西安地铁二号线消防供水方案研究

西安地铁二号线消防供水方案研究

李普军

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安710043)

摘要：地铁消防设计应坚持综合利用、节约用水的原则，在满足国家现行规范和当地法规的情况下必须充分满足系统功能，有效控制工程投资，方便运营管理。通过对西安地铁二号线的综合分析，统筹考虑全线各种控制因素，合理配置全线供水方案，为西安地铁营造一个安全、可靠、实用的消防系统。

地铁是城市交通中运力最大的一种运输工具，为城市交通的骨干，其最大的优点是舒适、快捷，完美解决城市交通堵塞问题，但地铁客流量大，人员集中，一旦发生火灾，极易造成群死群伤的严重后果，因此地铁消防设计尤其重要。

地铁防火首先贯彻“预防为主，防消结合”的防火原则，从消防设计原则看，全线按同一时间发生一处火灾考虑，地铁消防工程国内通常做法为满足两路水源且水量、水压均满足消防的情况下采用市政直供，单路水源的设置消防水池和消防泵房，具备双路水源但压力不满足消防需求的根据当地自来水公司的意见是否需设置消防水池，但必须设置消防泵房。地铁工程所有地下站消火栓系统通过区间相互连通，实质上是一相互作用的有机整体，可视为一个整体的消火栓系统，在动、静压力分布上应统筹考虑，西安地铁二号线地势南高北低，应充分利用地形特点加以分析，因此水消防系统方案设计应以全线为研究对象，以市政供水绝对高程为依据，结合最不利点的消火栓充实水柱要求，综合全线地势条件，统筹考虑全线增压设备设置，通过合理配置和准确计算营造一个安全、可靠、实用和运营管理方便的消防系统。

1 工程概况

西安二号线线路为陈家堡～韦曲南，线路全长为32.40 km，共设24座车站。近期建设北客站～韦曲南段，正线全长为26.71 km，全部为地下线，共设21座车站，其中5座为换乘车站，平均站间距为1.2 km。北客站～会展中心段设17座车站，已于2011年9月16日正式开通试运营，会展中心～韦曲南段设4座车站，于2014年6月建成通车。

2 二号线控制高程分析

地铁消防设计应坚持综合利用、节约用水的原则，为节省投资应充分利用市政压力，地铁消防为系统工程，在满足各站点消防的同时还需对全线的动压、静压进行综合分析以确保满足现行消防规范、法规的要求，因此需对全线的控制高程进行分析。

根据二号线线路平纵断面，研究全线地面高程、车站覆土以及区间控制点高程，二号线由南至北地面高程呈递减状态，全线凤栖原车站为最高点，地面高程为461.64 m，北客站为最低点，地面高程为374.65 m，南北高程差达86.99 m，线路最高控制高程位于凤栖原站，轨面高程为426.64 m，最低控制点位于北苑和北客站区间，最低高程为355.65 m。

3 全线市政条件分析

西安地铁二号线主要由长安自来水公司和西安自来水公司联合供水,供水分界线为南三环，三爻站至北客站为西安自来水公司供水范畴，三爻站为枝状管网，北苑站无市政管网，其余车站处于西安市自来水公司七个水厂环状供水范围，经与西安自来水公司协商，车站可不设消防水池，由市政管网直供或直接抽水加压供水。韦曲南站至凤栖原为长安自来水公司供水范畴，沿线管网条件较差，市政管网为DN150~200的给水管道，枝状供水管网，为不影响车站周边居民生活用水，长安区范围内车站消防必须设置消防水池，不允许直接抽水加压。二号线全线市政管网供水压力详见表1。

表1 二号线全线市政管网供水压力

4 消防供水方案分析

西安地铁二号线一期工程分段实施，首开段为会展中心至北客站，待首开段建成运营后实施二号线南段，因此二号线消防系统分段分析。

消防系统设计综合分析全线地势高差、市政供水条件以及产权自来水公司的相关要求，结合西安消防局意见，根据沿线各站建筑方案和区间纵断面，确定各车站消防最不利消火栓位置，并根据充实水柱要求及相应的水头损失，确定全线消防供水方案。

4.1 地下车站消火栓需求压力确定

地铁消防供水应充分利用市政压力，车站需求压力主要受市政供水压力、车站覆土、车站消防管道（局部及沿程）水头损失以及水表和倒流防止器的影响，应对各种影响因素综合分析。

4.1.1 最不利点消火栓压力的确定

地下车站水枪充实水柱长度不应小于10 m，根据《给水排水设计手册》(第2册),当qxh=5.0 L/s时，充实水柱才能满足大于10 m的要求。

消火栓口的最低水压H：

H=A_dL_dq²_xh+q²_xh/B

式中 A_d——水带比阻(帆布麻织水带为0.043 0；衬胶水带为0.017 2)

L_d——水带长度，取25 m

B——水枪特性系数,喷嘴直径为19 mm时取值为0.157 7

通过以上计算可知,消火栓口的最低工作压力为170 kPa(17 m水柱)。

4.1.2 地下车站消火栓需求压力确定

地铁车站消防管网为环状管网，车站布置为多个小环，消防管网水头损失按最不利条件确定，最不利消火栓位置分析详见图1。

图1 最不利消火栓位置分析

由图1可以看出，1#和2#为最不利消火栓位置，当市政A供水管段发生故障时1#为最不利位置，由B供水管供至1#消火栓的距离为车站长度加车站宽度，车站通常设计长度为200 m左右，即使某一管道发生故障消防管道最不利长度也不会超过250 m，根据节点流量的分配原则，管段流量为10 L/s，流速为0.53 m/s，水力坡降为0.387%，则消防管道的水头损失H_f=1.2il=1.2×250×0.003 87=1.16 m。

考虑个别管段损坏，局部消防管道需通过全部消防用水量，管道水头损失取1.5 m，水表局部水头损失通常按2 m计算，倒流防止器采用低阻力型水头按5 m计，车站覆土综合全线情况按3 m考虑，消火栓水枪水头损失为2 m，则有H_需求=H+H_水表+H_{倒流防止器}+H_水枪+H_管网+H_高差=17+2+5+2+1.5-3=24.5 m。

根据上述计算结果可知，当市政供水压力>250 kPa(25 m水头)时即满足市政直供条件。

4.2 全线消火栓系统设计

根据自来水公司提供的市政压力资料和地下站消火栓系统需求压力计算，钟楼以北车站市政均满足消防压力需求，采用市政直供，不设消防水池和消防泵房，永宁门站至纬一街区段市政具备两路水源，但压力处于消火栓需求压力临界状态，会展中心地势较高，市政供水压力为0.12 MPa，不能满足车站消防供水压力要求，设置消防泵房，由市政管网抽水加压供水，消防泵供水扬程为20 m，因此利用地铁二号线的地势条件需对后续车站进行压力分析。

4.2.1 压力分析

由于地铁工程为区域性工程，地下水消防系统站站关联，相互贯通，会展中心站设置消防泵加压后需进行压力核算，以满足室内消火栓栓口处的出水压力>0.5 MPa 时，应设置减压设施；静水压力>1.0 MPa 时，应采用分区给水系统的要求。

区间消防管道采用消防专用内外涂塑钢管，水力坡降参照钢管核算，区间消防用水量为10 L/s，考虑部分管段故障问题安全系数放大1.2倍，根据区间长度核算沿程和局部水头损失，绘制首开段车站及区间消防管段供水压力线、需求线及超压线，通过供水压力高程线与消火栓系统压力需求高程线对比分析，确定全线供水方案。

全线供水压力、车站消防需求压力及超压线详见图2。

图2 全线供水压力、车站消防需求压力及超压线

从图2可以看出，纬一街~永宁门区段在会展中心站消防泵房加压情况下满足消防供水压力要求，全线静压力均不超过1.0 MPa，小寨~体育场区间、凤城五路~行政中心区间、行政中心以后车站和区间动压超过0.5 MPa，上述区域采用减压稳压型消火栓。

4.2.2 北苑站消防供水分析

地下车站和地下区间的室内消火栓给水系统应设计为环状管网，车站室内消火栓环状管网应有2根进水管与城市自来水环状管网或消防水泵连接。北苑站当时无市政给水管网，考虑相邻车站互为提供备用水源，采取区域供水模式，北客站市政供水压力为0.45 MPa，北客站至北苑站区间长度为1 607.53 m，城市运动公园站供水压力为0.45 MPa，城市运动公园站至北苑站区间长度为1 100 m，且两站均为双路供水，根据水力计算由北客站供至北苑站地面的消防压力为0.37 MPa，由运动公园站供至北苑站地面的消防压力为0.40 MPa，北客站和城市运动公园站为北苑站相互提供备用水源，满足消防要求。

4.2.3 二号线南段消防系统设计

根据长安区自来水公司提供的市政管网资料，南段四站均为枝状管网，韦曲南~三爻区段车站均设置消防水池和消防泵房。

4.2.4 全线正线消防设计综合分析

全线凤栖原车站为最高点，北客站为最低点，南北高程为86.99 m，线路最低控制高程为355.65 m，凤栖原在满足车站消防的情况下，消防泵扬程为0.25 MPa，由于地铁消防站站相通，相邻车站互为备用水源，根据全线高程分析，则北大街站以后区域静压均大于1.0 MPa，处于超压状态，根据首开段压力分析，为避免首开段做重大变动影响行车安全，二号线南段与首开段消火栓系统完全分开，凤栖原站消防供水区域仅负责至会展中心站南部端头，在会展中心站地下一层成独立环状管网。

综上所述，西安地铁二号线全线正线消防供水方案为南段四个车站设置消防水池和消防泵房，首开段在会展中心站设置消防泵房，其余车站采用市政直供模式，北苑站采用区域供水，待市政条件完善后接入市政备用水源。

二号线目前已全部建成运营通车，消防局对沿线各站进行实地检测，小寨站、北大街站同时开启四支水枪测试，水量水压均满足消防要求，北苑站实测水压达到0.6 MPa（西安自来水公司提供压力数据偏低），现场试验效果良好，首开段消防系统于2011年一次性通过消防验收，确认设计方案经济合理，本工程荣获陕西省2012年度第十六次优秀工程设计一等奖（西安地铁二号线总体设计），2013年陕西省建筑环境与设备专业省级一等奖（西安地铁2号线环控系统设计），中国铁道建筑总公司优秀工程设计二等奖（西安地铁2号线环控系统设计），中国勘察设计协会建筑环境与设备专业三等奖（西安地铁2号线环控系统设计）。

5 结论

地铁工程为区域性工程，地下站水消防系统站站关联，如何保证消防系统的供水安全性和可控性为消防系统设计的关键，对全线消防系统设计应综合考虑地形影响、市政供水条件制约、线路纵断面的控制、自来水公司相关文件以及当地消防局的相关要求，通过对西安地铁二号线消防系统设计的分析，确定全线消火栓系统设计方案，指导工点设计单位设计方案合理化。

5.1 市政直供条件

与当地自来水公司结合获取车站设置位置的实际水压资料，计算沿程及局部水头损失，充分利用市政压力，在市政供水压力>0.25 MPa的情况下采用市政直供。

5.2 消防泵房和消防水池设计条件

在市政压力不能满足消防供水条件下，若车站具备两路水源应与当地自来水供水结合尽量设置消防泵房不设置消防水池。

5.3 区域供水模式

车站区域仅有一路水源、无水源或自来水公司不允许直接抽水的情况下应综合分析前后车站地形高差，统筹考虑设置消防水池和消防泵房的位置。

5.4 资源共享

换乘站应对换乘关系统筹考虑，消防供水压力应满足换乘站最不利点压力需求，为近期或远期换乘车站预留接管条件。（摘自：《中国给排水》杂志2015年第10期“设计经验”栏目）