火标准[S].北京：中国计划出版社，2018.

[4]游渟，洪航，陈志伟.地铁火灾的特点及灭火救援对策[J].低碳世界，2018（11）：291.