根据《地铁设计规范》 (GB 50974-2013) 及《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“消水规”) 的规定, 对于单路水源地下车站, 以及市政给水部门或消防部门不允许消防水泵直接由市政管网抽水加压的车站, 应设置消防水池^[1,2]。地铁车站通常设置在客流量较大, 配套设施完善的地段, 征地协调困难, 且地下工程投资高, 而普通地下车站, 室内、外消防水池有效容积分别至少为144m³和216m³, 合并设置时有效容积至少为360m³, 占地面积相对较大 (一般不小于100m²) , 故建设单位通常会对消防水池的设置规模提出异议。在满足规范要求, 确保消防供水安全的前提下, 为减少消防水池的规模, 降低整个工程的协调难度和工程投资, 就需合理确定水池的有效水位, 尽可能地提高水池利用率, 避免不必要的浪费。本文对消防水池最低有效水位和最高有效水位进行分别讨论。

　　 根据“消水规”4.3.9条, “消防水池应设溢流水位、高报警水位、最低报警水位”, 11.0.7条“消防水池还需设置正常水位”^[2]。故消防水池顶部至少需设置溢流水位、高报警水位、正常水位以及最低报警水位等4个水位。

　　 根据《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 3.2.4条C款, 从生活饮用水管网向消防池 (箱) 补水时, 其进水管口最低点高出溢流边缘的空气间隙不应小于150mm^[3]。故将进水管管底以下150mm处设置为溢流水位。

　　 参照“消水规”图示15S909对4.3.9条的提示, 水位低于正常水位50~100 mm时, 应向控制中心或值班室报警^[4]。故将正常水位以下50 mm处设置为低报警水位。

　　 同时参照《建筑给水排水设计规范》3.7.7条文解释, 将溢流水位、高报警水位、正常水位、最低报警水位各相邻水位差取50mm^[3]。各水位相互位置关系如图1所示。

　　 综上, 最高有效水位距离水池内顶的距离H=H₀+/2+250mm, 地铁车站消防水池进水管一般取DN100, 取114mm, 进水管安装距离H₀取160mm, 则H=160+57+250=467 (mm) , 具体如图1a所示。另外, H的设置需同时满足进水控制装置的关闭水位 (开启水位) 要求。

　　 若进水控制装置存在不同的关闭水位和开启水位, 为保证任何情况下消防水池的储水均满足灭火要求, 可将正常水位 (有效水位) 与液位控制装置的开启水位设置为同一水位, 此时有效水位与水池内顶的距离H=H₀+/2+250+H₁, 即H=467mm+H₁。具体如图1b所示。

　　 上述各相邻水位间的液位差可根据液位控制或报警装置的精度适当调整。另外, 对于检修人孔设置于水池侧壁时, 水池溢流水位在满足防倒流污染的情况下, 还需确保低于检修人孔下边缘。

　　 根据“消水规”5.1.12条第1款, 消防水泵应采取自灌式吸水, 其条文解释为, 火灾的发生是不定时的, 为保证消防水泵随时启动并可靠供水, 消防水泵应经常充满水, 以保证及时启动供水, 所以消防水泵应自灌吸水^[2]。“消水规”图示15S909解释说, 对于卧式消防水泵, 消防水池满足自灌式启泵的最低水位应高于泵壳顶部的放气孔, 对于立式消防水泵, 消防水池满足自灌式启泵的最低水位应高于水泵出水管中心线^[3]。对于消防水池水位满足消防水泵自灌吸水要求的理解, 存在着两种不同的观点。在开始讨论前, 首先定义两个水位, 自灌水位:水泵初次启动时, 消防水池内的水可通过重力充满泵体, 以达到启泵要求的水位, 即不低于“消水规”图示15S9095.1.12条中描述的立式消防水泵出水管中心线, 或卧式消防水泵放气孔的水位。水泵吸水管最低淹没水位:满足消防水泵安全运行的最低要求水位, 即“消水规”5.1.13条第4款描述的, 不低于吸水喇叭口以上600mm或旋流防止器以上200mm的水位。

　　 第一种观点认为, 消防水池最低有效水位需同时满足不低于自灌水位以及水泵吸水管最低淹没水位的要求。因为消防灭火过程中, 存在消防水泵故障, 而切换另外一台消防水泵的情况, 由于水泵故障的不确定性, 可能存在自灌水位以下工作泵故障, 启动备用泵的情况, 若消防水池最低有效水位低于自灌水位, 此时消防水池内的水不能通过重力流充满泵体, 导致备用泵无法正常启动, 消防水池自灌水位以下, 最低有效水位以上部分的水不能被利用。故为充分利用消防水池有效储水容积, 保证低水位时消防水泵能顺利切换, 消防水池最低有效水位不得低于水泵的自灌水位。对于立式消防水泵, 即消防水池最低有效水位不得低于出水管中心线, 如图2a所示。

　　 第二种观点认为只要消防水泵在初次启动时满足自灌要求, 即消防水池最高有效水位高于自灌水位, 则消防水池最低有效水位不低于水泵吸水管最低淹没水位的要求即可。此观点认为只要消防水池最高有效水位满足初次启泵的自灌水位要求, 在灭火初期, 水泵正常启动, 在灭火过程中, 即使当消防水池实际水位低于水泵的自灌水位时, 只要满足水位满足吸水管的淹没深度要求, 则在水泵出水口止回阀等的作用下, 水泵泵体内的水不会回流至水池内, 泵体内会一直充满水, 故可顺利实现水泵的自动切换。郭汝艳等^[5]通过试验对此观点进行了验证, 并认为, 即使止回阀存在微量泄漏, 在短时间内, 也不至于将整个管网中的水全部泄掉, 而导致泵体进气无法启泵。同时, “消水规”4.3.9条文说明中亦指出, 消防水池 (箱) 最低有效水位是消防水泵吸水喇叭口或出水管喇叭口以上0.6m水位, 当消防水泵吸水管或消防水箱出水管上设置防止旋流器时, 最低有效水位为防止旋流器顶部以上0.20m^[4]。综上, 消防水池最低有效水位为吸水管最低淹没水位, 如图2b所示。

　　 对于第一种观点, 消防水池最低有效水位不低于立式泵出水管中心线或卧式泵放气孔, 供水安全性高, 但同时底部无效空间增大, 造成不必要的浪费。第二种观点, 既能实现消防水泵的自灌吸水要求, 又能提高消防水池的利用率, 降低车站规模和工程造价, 建议在征得当地消防部门及审图单位的同意下, 可酌情采用。但对于以下类型的地铁车站消防系统方案, 需慎重采用第二种观点, 分析如下。

　　 “消水规”5.5.12条, 要求设置于地下的消防泵房室内地面距离室外地面的高差不得大于10m, 而地下车站埋深较大, 尤其是换乘车站, 经常会出现车站站厅层埋深大于10m的情况。另外“消水规”要求储存室外消火栓用水量的消防水池最低有效水位需满足消防车的取水要求。为同时满足上述2点要求, 对于室内、外合用消防泵组及消防水池的临时高压系统, 通常会将消防泵房结合安全疏散口设置于站厅层以上, 如图3所示。结合“消水规”7.3.4条的条文说明, A处室内消火栓和B处室外消火栓存在同时开启的可能, 若此两处消火栓同时开启, 当消防水池水位低于自灌水位时, 发生水泵故障, 因ABCED管道容积很小, 且A、B处消火栓均处于开启状态, ABCED管道内水很快会被放空, 若此时止回阀密封性能差, 水泵扬水管内水渗漏造成泵内积气, 而导致备用水泵无法启动。此种情况与郭汝艳等^[5]中提到的系统放空情况类似。故在此情况下, 建议水池最低有效水位不低于水泵的自灌水位。

　　 消防水池最高有效水位的设置需综合考虑防污染、进水控制装置的安装及工作要求、检修人孔的设置形式等多种因素确定。最低有效水位需结合地下消防泵房、消防水池以及消防管网的设置形式进行确定, 不能简单地将水泵吸水管最低淹没水位或水泵自灌水位设置为消防水池的最低有效水位。