广州地铁设计研究院有限公司 510000;2：中原工学院能源与环境学院 450007）
摘要：本文针对城市轨道交通车辆段（场）无法采用防火墙、防火卷帘等措施进行有效分隔时，提出采用水幕及高压细水雾统作为防火分隔，并进行了详细的技术及经济比选，其经验对今后地下车辆段（场）的建设有较大的借鉴作用。
关键词：轨道交通车辆段;地下式;水幕;高压细水雾;防火分隔
1 前言
城市轨道交通车辆段（场）承担着地铁列车的停放、检修等重要功能，具有占地面积大的特点，为节约用地，广州地铁部分在建新线采用地下车辆段（场）形式。
广州地铁十四号线石湖停车场位于白云区龙归镇，地上为绿地及综合楼，地下停车场以运用库为主体，运用库 为戊类厂房，耐火极限为一级，设有停车列检线9股道共18列位，周月检线2股道，临修线1股道。
运用库在列车进库的行进方向无法采用防火墙等固定分隔措施，且停车列检库跨度、高度较大，分布有地铁列车接触电网，无法设置防火卷帘进行有效分隔；且沿线路方向无法设防火墙，也不能采用防火卷帘有效分隔，石湖停车场就水幕及高压细水雾统作为防火分隔进行了详细的技术及经济比选，其经验对今后地下车辆段（场）的建设有较大的借鉴作用。
2 地下车辆段（场）火灾特点
轨道交通车辆段及停车场是车辆的停放、检修、维护保养的管理中心，主要负责轨道车辆的运营管理、停放检查及保养工作，是轨道交通线路运营和后勤物资的基地。地下车辆场及停车场属于地下建筑，其只有内部空间，没有外部空间，与地面连接的通道作为出入口，由于地下车辆场的这种特殊构造，发生火灾时的特点主要表现在以下几个方面：
2.1火灾危险等级
在实际工程运作中，轨道交通车辆段通常将功能相近或联系紧密的车间集中布置，如将定临修库、大架修库等车间组合为检修库，将停车列检库、月检库等车间组合成运用库。按现行地铁设计规范车辆段定义为停放车辆及负责车辆检修、检查、维护保养的生产单位，但对其建筑危险等级、火灾危险特性等特征没有进行详细规定。
轨道交通车辆段及停车场内主要停放车辆，没有易燃可燃材料及明火作业，由于机车靠电力牵引，不携带燃油及其他固体气体可燃物。火灾危险性较大的生产部分如油漆段占车辆段的面积比例通常小于5%，城市轨道交通车辆段的火灾危险性为戊类厂房。
2.2 缺氧、高温、 浓烟危害严重
火灾发生时，氧含量急剧下降由于隧道的相对封闭性，大量的新鲜空气难以迅速补充，致使空气中氧气含量急剧下降。研究表明，空气中氧含量降至15% 时，人体肌肉活动能力下降；降至10%~4%时，人体四肢无力，判断能力低，易迷失方向；降至6%~0%时，人即会晕倒，失去逃生能力；当空气中含氧量降到5 %以下时，人会立即晕倒或死亡。车辆场内有大量电缆，车辆内大多采用塑料、橡胶等化学材料，特别是顶棚等一旦起火，由于地下供氧不足，往往处于不完全燃烧状态，容易产生大量有毒烟气，与地面空气对流速度缓慢，并且地下洞口固有的“吸风”效应，向外扩散的烟雾部分又被卷吸回去，严重威胁人员安全。
2.3 人员疏散困难
地下车辆场全靠人工照明，正常电源照明比地上建筑的自然照明差。火灾时正常的电源被切断，依靠事故照明，工作人员的逃生完全靠事故照明和指示灯，由于火灾时烟雾的减光性，使通道的能见度下降，逃生较困难。地下建筑内部的烟气造成的缺氧、中毒和高温，也会使人丧失逃生能力。地下车辆场内人员逃生的通道只有楼梯和阶梯，而且人员逃生方向与烟气流向一致，人们要脱险就必须逃到地面上。然而，烟气的扩散速度比人的步行速度快，烟的水平扩散速度0.5~1.5m/s，进一步增加了人员逃生的难度。
2.4 扑救困难
地下车辆场发生火灾时，消防人员无法直接观察起火部位及燃烧情况。灭火进攻路线少，消防人员需逆烟从地面进入地下，由于能见度底，难于找到或接近着火点；通道窄，拐弯多，门卡多，造成铺设水带困难，消防力量难于全面展开。当烟火阻挡出入口时，消防水枪射流不能直接打击火源。目前，地下火场与地面的通讯联系问题还未得到完美解决，传统的依靠人来传递信息方式，速度慢、差错多。灭火人员在火场内部发生任何情况，地面指员较难及时知晓，易出现差错。
3 采用水幕系统作为防火分隔的方案
3.1 系统组成
防火分隔式水幕系统由水幕泵组、雨淋报警阀、开式水幕喷头、管道以及火灾报警控制系统等组成。
3.2 主要技术参数
1）喷水点高度小于12m；
2）喷水强度为2L/s.m；
3）喷头工作压力为0.1MPa；
4）火灾延续时间为3h。
3.3 技术方案
石湖地下停车场运用库根据使用功能的不同进行分类，将停车列检、周月检库分3个防火分区（A1、A2、A3）和1个咽喉区（B），每个防火分区面积不超过8000 ㎡。
图2 典型口部宽度示意图
经土建优化后， A2防火分区开启水幕总宽度为67.2m ，这样系统流量134.4L/s，水幕系统消防用水量及消防水池有效容积为1447m3。
4 高压细水雾系统作为防火分隔的方案
4.1 系统组成
高压细水雾系统由高压细水雾泵组、细水雾喷头、区域控制阀组、高压细水雾喷枪、不锈钢管道以及火灾报警控制系统等组成。
4.2 主要技术参数
1）选用开式系统，持续喷雾时间3h；
2）系统的响应时间不大于30s；
3）最不利点喷头工作压力不低于10MPa。
4.3 技术方案
防火分区A2两端口部为最大保护长度67.2m，其口部设高压细水雾防火分隔水幕。具体保护方式见设计参数表1：
（1）喷头选型
根据保护对象的火灾危险性及空间尺寸选用高压细水雾喷头；
防火分隔水幕采用K=1.0开式喷头，q=10L/min；喷头的安装间距不大于3.0m，不小于1.5m，距墙不大于1.5m。
（2）泵组选型
本系统设计流量按照开式系统最大保护区同时开启喷头数(56只)流量之和计算，其系统设计流量为Q=560L/min。系统工作压力按照最不利点进行水力计算，计算公式采用Darcy-Weisbach(达西-魏斯巴赫)公式，计算结果：H=13MPa。根据计算结果选用高压细水雾泵组一套，该套泵组7台泵（六用一备)，单泵Q=100L/min，H=14MPa，N=30kw，含稳压泵(一用一备）流量：Q=11.8L/min，H=1.4MPa，N=0.55KW。
2）系统供水及水质要求
采用水箱增压供水方式，设置一座不锈钢储水水箱，储存不小于3h的用水量，水箱制作和安装要求参照国标12S101矩形给水箱图集，有效容积为101m3，储水水箱进水设置水力控制阀及浮球阀（故障时使用），并设增压泵两台，Q=36m3/h，H=32m，N=11kW，一用一备。
5 经济分析
5.1 造价组成分析
根据水幕及细水雾系统组成，及系统运营、维护要求，系统造价主要包含两个方面：前期建设费用及后期维护成本。
5.2 前期建设费用
1）前期建设费用主要包括消防泵组（水幕或高压细水雾）及控制柜、管道、阀门、喷头等设备费用，以及消防水池（或水箱）占地相关的土建费用等。石湖停车场水幕系统及高压细水雾系统造价计算如下表2、表3。
2）经分析上述数据发现，高压细水雾系统造价较水幕系统低，前者总造价仅为后者的64.3%，水幕系统建设费用主要是土建成本，消防水池造价约占系统总造价的79.4%，设备系统造价仅占比20.6%；而高压细水雾系统造价占比则完全相反，消防水箱涉及的土建成本约占总造价的18.7%，设备系统造价占比高达81.3%。
5.3 后期维护成本
1）根据广州地铁运营规程，机电设备需定期巡检维护。根据运营事业总部相关规程，为避免长时间不使用造成死水，水质太差加速管网锈蚀、老化等问题，从而引发二次污染，消防水池需定期换水，以季度为单位进行相关维护工作。
2）以年为单位进行估算，若用高压细水雾系统替代水幕系统后，消防水池容积可大幅优化（减少1351m3），每年可节水约1351*4=5404 m3，节约水费约为26253元。
5.4 小结
通过分析造价发现，高压细水雾系统造价低于水幕系统造价，前者总造价一般为后者的60%，主要是因为水幕系统比高压细水雾系统设计水量大很多，使得土建成本较高，从而提高了前期建设费用。正是因为高压细水雾系统设计水量较小，后期每年维护成本也将不同程度地减少。因此，利用高压细水雾系统替代水幕系统作为防火分隔措施，经济效益较明显。
6 结论
1）地下车辆段（场）采用采用水幕系统作为防火分隔，消防水池有效容积偏大，建筑功能布局困难，运营维护管理成本增加较多。采用高压细水雾系统作为防火分隔，可以满足规范要求及实际使用需要，且后续的维护成本较低。
2）根据现行《地铁设计规范》要求，地下车辆段（场）的变电所、弱电设备用房等需设置自动灭火系统，在地下车辆段（场）项目中，高压细水雾系统不仅用于防火分隔措施，还可用作变电所、弱电设备用房等的自动灭火系统，这样可进一步节约投资及减少设备房面积。
论文作者:张远东1,王艳2,潘继灏3,刘从胜4,李志龙5
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/20
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