随着地铁的发展, 换乘站越来越多, 其中很多换乘站带有大型商业开发;同时, 有的地铁地下车站处市政供水管网建设相对滞后, 特别是一些新兴城市, 目前还是单路供水, 如徐州地铁的彭城广场站。对该类车站消防系统设计, 如何执行《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“消水规”) 等消防规范, 设计人员的理解差异较大, 特别是对5.4.7、6.1.5、7.3.2、7.3.3、7.3.4条等条文。本文就本工程特点, 结合工程项目经验, 探讨如何合理地理解并执行规范条文, 设计出高性价比的地铁地下站消防系统。

　　 彭城广场站为徐州地铁1、2号线换乘站, 位于彭城路与淮海东路交叉路口, 1号线站台东西向沿淮海东路敷设, 为地下4层分离岛式站台车站, 2号线站台南北向延彭城路敷设, 为地下3层岛式车站;车站通过站台层的双向换乘楼梯及L型站厅层实现双向换乘。地下1层 (含地下1层夹层) 为大型商业开发, 地下2~4层为车站站厅层及站台层。

　　 本工程总建筑面积50 996m², 其中车站主体建筑面积28 131m², 商业开发 (包括地下1层夹层、地下1层) 总建筑面积17 557m², 层高约5.3m, 总体积大于25 000m³。

　　 本工程共设置15个出入口 (其中车站4个, 商业开发11个) 、5个安全出入口 (其中车站2个, 商业开发3个) 、3组风亭及2个下沉广场, 出入口均为有盖, 并位于道路红线以外。出入口、风亭、下沉广场根据使用情况, 结合建筑功能划分如下:1号线包括1、4、10号出入口, 1、2号风亭及1号安全口;2 号线包括7、3号风亭及5号安全口;商业开发包括2、3、4号安全口, 1、2号下沉广场及其余出入口。彭城广场站地面总图见图1。

　　 地下1层及地下1层夹层为商业开发区, 按规范要求设置消火栓系统、自动喷水灭火系统。地下2~4层为地铁车站, 按使用功能分别为:站厅层 (1、2号线共用) 、2号线站台层及1号线站台层;车站设置消火栓系统、自动喷水灭火系统。

　　 本工程附近中山北路东侧有DN500铸铁给水管1根, 可作为本站给水水源。根据“消水规”4.3.1条要求, “当采用一路消防供水或只有一条入户引入管, 且室外消火栓设计流量大于20L/s时, 应设置消防水池”;同时“消水规”3.3.2条规定:“建筑体积在5 000~20 000m³的地铁车站, 其室外消防水量为20L/s”。而本车站的体积远大于20 000m³, 所以, 应设置消防水池作为消防水源, 同时设计相应的消防泵房。

　　 考虑到车站和商业开发分属不同的管理部分, 为方便运行管理, 消防系统设置相对独立, 即1、2号线地铁站合用消防系统, 商业开发单独设置消防系统;车站与商业开发合用室外消防水池。

　　 根据《地铁设计规范》 (GB 50157-2013, 下称“地铁规”) 28.1.4条:“预防为主, 防消结合”的方针。一条线路、一座换乘车站及其相邻区间的防火设计, 应按同一时间发生一次火灾计”, 及“消水规”3.1.1条:“仓库民用建筑同一时间内火灾次数应按1起确定”, 所以, 本工程按1次火灾考虑。

　　 根据《地铁设计防火规范》 (报批稿) 7.1.4条:“消防用水量应按车站或区间在同一时间发生一次火灾时的室内、室外用水量之和计算”;“消水规”3.6.1条要求:“消防给水一起火灾灭火用水量应按需要同时作用的室内外消防给水用水量之和计算, 两座及以上建筑合用时, 应取最大者”;及“消水规”3.1.2条要求:“一起火灾灭火所需消防水量应按需要同时作用的各种灭火系统最大设计流量之和, 两座及以上建筑合用消防给水系统时, 应按其中一座设计流量最大者确定”;所以, 本工程消防水量可按商场开发部分计算确定, 消防水池有效容积就按火灾用水量大的一处火灾考虑, 而不必叠加 (见表1) 。

　　 其中1、2号线地铁站合用消防给水系统方案比分开设计合理, 南京地铁泰冯路站就是一个成功的案例。泰冯路站为南京地铁3号线与宁天城际一期工程的换乘站, 地下1层、地下2层为物业开发, 地下2~4层为3号线及宁天线的车站。设计时, 在保证满足消防安全的前提下, 结合周边管线情况、用地情况等多重因素综合考虑, 商业开发、3号线泰冯路站、宁天线泰冯路站三者合用消防泵房及消防水池。项目于2013年已通过消防报检, 2014年通过消防验收, 目前已正式运营多年, 运行状况良好。

　　 由于车站埋深较浅及四周地形条件限制, 消防水池设置在车站主体结构外, 和车站最上层处于同一标高位置;由于储存了室外消防用水量, 因此消防水池应设置取水口, 且吸水高度不应大于6m, 以满足消防车吸水高度要求, 同时取水口位置要保证消防车操作方便。

　　 车站的供水设施包括消防水泵组 (包括稳压泵) 、水泵接合器组;商业开发的供水设施除消防水泵组 (包括稳压泵) 、水泵接合器组外, 还包括消防水箱。

　　 本工程市政供水条件为单路供水, 所以其室外消防给水系统一般有2种方式可选, 室外低压消防给水系统和室外临时高压消防给水系统, 室内消防给水系统只能是临时高压消防给水系统。其中室外低压消防给水系统必须设水泵接合器, 以便将室外消防水池 (或室外消火栓) 的水通过水泵接合器供应到室内管网给水管网;室外临时高压消防给水系统和室内分设时也必须设水泵接合器。室内外临时高压消防给水系统均必须设消火栓泵组, 其中商业开发部分必须设消防水箱。

　　 单路供水条件下, 在市中心等离消防站位置较近的地铁地下车站, 室外消防给水系统一般采用低压消防给水系统, 这种系统可以充分利用市政消防设施, 降低消防投资, 室外低压消防给水系统见图2。

　　 该系统工作原理为:当火灾严重时, 室内消防给水系统已满足不了消防用水量要求时, 消防车从室外消火栓吸水, 通过15~40 m范围内的水泵接合器, 给室内消防系统供水, 如果发生市政供水管断水, 立即从消防水池抽水。所以, 该类室外消火栓和消防水池取水口很近, 它们和水泵接合器的距离应为15~40m, 本文把这类室外消火栓定义为A类室外消火栓 (后面有详细描述) 。从某种意义上讲, 当设有室外消防水池时就可以不设这类室外消火栓, 但考虑到供水管断水是小概率事件, 并且从室外消火栓上抽水比从消防水池抽水方便且效率高, 特别是下雪天气, 消防水池不好找, 所以一般还设室外消火栓。

　　 而在远郊的地铁地下车站, 往往离消防站比较远, 或市政供水管水压不能满足室外低压消防给水系统水压时, 消防车达到现场时间太长或使用不便, 必须设置室外临时高压消防给水系统 (见图3) 。

　　 室外临时高压消防给水系统, 又分为与室内系统分设管网的室外临时高压给水系统, 以及与室内系统合用管网的室外临时高压给水系统。

　　 当该系统和室内临时高压系统分开设置时, 其工作原理为:当火灾严重时, 室内消防给水系统已满足不了火灾用水量要求时, 开启室外消火栓泵, 从消防水池吸水, 向室外管消火栓供水, 消防车从室外消火栓吸水, 通过15~40m范围内的水泵接合器, 给室内消防系统供水。

　　 当该系统和室内临时高压系统合并设置时, 其工作原理为:当火灾严重时, 消防给水系统能满足火灾用水量要求, 所以从某种意义上讲, 这种方案不需要设计A类室外消火栓, 也不需要消防车来帮忙, 消防水池也不必设置取水口, 更不必考虑吸水高度要求, 但出于习惯和心理安慰, 还按常规做法, 通常室外消防水池还是按照设置取水口考虑。

　　 当室外给水形式为低压消防给水系统, 而室内给水形式为临时高压消防给水系统时, 室内外消火栓系统各成一个相对独立系统。

　　 当室内外给水形式均为临时高压消防给水系统时, 室内外消火栓系统可以各成一个相对独立系统, 也可以合用一个系统。当室内外消防用水量均比较小时, 为了减少投资和运用方便, 室内外管网合用一套管网比较合理, “消水规”6.1.6条要求:“当室内外采用高压或临时高压消防给水系统时, 宜与室内给水系统合用”, 主要就是针对这种情况。如南京宁和城际一期工程, 城南5站 (景明佳园站~油坊桥站) 在设计时, 恰逢“消水规”颁布执行, 由于该规范为首次颁布, 无设计案例可参照, 且当时出图时间紧张, 在与消防部门、规范编写专家沟通后, 采取室内外管网合用一套管网, 在满足消防安全的前提下, 大大节省了工程投资, 该设计方案顺利通过南京市消防部门审查, 宁和城际于2017年12月正式通车, 目前运行状况良好。

　　 但当室内外消防用水量均比较大时, 上述合用方案就明显不合理, 如带大型商业开发的地铁地下车站, 应室内外消防给水系统应各成一个相对独立系统。当然, 自动喷水灭火系统肯定是独立的临时高压消防给水系统。现将单路供水地铁地下车站消防给水系统形式见表2。

　　 室外消火栓的作用为:在临时高压消防给水系统中, 发生火灾时后, 消防人员可以直接打开消火栓阀门用于灭火;在低压消防给水系统中, 给消防车供水, 然后利用消防车直接加压灭火, 或由消防车通过水泵接合器向室内管网加压供水。也就是说, 室外消火栓的水可以直接用于灭火, 也可以用于给水泵接合器供水。对于地上建筑, 这两种功能几乎无法分开, 所以, “消水规”7.3.2、7.3.3条对室外消火栓几乎是不分功能区别。但是, 对地下建筑又必须按功能将室外消火栓做适当分类, 因为它们往往比较难以满足上面两条要求, 例如:市政道路隧道工程, 往往无法满足150m的保护距离;地下地铁车站、纯地下商场, 相对于扑救面的出入口一般太窄, 如在出入口处设太多的室外消火栓, 水枪也无法同时工作。所以, 对于地下建筑, 就有必要将室外消火栓分两类:A类、B类 (见下文描述) 室外消火栓。

　　 地下建筑除出入口外, 无特定的消防扑救面, 消防时, 室外用水量无法直接用于消防扑救面, 只能通过消防车+水泵接合器的形式, 将室外消防用水以高压的形式接入站内进行灭火, 因此, 此类室外消火栓应布置在水泵接合器附近。该类消火栓作用为提供室外消防用水量, 一般可以由市政给水引入管直接接出;但当市政为单路水源时, 须设带取水口的室外消防水池, 室外消防用水量由单路市政供水+室外消防水池取水口共同提供, 即使消防时市政管道检修, 消防取水口仍能保证室外用水量。本文定义这一类室外消火栓为A类室外消火栓, 主要对水泵接合器供水, 那么, 只要求满足“消水规”5.4.7条和水泵接合器距离为15~40 m要求即可, 不必考虑150m的保护距离。对单路供水来说, 该类室外消火栓必须在水泵接合器附近, 数量按“消水规”7.3.2条要求确定, 位置按6.1.5条要求确定。

　　 第二类室外消火栓, 主要用于直接灭火, 本文定义这一类室外消火栓为B类室外消火栓, 考虑到地下建筑扑救面宽度太窄, 该类室外消火栓只要满足距地下工程室外出入口5~40m的距离要求即可, 无需满足室外消火栓距水泵接合器的距离要求。即地下建筑中B类室外消火栓只要满足“消水规”7.3.4条要求:“人防工程、地下工程等建筑应在出入口附近设置室外消火栓, 且距出入口距离不宜小于5m, 并不宜大于40m”即可。

　　 当市政给水为单路供水时, A类室外消火栓, 设置在消防水池的进水管上, 可以设置在水表后, 也可以由水表前的市政消火栓代替, 但和水池一样, 必须和水泵接合器保持合适的距离。地铁地下车站设计室外消防用水是通过水泵接合器提供到室内管网的, 所以只要满足消防水池取水口到水泵接合器的距离在15~40m之内即可, 不要求整个地下车站在消防水池150m保护范围内。

　　 B类室外消火栓, 从“消水规”7.3.4条条文及解释“这个室外消火栓相当于建筑物消防电梯前室的消火栓, 消防队员来时作为首先进攻、火灾侦查和自我保护用的”来看, 是弥补旧规范的不足, 即地下建筑发生火灾时, 消防救援人员必须通过出入口进入地下建筑灭火, 需要有1个类似于电梯前室的消火栓, 供救援人员作为首先进攻、火灾侦查和自我保护使用。主要原因是, 当地下建筑出入口附近起火时, 烟气很容易从出入口出来, 如果不设该类消火栓, 消防人员就无法进入车站灭火, 但出入口宽度一般不大, 2支水枪即可满足要求, 性质分析相当于电梯前室消火栓, 本质上属于室内消火栓。所以设置形式可以由站内消火栓环网接出。考虑到2个出入口不可能同时起火, 所以, 不可能同时使用2个B类室外消火栓, 一个室外消火栓消防水量不大于15L/s, 因此, B类室外消火栓也可以从室外支状管网上连接, 消防供水量无需增加。

　　 A类室外消火栓数量可根据“消水规”7.3.2条确定, B类室外消火栓数量根据“消水规”7.3.4条确定, 但在地铁设计中还有不同的看法。作为目前比较权威的说法是, “消水规”规范组关于《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014) 在地铁工程中应用问题专家委员会会议纪要, 对城市轨道交通协会安全管理专业委员会的回复, 即中城轨按[2015]001号的回答第3条:“地铁工程室外消火栓的设置位置和数量应符合国家现行规范‘消水规’的有关规定, 但当设置数量在工程实践中确有困难时, 其设置数量应满足灭火消防救援要求, 且不少于2个”。很多设计人员以此文为依据, 认为只要有2个地铁出入口设室外消火栓即可。笔者认为这种解读是片面的, 合理的解释应该是“确有困难”条件下, 同时满足“满足灭火消防救援”“不少于2个”, 而要满足灭火消防救援, 必须每个出入口5~40m范围内有室外消火栓, 也就是说, 如果距离满足要求, 那么几个出入口室外消火栓可以共用;当然还要满足不少于2个, 如果只设1个消火栓, 则没法满足极端条件下的消防救援。

　　 在室外低压消防给水系统基础上, 根据B类室外消火栓连接方式不同, 系统方案分析如下:当出入口附近恰好有市政消火栓, 则直接用市政消火栓保护, 或者在出入口附近没有市政消火栓, 但有市政给水管, 则就近从该市政给水管道接一条引入管, 设水表及室外消火栓。即在室外低压消防给水系统基础上, 在每个出入口处均设计1个室外消火栓, 该室外消火栓接自市政给水管或室外消火栓管, 本文定义它为消防方案1, 即室内泵房提供室内消防用水, 室外消防水池设取水口提供室外消防用水, 出入口消火栓接自市政给水管或室外消火栓管, 如图4。

　　 该方案优点:系统简单, 无需单独设置室外泵组及环网, 投资省;1套管网、且管径小;消防泵规格小, 只需满足室内用水量;适用于出入口较少且和市政给水管布置在道路同侧的车站。缺点:市政给水管接口多;跨道路两侧的出入口, 引入管要横穿道路。

　　 考虑到本工程车站部分出入口较少 (共4个出入口) , 并且出入口分布在道路一侧, 所以车站部分选用方案1。

　　 考虑到本工程商业开发部分太大, 出入口较多 (共11个) , 如果按该方案设计, 那么每个出入口附近均需要从市政给水管接出, 不但市政给水管道开口数量较多, 申请困难, 还要担负很大的自来水接口费用。所以商业开发部分尽量不选用方案1。

　　 在室外低压消防给水系统基础上, 在每个出入口处均设计1个室外消火栓, 该室外消火栓接自室内消火栓管网, 本文定义它为消防方案2, 即室内泵房提供室内消防用水, 室外消防水池提供室外消防用水, 出入口室外消火栓按室内消火栓的延伸考虑, 接自室内消火栓管网, 如图5。

　　 该方案优点:系统简单、无需单独设置室外泵组及环网, 投资省;一套管网、且管径小;室外供水安全性高, 特别是出入口的室外消火栓, 市政给水管接口少;适用于出入口较多且出入口间距较远的车站。缺点:对现有地下建筑的室外消防设计理念有所突破, 目前尚无先例可循。

　　 该方案比较适合类似于彭城广场站大型物业开发部分。

　　 在室内外临时高压消防给水系统合用基础上, 在每个出入口处均设计1个室外消火栓, 该室外消火栓接自室内消火栓管网, 本文定义它为消防方案3, 即室内外合用1套消防泵, 出入口室外消火栓接自室内消防环网, 室内消防泵同时满足室内、室外消防流量及扬程, 如图6。

　　 该方案优点:1套管网, 系统简单;出入口的室外消火栓可靠性高;市政接口少;不受出入口数量的限制。缺点:水泵功率大 (流量、扬程需同时满足室内、外用消防需求) ;管道直径大。适用于一般地下地铁车站, 以南京地铁宁和城际一期工程为例, 城南5站地下车站均为单路供水车站, 且各站均有4个以上出入口, 出入口跨马路设置, 各出入口之间距离50~200m不等。这5个车站按上述方案3与南京市消防局沟通, 得到了认可, 目前运行良好。最大缺点是不适用于地下地铁车站的大型商业开发, 因为合用系统消防水量太大, 消防泵流量很大, 不利于设施运营管理。所以, 本工程商业部分应尽量避免选用方案3。

　　 在室内外临时高压消防给水系统分开的基础上, 在每个出入口处均设计1个室外消火栓, 该室外消火栓接自室外消火栓供水管网, 本文定义它为消防方案4, 即室内外分开消防泵, 出入口室外消火栓接自室外消防环网, 室内外消防泵分别满足室内、室外消防流量及扬程, 如图7。

　　 该方案室内、室外分别设置管道及泵组, 优点:市政接口少;室内外供水系统相互独立;出入口的室外消火栓, 可靠性高, 适用于带大型商业开发。缺点:投资大, 并且必须离消防站近。

　　 现将4个方案消防设施的功能特点罗列于表3, 将4个方案适用车站特点罗列于表4。

　　 地下车站发生大火时, 方案1、方案2的室外消防用水必须是通过消防车、水泵接合器联合室内消防枪灭火, 其流经管道和室内消防水流经管道几乎完全重叠。所以, 方案1、方案2的管道布置、管径大小等几乎完全一样, 只是消防泵流量不同, 方案3室内消防泵增加了室外用水量, 同时加大了室内消火柱管径, 因此方案3投资较高, 而方案4设计2套管网和消防泵组, 所以投资最大。

　　 方案1和方案2中, 消防水池内的消防用水提供到着火点的途径是相同的, 即室内消防水量通过消防泵房提供到着火点, 室外消防水量通过消防车、水泵接合器提供到着火点, 这2种方案均要求消防车能及时赶到火灾地下车站现场。而方案3消防水池内的消防用水均通过消防泵直接提供到着火点, 这种方案理论上可以不用消防车接力供水, 更利于提高消防救火速度。所以, 从安全角度看, 对于远离市区或离消防站比较远的的单路供水小型地铁地下车站推荐方案3, 而方案4消防水池内的室外消防用水提供到着火点的途径太曲折, 具体分析如下。

　　 首先“消水规”实施前, 对于地下建筑的室外消防用水, 业内一直存在争议, 有部分观点认为, 地下建筑无扑救面, 因此不需要考虑室外消防用水量。“消水规”3.3.2条明确了地铁车站等地下建筑的室外消防用水量, 这说明之前的这种观点是片面且不正确的。针对地下建筑室外用水量的作用、必要性、使用方式等问题, 笔者认为地下建筑的室外用水, 是在室内消防用水量无法满足灭火需求时使用的, 最终还是用在室内, 而不单单为了保护出入口。也就是说, 地下建筑的室外消防用水量最终还是要用于室内灭火, 其使用方式是通过消防车+水泵接合器的方式接入室内。其次从消防车取水的路径来看, 有以下3种。

　　 取水方式A:直接从市政引入管的室外消火栓取水, 这类消火栓直接从市政给水管道接出, 相当于市政消火栓, 日常的水量、压力均满足国家规定的最低消防用水要求, 因此消防车可以从市政引入管的室外消防栓直接取水 (图8中流程A) 。

　　 取水方式B:当火灾工况下, 恰逢市政管道检修, 无法从市政引入管的室外消火栓取水时, 可以从车站设置的室外消防水池取水口取水 (图8中流程B) 。

　　 取水方式C:从车站设置的临时高压系统的室外消火栓取水。由于临时高压系统的消防泵、给水管道均设置在地下车站室内, 因此其流程是:消防水池→室内 (消防泵房+室外消火栓管网) →室外消火栓→消防车→水泵接合器→室内消火栓管网 (图8中流程C) 。

　　 显然, 方案4中室外消防用水, 先通过室外消火栓管网加压至室外消火栓, 再由消防车加压至室内消火栓系统, 路经过曲折。同时设置2套系统, 系统复杂、投资高、安全性差, 因此不推荐该方案。

　　 表5比较了这4种方案的主要优缺点, 地铁地下站带有大型商业开发时, 方案2和方案4比较可行。

　　 针对彭城广场站商业开发部分内容而言, 方案2比方案4经济效益节省如下:节省主要设备室外消防泵组1套, 含主泵2台, 稳压泵2台, 隔膜式气压罐1个, 室外消火栓供水管道约1 200m, 设备采购及安装费用大大降低, 初步估算, 直接节省投资约100万元, 节省投资约50%。

　　 综上所述, 彭城广场商业部分消防系统推荐方案2: (1) 室外消防用水量由室外低压消防给水系统保证, 即室外消防用水量由市政引入管上的消火栓+消防水池取水口共同保证, 火灾时室外用水量通过水泵接合器加压至室内管网进行灭火, 因为该站位于市中心, 离消防站距离较近, 其室外消防用水量的供水安全性和可靠性能得到充分保障, 因此无需单独设置室外供水环网。 (2) 室内消防用水量由室内临时高压给水系统保证。 (3) 出入口室外消火栓由室内消火栓管网接出。

　　 (1) 彭城广场属于地下建筑物, 与地上建筑不同, 室外消防给水系统设计时, 应从地下建筑的特点和救援模式出发, 根据室外消火栓的位置和功能对其进行分类和设计。

　　 (2) 彭城广场为单水源地下站, 对单水源的地下站, 室外消防存在4种给水方案:方案1适用于车站和市政水管同侧布置且出入口比较少的地铁地下车站;方案2不受出入口数量和室内外消防用水量的限制, 可广泛用于多出口、带大型商业开发的地铁地下车站;方案3适用于远离消防站且水压偏低的小型地铁地下车站;方案4理论上适用于离消防站近且水压偏低, 带大型商业开发的地铁地下车站。

　　 (3) 为方便运营管理, 彭城广场地铁车站与物业开发应分设消防系统, 但室外消防水池共用。

　　 (4) 从功能、管理、安全、投资等多方面综合考虑, 彭城广场地铁车站的消防给水系统, 推荐方案1;彭城广场商业开发的消防给水系统推荐方案2。