中交铁道设计研究总院有限公司 10000
引言
自1965年国内第一条地铁工程北京地铁一号线开工起，截止2015年底，全国已有39个城市建设或规划建设轨道交通线路，预计到2020年，全国拥有轨道交通的城市将达到50个，总运营里程达到6000公里的规模。城市轨道交通工程是一项庞大复杂的系统工程，按照功能大体上可以分为以营运路线为主的车站及区间、以维保停车为主的场段建筑、以运营管理为主的控制中心等，总体上涉及近建筑、结构、车辆、轨道、站场等近30多个专业，其中给水排水工程作为轨道交通系统中重要配套系统工程，其给水、排水系统满足了营运的使用、维保、卫生等功能需求、水消防系统则在运营防安全、控火、灭火系统中起到了重要的作用。笔者结合参与的实际工程设计案例，并通过对上海、无锡、广州等已运营地铁线路的研究，现就轨道交通工程中地下车站给排水系统设计进行分析与概述。
一、系统的组成与主要功能
轨道交通车站工程给排水系统设计大体分为生产、生活给水系统、排水系统以及消防给水与自动灭火系统。其中，排水系统由污水系统、废水系统和雨水系统组成；消防给水与自动灭火系统由消防给水系统、气体灭火系统和灭火器组成。
各系统的功能分别如下：
1）生产、生活给水系统的功能
给水系统应满足车站、区间隧道及沿线附属建筑的生产、生活用水对水量、水压和水质要求。
2）排水系统的功能
排水系统应能及时排除运营过程中产生的各种污、废水和雨水等，以满足安全运营的要求。各类污、废水的排放应符合当地和国家现行的排放标准。
3）消防给水与自动灭火系统的功能
消防给水系统由消火栓系统及自动喷水灭火系统组成，并配以气体灭火系统及建筑灭火器配置，形成高效可靠的灭火系统，及时扑灭、控制各类火灾，为轨道交通的安全运营提供有力的保障。
二、主要的设计原则
在给排水系统工程的设计原则上，各地区线路要求大同小异，差异化要求多与地方消防要求及供水条件相关。
主要的共性要求：
（1）给水设计贯彻节约用水，综合利用的设计原则；车站、区间的各项用水水源均采用城市市政给水管网供给。
（2）车站的生产、生活给水系统与消防给水系统须分开设置，形成独立的安全可靠的供水系统。满足各用水点对水量、水压、水质和水温的要求。生活、生产给水系统管道设为枝状管网，消火栓系统经消防泵增压后在车站及区间内形成环状管网。
（3）车站的污水及各类废水，采用分类集中的原则，地下站由泵提升排放，就近接入市政污水管道，隧道洞口及各类风井处的雨水排入市政雨水管道或附近河流；如车站附近有合流排水管道，则上述污废水及雨水均可以排入。
（4）全线消防按统一时间内发生一次火灾考虑。
主要的差异性要求：
（1）、消防水池的设置
消防水池的设置按《建筑设计防火规范》、《地铁设计规范》、《消防给水及消火栓系统技术规范》及其他相关规程要求执行，轨交沿线建筑周边市政给水能够满足二路供水，及水量、水质需要的条件时，可不设置消防水池，当只有1路市政供水时，则根据沿线轨交建筑的形式按相关规范执行，地下车站消火栓给水量为20L/s，需要设置消防水池。但是各地水务、消防部门要求不尽相同，大多数地区，如上海、无锡、南宁等地均允许消防加压泵直接由市政供水管网抽取，而有些地区，如广州市，虽然满足了二路进水、以及水量和水质的要求，但仍不允许消防泵直接由市政管抽水，故必须设置消防水池。
（2）、自动喷水灭火系统的设置
根据《建筑设计防火规范》、《地铁设计规范》中相关条文要求，当地下车站设置的商铺面积超过500m2时应按《自动喷水灭火系统设计规范》有关规定，设置自动喷水灭火系统，而对车站未有要求。大多数地区，如无锡、大连、南宁和武汉等地也均是按照规范执行，未在车站公共区设置自动喷水灭火系统。但上海、苏州地区的消防主管部门则明确要求在地下车站的站厅、站台层公共区、长度超过100m的出入口通道及结合车站商业开发的区域需设自动喷水灭火系统，并按中危II级考虑；广州地区则要求当车站大于三层时，需在车站公共区设置自动喷水灭火系统
（3）、车站污、废水排放接口
轨道交通工程污、废水接入市政排水系统的污、废水其主要水质指标必须符合国家和地方现行排水的规定后方可排放。各地的排放要求及措施也存在差异性，上海地区要求车站的污水及主废水泵房的排水均需经过污水监测井后排入市政污水管道；其他大部分地区，如北京、无锡、苏州等地是污水通过化粪池、监测井后纳入市政污水管道，废水则排入市政雨水管道。另外部分城郊地区，如市政基础设施配套不完备或建设时序靠后，则近期采用一体化污水处理设备，处理达标后，排入城市雨水系统或河道水系，待远期市政配套齐备后纳入相应的市政排水系统内。
（4）、污水提升方式选择
传统的地下车站污水提升系统常采用土建污水池+污水提升泵的模式，但随着地铁技术发展，这种模式，诸如卫生环境较差、检修维护复杂、占用空间过多等问题一一暴露，各地区新建线路均开始尝试不同的方式进行污水的提升与排放。如杭州地铁、武汉地铁、天津地铁、上海地铁均采用的真空污水提升设备，而使用更为普遍的则是“密闭污水提升设备”，如北京地铁、南宁地铁、无锡地铁，合肥地铁、广州地铁以及上海近期新建线路等。
三、轨道交通工程给排水专业系统接口
轨道交通工程是大型综合的系统工程，由土建、设备、轨道、车辆等多个子系统组成，涉及的专业众多，故存在诸多的专业接口。给排水专业除了常规的专业内部（站内外、站与区间等）、土建专业（建筑、结构）、相关设备专业（暖通、电气）以外，还与其他几个专业有相关接口协调工作，设计中需仔细考虑核对，避免疏漏。
（1）、与轨道专业的接口：
通常穿越道床及道床回填层（不包含结构层）的给排水管道需由轨道专业负责预埋。给排水专业需提供所有穿越道床及道床回填层的给排水管道、沟槽的里程、尺寸及连接方式，轨道则应提供接入点控制标高。
（2）、与人防专业的接口
给排水专业需要提供给排水及水消防管线穿越隔断门密闭套管的位置、尺寸，并在生活给水干管上预留人防洗消用水接管，平时管堵封住。
（3）、与火灾自动报警专业（FAS）的接口
消防增压设施、自动灭火系统控制主机受FAS系统的监控，消火栓处的报警按钮、信号阀的启闭状态受FAS系统监视。
给排水专业需提供消防增压设施、消火栓、信号阀、自动灭火系统控制主机的布点。FAS系统实现相应的监视功能。
接口分界点常在消防增压设施控制箱、自动灭火系统控制主机的馈线端；信号阀门则在阀门上的信号馈出端
（4）、与环境与设备监控专业（BAS）的接口
给排水专业各类非消防的动力设备、各泵站水池水位受BAS 系统监视；其中的区间排水泵、区间消防接管的电动阀门受FAS系统控制。
给排水专业需提供专业内各动力设备的布点、控制要求。
接口分界点在设备（包括控制水位）控制箱的馈出端，其中的电动阀门则为设备的馈线端。
另外，在实际的工程设计中，给排水专业系统还需要与线路、限界、屏蔽门等专业协调配合，解决整个系统工程设计中的一些问题，比如：线路整体的排水分区、限界与排水管道、设备的碰撞问题等等。
四、系统设计要点
1、生产、生活给水系统
每座车站引入一根给水管（管径应经计算确定），以满足日常运营中工作人员生活用水、冲洗用水、乘客盥洗用水、生产设备用水（冷却循环水系统补给水等）的要求。生产、生活给水管道与消防给水管道分开设置，单独计量。车站内生产、生活给水系统为枝状管网。
车站生产、生活给水系统主要的设计标准为：车站工作人员生活用水量为50l/人?班，时变化系数为2.5。冷却系统补充水按循环水量的2%计。车站内站厅、站台公共区清扫用水量常按2m3/d计。另外，为了增强公共交通设施的服务宗旨，部分城市开始尝试在车站站台层公共区设置乘客直饮水设施。
2、排水系统
车站的排水系统主要由废水系统和雨水系统、污水系统组成。其中废水包括车站冲洗水、消防废水和车站及临近区间的结构渗漏水、空调冷凝水等；雨水来自车站敞口风亭与敞口出入口下方的集水坑；污水则包括厕所冲洗水及生活污水；
1）、废水系统
轨道交通地面、高架车站和区间废水通常采用重力排放的方式，地下车站及区间内废水需经线路明沟收集汇入线路坡度最低点的主废水泵房后经排水潜污泵提升并消能后，就近纳入市政雨水或污水（地区排水标准差异）管道。地下车站的主废水泵房常设潜污泵二台，平时一用一备，必要时两台同时使用。其他局部地点设置局部排水泵房，如：高风亭、非敞口出入口、电缆沟低点处，局部排水泵房排水泵多设计为一备一用。
2）雨水系统
地下车站敞开部分及区间洞口的雨水很少有条件采用重力排放的方式，也是需要经过排水潜污泵提升并消能后，就近纳入市政雨水管道。雨水量计算时暴雨重现期常采用50年。地下车站的雨水泵房常设潜污泵二台，平时一用一备，必要时两台同时使用。
3）污水系统
地下车站的污水排水量按用水的95%计算，污水收集在污水池或密闭污水装置内，经过潜污泵或干式泵提升，或者直接由真空管路提升至地面排水压力井减压后，排入市政污水管。潜污泵（干式泵、真空泵）的设计通常均为二台，一用一备。
3、消防给水与自动灭火系统的功能
1）消防进水
地下车站的消防进水宜采用二路市政进水，通常可不设消防水池，由市政管网直接抽水；当水压不能满足要求时，应设消防增压泵房。设置消防泵房的车站应在消防进水管的起端设置管道倒流防止器或其它有效的防止倒流污染的装置（地下车站可设置在消防泵房或土建风道内）。
2）消火栓系统
车站及地下区间隧道内设消火栓灭火系统，供给车站、地下区间的消火栓用水，系统采用稳高压消防给水系统。消火栓系统用水量：20l/s；火灾延续时间按2小时计；车站消火栓布置必须满足任一着火点有两股充实水柱同时达到，每股水枪流量不小于5L/s。最不利点消火栓的充实水柱≥10m。地面和高架车站消防用水量按《建筑设计防火规范》确定。
根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014现行规范，消防控制各地区大同小异，大体上为消防泵房设有两台消防泵，一用一备，一级负荷，消防时不得切断电源，消防泵由FAS进行监控。消防泵控制柜能对消防主泵进行定期自动巡检，采用低频启动巡检方式，巡检结果由电控柜反馈给车站控制室FAS和控制中心FAS；除现场压力自动控制、手动操作外，FAS系统可直接控制消防水泵的启停控制中心和车站控制室可以通过FAS系统对消防设备实行监控，监视内容包括设备故障状态、运行状态、系统手／自动状态。消防水泵房内的压力开关直接引入控制柜内。消防水泵应由水泵出水干管的压力开关，直接启动消防水泵。消火栓箱处启泵按钮仅做报警功能。稳压泵应由消防给水管网或气压罐上对应的稳压泵自动启停泵压力开关或压力变送器控制。
消火栓系统常设计为在站厅层连通形成横向环网，在其两端设竖向连通管到站台层形成竖向环网，并延伸到隧道区间。
3）自动喷水灭火系统
轨道交通车站自动喷水灭火系统设计需结合各地消防部门要求以及实际的工程情况，以上海地铁车站为例，在地下车站的站厅层站台层公共区、长度大于100m的出入口通道及结合车站商业开发的区域均需设置自动喷水灭火系统。
地下车站自动喷水灭火系统按中危险Ⅱ级设计，喷水强度为8L/min?m2，作用面积为160 m2。
自动喷水灭火系统应设报警阀组、水流指示器、压力开关及末端试水装置。自动喷水灭火系统的设计应符合《自动喷水灭火系统设计规范》和《民用建筑水灭火系统设计规程》的有关规定。
自动喷水灭火系统控制由稳压泵压力开关自动控制、泵房内手动控制、车站控制室控制。局部应用系统接入消火栓管网，则由消防泵控制启动，控制方式与前述消防泵控制一样。
地下车站的自喷原理图（标准站）
4）气体灭火系统
地下车站需要气体保护的重要设备用房有：地下车站通信设备室（含电源室）、信号设备室（含电源室）、环控电控室、屏蔽门控制室、综合控制室；变电所的控制室、高压室、低压室、整流变压器室等；控制中心的通信设备室、信号设备室、程控交换室、电力监控室、中央计算机室、初始编码室等重要电器设备用房。另外部分地区的车站范围内的轨行区也有设置高压细水雾系统的要求，如：无锡、上海部分线路。
其他灭火系统通常采用全淹没系统、组合分配系统。保护区以固定的封闭空间划分，也允许相近的若干个封闭空间合并成一个保护区。各气体灭火系统（含保护区）自成独立系统，车控室可以对任一个系统进行各种常规状态的监视。
自动灭火系统由管网系统和操作、控制系统组成。自动灭火系统要求同时具有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。
5）灭火器设置
灭火器的数量及配置按《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）的规定执行。地铁车站灭火器配置场所的危险等均按照严重危险等级计算。车站公共区按A类、设备管理用房区按B类火灾计算。灭火器类型一般采用磷酸铵盐干粉灭火器。
五、新材料新技术以及节能措施
1、新技术新材料
轨道交通车站给排水工程技术发展基本与民用建筑基本雷同，主要仍集中在以下几个方面：
1）、推广普及新型节水设备及材料；
2）、雨水及再生水利用、太阳能热水系统，多用于场段建筑；
3）、优化供水、水表管理以及用水量标准；
4）、发展真空节水技术等。
2、主要的节能环保措施：
1）、优化消防泵组设计，消防及生产、生活给水充分利用市政供水的压力。另外选用更节能、更成熟的水泵产品。
2）、根据“高水高排、低水低排”的原则，可自流排除的污水、废水、雨水直接排至城市排水系统，不能自流排除的设置提升设备排至城市排水系统。
优化线路设计，尽可能多的将车站与区间的泵房合并设计，是系统设计中的重要工作。
污水排放，采用密闭提升或真空设备也有效的降低了土建成本，方便了运营维护，提升了公共交通服务的舒适性。
3）、在减少用水水量、雨水利用等方面采用有效的节水措施，以达到节约用水、节能减排的目的。
4）、给、排水设计采用节能型的新技术、新产品，如高效节水型卫生器具、瓷片式水龙头，设置延时龙头、红外感应冲洗阀，都可以有效的节约生活用水量；
5）、采用优质、新型管材、管件及阀门，如内壁光滑的供水管材、低阻耗阀门及倒流防止器等，均可以减少管道的局部水头损失，相应降低供水压力，降低能耗损失。
六、结束语
城市轨道交通的车站是轨道交通系统中的体量最大、功能集中的重要部分，其给水系统、排水系统和自动灭火系统都是不可或缺的配套系统工程。几年来，国家层面大力发展轨道交通基础设施建设，国内许多城市都在建设或筹备轨道交通工程，作为给排水专业技术人员，在工程设计中合理设计车站的给水、排水和灭火系统，与各外部系统专业进行缜密的衔接，对满足车站的使用功能、安全、卫生起到重要的作用，也是轨道交通安全运行的保障之一。
参考文献：
［1］ GB 50016－2014 建筑设计防火规范
［2］ GB 50157－2013 地铁设计规范
［3］ GB 50974－2014 消防给水及消火栓系统技术规范
［4］ GB 50084—2001（2005年版）自动喷水灭火系统设计规范
［5］ 各地区轨道交通工程技术、设计文件
论文作者:严振华
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9期
论文发表时间:2016/9/7
标签：车站论文; 系统论文; 灭火系统论文; 污水论文; 消火栓论文; 废水论文; 泵房论文; 《低碳地产》2016年9期论文;