導(dǎo) 讀

針對(duì)河北省首座全地下軌道交通110 kV主變電站，從工程建筑定性、建設(shè)規(guī)模以及地下變電站的特殊性角度出發(fā)，對(duì)該建筑物消防系統(tǒng)選取、消火栓系統(tǒng)流量取值、火災(zāi)延續(xù)時(shí)間確定、氣滅系統(tǒng)設(shè)置、滅火器及消防沙箱配置、消防排水組織、與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制等方面進(jìn)行了分析和總結(jié)，并結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的問題、注意事項(xiàng)及有爭(zhēng)議的設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行闡述，提出了一套安全可行的軌道交通全地下變電站消防給水及滅火設(shè)施配置設(shè)計(jì)方案。

0 引言

傳統(tǒng)地上軌道交通主變電站受線網(wǎng)選址制約，常位于城市中心，建成后對(duì)城市景觀的影響及噪聲污染是軌道交通環(huán)境保護(hù)關(guān)注的重難點(diǎn)之一。運(yùn)河橋變電站作為石家莊市軌道交通2號(hào)線一期工程的地鐵專用110 kV變電站，開創(chuàng)性的采用了河北省首座全地下110 kV變電站，地面只保留了人員出入口和風(fēng)口，其地上規(guī)模僅為傳統(tǒng)同規(guī)模地上變電站的十分之一，不僅弱化對(duì)城市景觀、生態(tài)環(huán)境的影響，而且還可以結(jié)合周邊規(guī)劃情況進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，與周邊景觀完全融合在一起，改變了傳統(tǒng)變電站與城市的關(guān)系。

1 項(xiàng)目概況

變電站用地位于建設(shè)北大街西側(cè)、石德鐵路北側(cè)，建和橋站與義堂站之間，現(xiàn)狀為運(yùn)河橋客運(yùn)站用地，規(guī)劃為城市綠地。該工程為地下3層縱橫梁箱型框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土厚度約1.5 m，底板埋深19.15 m，總建筑面積5 235.56 m2。其中地下建筑面積為4 915.36 m2，其中地面附屬建筑面積為320.2 m2。

地下1層主要設(shè)備用房包括1號(hào)、2號(hào)主變間上空和GIS室上空、空調(diào)機(jī)房、二次設(shè)備室、蓄電池屏室、氣瓶間、消防泵房、消防水池等，管理用房設(shè)有一個(gè)值班室（兼消防）。地下2層主要為1號(hào)主變間、2號(hào)主變間、站變室、GIS室、SVG室等重要的設(shè)備用房以及空調(diào)機(jī)房。地下3層主要為電纜夾層、主變油池和空調(diào)機(jī)房。該變電站正常運(yùn)行時(shí)承擔(dān)2號(hào)線約一半用電負(fù)荷，于2019年11月10日全線電通。

變電站位于地下解決了環(huán)境、噪聲等問題，但對(duì)消防、排水及防災(zāi)等方面設(shè)計(jì)是一次的考驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)軌道交通全地下變電站極少，關(guān)于此方面的設(shè)計(jì)規(guī)范要求不一致，設(shè)計(jì)可供參考借鑒案例較少。通過(guò)查閱大量資料、考察國(guó)內(nèi)類似工程、并組織多次技術(shù)討論后形成了本工程的消防給水系統(tǒng)及固定滅火裝置方案。

2 消防系統(tǒng)設(shè)置選取

2.1 消防概況及消防特點(diǎn)

本工程消防設(shè)計(jì)基于同一時(shí)間內(nèi)變電站可能發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)為一次來(lái)考慮。建筑定性為丙類無(wú)人值守變電所，耐火等級(jí)地下一級(jí)、地上二級(jí)，單臺(tái)油浸變壓器含油量約為17 t，總建筑體積50 000 m3＞V＞25 000 m3。地下建筑高度-17.65 m，地上建筑高度8.5 m。

本工程的主變電站、GIS室、SVG室等重要電器房間均位于地下2層，重要電器設(shè)備房間采用耐火極限不低于2 h的隔墻和耐火極限不低于1.5 h的樓板與其他部位隔開。變電所設(shè)備選型注重防火，除變壓器外均不采用油開關(guān)及設(shè)備，中、低壓電纜均采用阻燃低煙無(wú)鹵型。本工程具有人員較少，可燃物少的特點(diǎn)，火災(zāi)發(fā)生概率低，火災(zāi)主要為房間內(nèi)電器火災(zāi)，發(fā)生火災(zāi)后應(yīng)優(yōu)先考慮在火災(zāi)前期通過(guò)自動(dòng)滅火將火災(zāi)撲滅，若火情蔓延，則疏散及救援難度較大。發(fā)生火災(zāi)后直接影響軌道交通2號(hào)線的運(yùn)營(yíng)，社會(huì)影響較大。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置及選取

通過(guò)對(duì)本工程建設(shè)及火災(zāi)特點(diǎn)分析，滅火理論上應(yīng)在有可能發(fā)生火災(zāi)的房間設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施，優(yōu)先撲滅火災(zāi)，各房間通過(guò)防火墻及防火門分隔，將火情擴(kuò)散概率降到最低。發(fā)生火災(zāi)后，變電所值班室，義堂站車控室及控制中心（OCC）收到報(bào)警反饋，若發(fā)現(xiàn)火情蔓延，則由消防人員通過(guò)滅火器、室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)滅火。滅火設(shè)施設(shè)置主要有室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)、室外消火栓給水系統(tǒng)、推車及手提滅火器布置、沙箱配置、氣體滅火系統(tǒng)。

3 消防給水系統(tǒng)及固定滅火裝置設(shè)計(jì)

3.1 消火栓系統(tǒng)

3.1.1 水源選取

消火栓系統(tǒng)水源優(yōu)先考慮市政供水水源，分別由本工程西側(cè)建設(shè)大街上DN500供水管網(wǎng)和北側(cè)豐收路上DN300供水管形成的環(huán)裝供水管網(wǎng)上接入兩根DN200的給水管作為本項(xiàng)目的水源，接入點(diǎn)水壓約為0.20 MPa。

3.1.2 消火栓系統(tǒng)水量及火災(zāi)延續(xù)時(shí)間選取

關(guān)于室內(nèi)外消防水量的選取，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段可依據(jù)規(guī)范為《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）、《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50229-2006）、《35~220 kV城市地下變電站設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL/T 5216-2017）、《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51298-2018）4本規(guī)范，但各規(guī)范對(duì)本項(xiàng)目消防水量要求不同。因此在考慮本工程消火栓流量選取時(shí)，進(jìn)行過(guò)詳細(xì)論述及討論。

（1）按照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014），考慮本工程是地下建筑，工程總體積V＞25 000 m3，室內(nèi)消火栓流量Q=40 L/s，室外消火栓流量Q=25 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2 h。

同時(shí)本規(guī)范3.4.8條對(duì)變電站室外消火栓設(shè)計(jì)流量有相關(guān)要求，本工程變電站單臺(tái)油浸變壓器含油量W=17 t，室外消火栓設(shè)計(jì)流量取20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2 h，但規(guī)范對(duì)此要求僅局限于地上構(gòu)筑物，不適用于本工程，所以僅可作為參考。

（2）依據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50229-2006），本工程建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類，耐火為一級(jí)，按照本工程建筑體量，本工程室外消防流量按30 L/s，室內(nèi)消火栓用水量不小于10 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間在本規(guī)范中未做要求，本規(guī)范未界定變電站位于地下或地上，均統(tǒng)一取值。

（3）《35~220 kV城市地下變電站設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL/T 5216-2017)中要求本工程需設(shè)置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)，并對(duì)室內(nèi)消火栓安裝位置有相關(guān)要求，但對(duì)室內(nèi)外消防用水量未做詳細(xì)要求，具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性、火災(zāi)特性和環(huán)境條件等因素綜合確定。

（4）《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51298-2018)要求同（2）。

4本規(guī)范要求對(duì)比如表1所示。

表1 全地下主變電站消火栓流量及火災(zāi)延續(xù)時(shí)間設(shè)計(jì)規(guī)范要求

通過(guò)對(duì)4本規(guī)范關(guān)于本工程室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的要求進(jìn)行分析，同時(shí)考慮變電站的重要性及位于地下救援難度增加等諸多因素，室內(nèi)外消防用水量及火災(zāi)持續(xù)時(shí)間按規(guī)范較嚴(yán)的要求來(lái)確定，最終明確室外消防用水量Q=30 L/s，室內(nèi)消防用水量Q=40 L/s?；馂?zāi)延續(xù)時(shí)間，不小于2 h。

3.1.3 室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）室外消火栓系統(tǒng)。由本工程附近建設(shè)大街和豐收路接入兩根不同的DN200水源管，經(jīng)過(guò)倒流防止器后，在本工程建設(shè)紅線內(nèi)成環(huán)，室外消火栓在供水環(huán)管上設(shè)置，室外消火栓距離本工程消防車道邊緣不超過(guò)2.0 m，消火栓在場(chǎng)區(qū)內(nèi)均勻布置且間距不超過(guò)100 m，并保證其距離水泵接合器15~40 m。根據(jù)本工程體量，共設(shè)置兩組室外消火栓+水泵接合器組。供水壓力保證滅火最不利點(diǎn)消火栓的水壓不小于0.10 MPa（從室外地面算起），核算后利用市政壓力可滿足室外消火栓系統(tǒng)壓力需求。

（2）室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。按照本工程建筑高度，本工程消火栓系統(tǒng)不分區(qū)，僅考慮一個(gè)分區(qū)，最大靜壓0.52 MPa，小于1.0 MPa。

本工程消火栓，栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.25 MPa，水槍充實(shí)水柱不應(yīng)小于10 m，市政壓力不滿足消火栓壓力要求，因此采用臨時(shí)高壓消火栓系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)由泵房加壓系統(tǒng)加壓滅火。

消防泵房與消防水池設(shè)置在地下1層，距地面高度-7.45 m，通過(guò)消防泵房附近2號(hào)出入口可通往地面。消防水池儲(chǔ)存一次消防室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的用水量，有效容積不小于288 m3，由室外消防供水環(huán)網(wǎng)接入一根DN100供水管為消防水池補(bǔ)水，消防水池不分格。消火栓加壓泵設(shè)置2臺(tái)(1用1備)，水泵型號(hào)為Q=40 L/s，H=40 m，N=30.0 kW，消防泵采用消防電源，一級(jí)負(fù)荷，消防水泵出水管兩路在本工程內(nèi)部成環(huán)。

因本工程的土建特點(diǎn)，設(shè)置屋頂高位水箱位置受限，因此未設(shè)置高位水箱僅考慮設(shè)置了穩(wěn)壓設(shè)備一套，穩(wěn)壓設(shè)備與室內(nèi)消火栓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)DN100管道連接，平時(shí)管網(wǎng)壓力由穩(wěn)壓設(shè)備穩(wěn)壓。

消火栓布置保證同層相鄰的兩個(gè)消火栓的充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)被保護(hù)范圍的任何部位，消防電梯間前室設(shè)消火栓，最不利點(diǎn)設(shè)置試壓消火栓。消火栓充實(shí)水柱不小于10 m，間距不大于30 m，栓口動(dòng)壓不小于0.25 MPa。每組消火栓箱均配DN65口徑的消火栓、25 m長(zhǎng)的DN65襯膠水龍帶1根（帶快裝接頭）和19口徑的水槍噴嘴1套（水槍為直流水霧兩用水槍）、自救式消防水喉1套、消防按鈕1只。在地下3層中消火栓栓口出水壓力超過(guò)0.5 MPa，采用減壓穩(wěn)壓消火栓。

由地下1層消火栓環(huán)網(wǎng)，接出兩組共4個(gè)水泵接合器，每組接合器為雙排并列式。本工程水泵接合器設(shè)置的總給水流量大于室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量40 L/s，室內(nèi)消防原理如圖1所示。

圖1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)原理

3.2 氣體滅火系統(tǒng)

常規(guī)的地上軌道交通主變電站，不需要設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。但對(duì)于本工程全地下主變電站，按現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》《35~220 kV城市地下變電站設(shè)計(jì)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定及要求，對(duì)重要電器房間設(shè)置了自動(dòng)滅火系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)除規(guī)范明確要求房間外，同時(shí)按地下車站保護(hù)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同類型或同性質(zhì)房間進(jìn)行了保護(hù)，本工程自動(dòng)滅火系統(tǒng)保護(hù)房間為二次設(shè)備室、GIS室、小電阻接地裝置室、SVG室（2個(gè)）、1#主變間、2#主變間、值班室（兼消防）、1#站變、35 kV配電裝置室、蓄電池屏室、民用通信設(shè)備室。

滅火介質(zhì)選取IG541混合惰性氣體，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，對(duì)人員安全。最大保護(hù)區(qū)體積1 756.17 m3＜3 600 m3，面積138.09 m2＜800 m2，符合選用管網(wǎng)滅火系統(tǒng)的要求。按全淹沒組合分配式設(shè)計(jì)，各保護(hù)區(qū)滅火劑設(shè)計(jì)濃度及高低溫復(fù)核濃度均滿足37.5%~52.0%的要求。

GIS室、1號(hào)主變間、2號(hào)主變間凈空高度為12.9 m，考慮氣體滅火的噴頭保護(hù)高度不宜大于6.5 m，因此對(duì)此高大空間氣滅保護(hù)區(qū)采用雙層氣滅噴頭保護(hù)，GIS室及主變間氣滅保護(hù)區(qū)上方吊裝孔，采用預(yù)制條形混凝土蓋板進(jìn)行封堵，封堵需嚴(yán)密，封堵物承壓需大于1 200 Pa，如圖2所示。

圖2 高大空間GIS室氣滅保護(hù)剖面

3.3 滅火器及消防沙箱配置

考慮本工程火災(zāi)危險(xiǎn)性大、影響大的特點(diǎn)，滅火器配置按嚴(yán)重危險(xiǎn)建配置?；馂?zāi)種類，電氣機(jī)房為E類，其他為A類，滅火器選用磷酸銨鹽干粉滅火器。

每個(gè)消火栓箱下部設(shè)置3具M(jìn)F/ABC5手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器放置位置滿足A類火災(zāi)場(chǎng)所最大保護(hù)距離15 m、E類火災(zāi)場(chǎng)所最大保護(hù)距離9 m的要求。1號(hào)、2號(hào)主變間配置手提式和推車式磷酸銨鹽干粉滅火器，同時(shí)配置消防沙箱，其他重要電器房間單獨(dú)增設(shè)2具滅火器。

3.4 消防排水系統(tǒng)

地下變電站在消防電梯、消防泵房及變電站低點(diǎn)，需考慮消防排水。

消防電梯排水、消防泵房排水單獨(dú)考慮，其中消防電梯排水需求按《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求考慮，按有效容積＞2 m3，總水泵流量＞10 L/s；消防泵房排水泵總排水能力按不小于補(bǔ)水管的補(bǔ)水能力選型，避免水池液位判斷失誤時(shí)持續(xù)補(bǔ)水影響變電所運(yùn)行。變電所局部低點(diǎn)排水，按《地鐵設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 51298-2018）要求總排水能力不應(yīng)小于一次消防的室內(nèi)消防水量及結(jié)構(gòu)滲漏水量總和，其中室內(nèi)消防水量144 m3/h，結(jié)構(gòu)滲漏水量不超過(guò)0.5 m3/h?？紤]單設(shè)一處排水泵站體量較大，因此在本工程地下3層設(shè)置5處小體量排水泵站，單處排水能力30 m3/h，滿足排水需求。變電所內(nèi)地下1層、地下2層消防排水通過(guò)地漏及樓面層找坡排至地下3層，地下3層由排水溝組織將排水排至各處小集水坑。其中主變間排水，需經(jīng)過(guò)地下隔油室后，再排至集水坑，如圖3所示。所有排水泵均按一級(jí)負(fù)荷消防電源配電，參與消防期間排水，本工程建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）監(jiān)控水泵狀態(tài)。

圖3 主變油池排水組織

3.5 系統(tǒng)控制

變電站設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS），按一級(jí)保護(hù)對(duì)象設(shè)計(jì)。2號(hào)線一期工程全線設(shè)有火災(zāi)報(bào)警控制中心，變電站與控制中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)中心與變電站兩級(jí)管理，中心、變電站、就地三級(jí)控制。

本工程消火栓水泵啟動(dòng)方式有壓力開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)、就地手動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)械應(yīng)急啟動(dòng)、遠(yuǎn)程啟動(dòng)4種啟動(dòng)方式。變電站內(nèi)消防泵由FAS監(jiān)控，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)消火栓箱內(nèi)的消防按鈕向FAS發(fā)出啟泵信號(hào)，F(xiàn)AS確認(rèn)后啟動(dòng)消防泵并通過(guò)其系統(tǒng)模塊點(diǎn)亮消火栓按鈕上的啟泵指示燈，告知消防人員消防泵啟動(dòng)，同時(shí)消防泵與變電站的值班室手動(dòng)控制盤有手動(dòng)控制線連接，在緊急情況下也可直接由手動(dòng)控制盤上的按鈕遠(yuǎn)程直接啟動(dòng)消防泵。

本工程氣體滅火系統(tǒng)具備自動(dòng)控制、手動(dòng)控制及機(jī)械應(yīng)急操作3種啟動(dòng)方式。在氣滅保護(hù)的房間收到煙感或溫感的火災(zāi)信號(hào)后，氣滅控制盤啟動(dòng)設(shè)在防護(hù)區(qū)的警鈴，同時(shí)向FAS系統(tǒng)提供火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，由FAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)氣滅控制系統(tǒng)完成保護(hù)區(qū)滅火功能。

4 設(shè)計(jì)思考及注意事項(xiàng)

（1）值班室（兼消防）是否需要設(shè)置氣滅的。在軌道交通的設(shè)計(jì)中車站控制室一般不設(shè)置氣滅，變電站的值班室（兼消防）功能定義FAS區(qū)域機(jī)，本工程為無(wú)人值守變電站，在值班室（兼消防）FAS機(jī)柜內(nèi)設(shè)置消防專用電話主機(jī)，主所內(nèi)電話接入鄰近義堂站；考慮值班室（兼消防）設(shè)置了FAS主機(jī)、蓄電池等重要電器設(shè)備，但非24 h值守，在因此本工程值班室（兼消防）考慮氣滅保護(hù)。但需要與運(yùn)營(yíng)單位交底明確，在巡檢人員值班期間，該房間需調(diào)至手動(dòng)狀態(tài)，避免誤噴放對(duì)值班人員造成人身傷害。

（2）本工程變電所建筑定義丙類變電所，是否需要考慮噴淋系統(tǒng)。依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）關(guān)于丙類倉(cāng)庫(kù)、廠房，超過(guò)一定規(guī)模需設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，但本工程為變電所，不屬于規(guī)范要求的廠房或倉(cāng)庫(kù)，且各重要電器房間均已設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，走廊和空調(diào)機(jī)房等其他非電器房間基本無(wú)可燃物，設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)意義較小，因此不考慮設(shè)置。

（3）消防水池補(bǔ)水需要具備遠(yuǎn)程BAS自動(dòng)控制功能。因本工程屬于無(wú)人值守工程，消防水池補(bǔ)水浮球閥為易損件，如發(fā)生故障，運(yùn)營(yíng)人員從收到高報(bào)警液位信號(hào)至關(guān)斷閥門期間易引起供水大量流失，且更換閥門期間供水不能自動(dòng)控制?；谏鲜隹紤]，在本工程消防水池設(shè)置超聲波液位計(jì)，補(bǔ)水管設(shè)置電動(dòng)蝶閥，在浮球閥故障后通過(guò)超聲波液位信息反饋至BAS聯(lián)動(dòng)控制補(bǔ)水管上電動(dòng)蝶閥的開啟及關(guān)閉，如圖4所示。

圖4 液位聯(lián)動(dòng)控制補(bǔ)水管電動(dòng)閥

（4）1號(hào)、2號(hào)主變電間氣滅設(shè)計(jì)及安裝注意事項(xiàng)。①主變間墻體設(shè)置為鋼筋混凝土作為防爆墻，因此這類房間的泄壓口應(yīng)隨結(jié)構(gòu)同期預(yù)埋，避免后期開孔影響工程質(zhì)量；②設(shè)備吊裝孔管道避讓。與常規(guī)的地下軌道交通吊裝孔設(shè)置形式不同，地下變電所的受設(shè)備尺寸控制及泄爆要求，吊裝孔一般直接設(shè)置設(shè)備房間，因此在設(shè)計(jì)氣滅房間管道時(shí)應(yīng)核查吊裝孔位置，不論設(shè)備是否已完成吊裝，管道及噴頭安裝應(yīng)靠近邊墻布置，避讓吊裝孔，如圖5所示。

圖5 主變間氣滅管道布置方式

微信對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：全地下模式軌道交通主變電站消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析；作者：劉慶、鄒魯、邵紅波、段英隨、宋婷婷、田福州；作者單位：北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司、石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司?？窃凇督o水排水》2021年第11期。