城市軌道交通工程臨高壓消防給水

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【摘要】軌道交通工程采用臨高壓給水系統，設置消防給水泵房和消防水池，消防泵房內設置消防主泵、穩壓泵和氣壓罐。合理的給水方式應是來兩種：①消防主泵+高位消防水箱給水方式；②消防主泵+穩壓泵+代替高位消防水箱的氣壓罐給水方式。只有這兩種給水方式才是滿足規范要求的。

【關鍵詞】臨高壓給水系統；氣壓罐；高位消防水箱

1消防主泵+穩壓泵+氣壓罐+消防水池

該給水方式通常在地下站的地下一層或高架站的地面層設置消防給水泵房和消防水池，消防泵房內設置消防主泵、穩壓泵和氣壓罐。由城市給水管網向消防水池供水，平時穩壓泵與氣壓罐配合，根據室內消防給水管網壓力進行啟停，以保證消防給水管網的壓力，避免因泄漏水等原因造成的管網失壓，并提供火災初期用水，消防時管網大量失水，當管網壓力下降到設定值時，消防主泵啟動，對管網進行補水。具體的說來，以采用該種消防給水方式的某城市地鐵某線某站為例，本站為地下二層車站，車站設置室內消火栓系統，地下一層C號通道處設置有效容積為144m3的消防水池和消防泵房。根據計算車站最不利點消火栓所需壓力P1為0.30MPa，因此泵房內設置兩臺消防主泵（Q=20L/s，H=30m）、兩臺消防穩壓泵和一臺氣壓罐。而對于該站穩壓泵和氣壓罐的選用，我們首先要弄明白穩壓泵和氣壓罐配合的這套穩壓給水裝置的工作原理和其與消防主泵之間的工作關系：水通過消防穩壓泵加壓進入氣壓罐，使氣壓罐膠囊內充滿高壓水并與消防給水系統管網聯通，罐壁與膠囊之間則充滿了一定量的壓縮空氣，壓縮空氣的壓力與膠囊內的水壓力相等。當管網無泄漏時，管網和膠囊內水的壓力恒定，壓縮空氣的壓力也恒定，兩者壓力相等并維持平衡。當管網泄漏時，管網和膠囊內水壓力下降，此時壓縮空氣的壓力大于管網和膠囊內水的壓力，壓縮空氣擠壓膠囊使其出水補充管網的泄漏量，同時膠囊的容積逐漸縮小，壓縮空氣的容積則相應膨脹而壓力下降，管網和膠囊內水的壓力也隨之下降；當管網和膠囊內水的壓力下降當P3值時，穩壓泵啟動，一方面向管網補水，另一方面使膠囊充水，管網和膠囊內水的壓力隨之升高，同時壓縮空氣的容積相應減小、壓力升高；當管網和膠囊內水的壓力升高至P4值時，穩壓泵停泵。如此循環往復，使管網和膠囊內水的壓力維持在P3和P4值之間。而根據經驗，消防主泵從啟動到正常運轉約需要30s的時間，氣壓罐的調節容積應滿足2支水槍或5個噴頭30s的消防用水量，該氣壓罐的調節容積為兩支水槍30s的用水量，即300L。當發生火災時，消防給水管網大量失水，管網和膠囊內水的水壓急劇下降，當下降至P3值時，穩壓泵啟動，但穩壓泵供水量已無法彌補消防給水管網的失水量（根據《高層民用建筑設計防火規范》7.4.8.1“增壓水泵的出水量，對消火栓給水系統不應大于5L/s，對自動噴水滅火系統不應大于1L/s。”），管網和膠囊內水的水壓繼續下降，當下降至P2值時，消防主泵啟動，同時穩壓泵停泵。那么如何確定P1、P2、P3和P4值呢？上文中已提到P1值即為消防給水管網最不利點設備所需要的壓力，對應太平村站即為0.30MPa；P2值為消防主泵啟動壓力，該值與氣壓罐的工作壓力比有關，通過圖集《消防增壓穩壓設備選用與安裝》我們可以查到，該P1值對應的氣壓罐工作壓力比為0.80。根據《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》2.7.18的公式，我們可以計算得出P2=（P1+0.098）/0.8-0.098=0.4MPa；P3值為穩壓泵啟動壓力，同樣根據《消防增壓穩壓設備選用與安裝》P3=P2+（0.02～0.03）=0.43MPa；P4值為穩壓泵停泵壓力，同樣根據《消防增壓穩壓設備選用與安裝》P4=P3+（0.05～0.06）=0.49MPa。穩壓泵的高揚程應以（P3+P4）/2時，水泵取高效區取值。因此針對本站，其泵房內設置兩臺消防穩壓泵（Q=5L/s，H=45m）和一臺調節容積為300L的氣壓罐。說到這里，有一個問題不得不提。《建筑設計防火規范》和《高層民用建筑設計防火規范》中規定：消防給水為臨高壓給水系統時，應設置消防水箱（包括氣壓水罐、水塔、分區給水系統的分區水箱），且應保證火災初期10min的室內消防用水量。上述臨高壓給水系統中的氣壓罐調節容積僅為300L，很明顯無法滿足該規范的要求。那么上訴的消防給水系統是否存在問題呢？根據《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》7.4.3.5“氣壓水罐一般可分為兩種形式，第一種是屋頂消防水箱設置高度不能滿足要求時，而設的穩壓氣壓罐；第二種是代替臨高壓消防給水系統屋頂消防水箱的氣壓水罐”。很顯然太平村在這里的氣壓罐應為第二種情況，即代替高位消防水箱的氣壓罐。那么該氣壓罐則應滿足太平村站消火栓給水系統10min的消防用水量，如果這樣氣壓罐的調節容積將達到12m3。即使套用《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》7.4.3.5.2條“對于24m以下的設有中輕危險等級的自動噴水滅火系統的建筑物，當采用臨時高壓消防給水系統時，且無條件設置屋頂消防水箱時，可采用5L/s流量的氣壓給水設備供應10min初期用水量，即氣壓罐的調節容積為3m3”，氣壓罐的體積也明顯變大，不適合地鐵車站的使用，更何況本站也不滿足“設有中輕危險等級的自動噴水滅火系統的建筑物”的條件。而且受穩壓泵流量的限制（對消火栓給水系統不應大于5L/s，對自動噴水滅火系統不應大于1L/s），該消火栓給水系統是無法滿足本站火災初期前10min的消防用水量的。那么如果我們從城市給水管網再接出一路給水管，增加一路引入管，直接與站內室內消火栓環網相接，用城市給水管網代替高位消防水箱的作用效果會如何喃？由于城市給水管網水壓無法滿足站內最不利點消火栓使用的工作壓力，因此并不能取消消防泵房內的穩壓泵和氣壓罐，把其視為上段文字中的第一種情況的“穩壓氣壓罐”。這樣是否又滿足規范的要求了呢？由于作為代替高位消防水箱的該引入管水壓不足，在穩壓泵運行時，室內消火栓管網的壓力是大于該引入管的，這就造成了，其仍然無法提供火災初期前10min的消防用水，該方案也是有問題的。從此問題延伸到民用建筑，筆者認為規范出現了個一個矛盾不可協調的問題：即規范要求“增壓水泵的出水量，對消火栓給水系統不應大于5L/s，對自動噴水滅火系統不應大于1L/s”，筆者認為其控制最大流量主要是為了提高整個系統的反應時間，但其勢必也造成了在無法設置能滿足消防水壓的高位消防水箱的情況下，整個系統是無法提供火災前10min的消防用水量的，這是規范自相矛盾的地方。當然筆者水平有限，以上僅是一家之談，供大家討論。

2消防主泵+穩壓泵+氣壓罐+直接從城市給水管網抽水

該給水方式與第一種給水方式基本相同，僅是在水源上發生了變化，由消防水池取水變成了從城市給水管網直接取水。該給水方式最大的特點就是能合理利用城市給水管網的壓力，降低消防水泵、穩壓泵等的揚程，減少能耗，如某地鐵某線的高架車站均采用該方式。其計算的過程也與第一種給水方式相同，只是在選泵時需要減去城市給水管網的壓力，再確定揚程。該給水方式也同樣存在第一種給水方式的問題，即無法設置高位消防水箱，利用氣壓罐穩壓，滿足消防環網最不利點消火栓的工作壓力，但無法提供火災初期前10min的室內消防用水量。

3只設置消防主泵

該給水方式筆者僅在某城市地鐵某線接觸過。消防水泵直接從城市給水管網抽水，加壓后供給室內消防環網。筆者認為該種給水方式在消防時能及時提供消防用水，并保證整個環網的工作壓力，但在平時發生管網滲漏等情況下，第一并不能及時發現環網失壓，平時管網維持在低壓，且在火災時消防水泵開泵前，無法提供系統的消防用水，第二即使調整水泵的啟動壓力值，也會造成消防主泵頻繁啟動，降低設備的使用壽命，是不合理的。

4消防主泵+穩壓泵+氣壓罐+消防水池+高位消防水箱

該給水方式在城市軌道交通工程中，一般僅用在車輛段和停車場等有大型建筑物的位置，其與民建的設計基本一致，因此筆者不再詳述。

5結語

城市軌道交通工程的消防給水設計其實與民用建筑的消防給水設計基本是類同的，本文就其消防給水方式中的臨高壓給水系統進行了介紹和討論。筆者認為臨高壓消防給水系統合理的給水方式應是來兩種：①消防主泵+高位消防水箱給水方式；②消防主泵+穩壓泵+代替高位消防水箱的氣壓罐給水方式。只有這兩種給水方式才是滿足規范要求的。同時，筆者認為穩壓泵的流量上限是有問題的。當然，該增壓穩壓方式已實際使用了多年，并未出現問題。因此上文僅為筆者個人的一些看法，供大家討論。

參考文獻

[1]全國民用建筑工程設計技術措施給水排水.

作者：黃曉忠 單位：中國電建成都勘測設計研究院