導 讀
針對河北省首座全地下軌道交通110 kV主變電站，從工程建筑定性、建設規模以及地下變電站的特殊性角度出發，對該建筑物消防系統選取、消火栓系統流量取值、火災延續時間確定、氣滅系統設置、滅火器及消防沙箱配置、消防排水組織、與火災自動報警系統（FAS）系統聯動控制等方面進行了分析和總結，并結合設計過程遇到的問題、注意事項及有爭議的設計點進行闡述，提出了一套安全可行的軌道交通全地下變電站消防給水及滅火設施配置設計方案。
0 引言
傳統地上軌道交通主變電站受線網選址制約，常位于城市中心，建成后對城市景觀的影響及噪聲污染是軌道交通環境保護關注的重難點之一。運河橋變電站作為石家莊市軌道交通2號線一期工程的地鐵專用110 kV變電站，開創性的采用了河北省首座全地下110 kV變電站，地面只保留了人員出入口和風口，其地上規模僅為傳統同規模地上變電站的十分之一，不僅弱化對城市景觀、生態環境的影響，而且還可以結合周邊規劃情況進行整體化設計，與周邊景觀完全融合在一起，改變了傳統變電站與城市的關系。
1 項目概況
變電站用地位于建設北大街西側、石德鐵路北側，建和橋站與義堂站之間，現狀為運河橋客運站用地，規劃為城市綠地。該工程為地下3層縱橫梁箱型框架結構，頂板覆土厚度約1.5 m，底板埋深19.15 m，總建筑面積5 235.56 m2。其中地下建筑面積為4 915.36 m2，其中地面附屬建筑面積為320.2 m2。
地下1層主要設備用房包括1號、2號主變間上空和GIS室上空、空調機房、二次設備室、蓄電池屏室、氣瓶間、消防泵房、消防水池等，管理用房設有一個值班室（兼消防）。地下2層主要為1號主變間、2號主變間、站變室、GIS室、SVG室等重要的設備用房以及空調機房。地下3層主要為電纜夾層、主變油池和空調機房。該變電站正常運行時承擔2號線約一半用電負荷，于2019年11月10日全線電通。
變電站位于地下解決了環境、噪聲等問題，但對消防、排水及防災等方面設計是一次的考驗，目前國內軌道交通全地下變電站極少，關于此方面的設計規范要求不一致，設計可供參考借鑒案例較少。通過查閱大量資料、考察國內類似工程、并組織多次技術討論后形成了本工程的消防給水系統及固定滅火裝置方案。
2 消防系統設置選取
2.1 消防概況及消防特點
本工程消防設計基于同一時間內變電站可能發生的火災次數為一次來考慮。建筑定性為丙類無人值守變電所，耐火等級地下一級、地上二級，單臺油浸變壓器含油量約為17 t，總建筑體積50 000 m3＞V＞25 000 m3。地下建筑高度-17.65 m，地上建筑高度8.5 m。
本工程的主變電站、GIS室、SVG室等重要電器房間均位于地下2層，重要電器設備房間采用耐火極限不低于2 h的隔墻和耐火極限不低于1.5 h的樓板與其他部位隔開。變電所設備選型注重防火，除變壓器外均不采用油開關及設備，中、低壓電纜均采用阻燃低煙無鹵型。本工程具有人員較少，可燃物少的特點，火災發生概率低，火災主要為房間內電器火災，發生火災后應優先考慮在火災前期通過自動滅火將火災撲滅，若火情蔓延，則疏散及救援難度較大。發生火災后直接影響軌道交通2號線的運營，社會影響較大。
2.2 系統設置及選取
通過對本工程建設及火災特點分析，滅火理論上應在有可能發生火災的房間設置自動滅火設施，優先撲滅火災，各房間通過防火墻及防火門分隔，將火情擴散概率降到最低。發生火災后，變電所值班室，義堂站車控室及控制中心（OCC）收到報警反饋，若發現火情蔓延，則由消防人員通過滅火器、室內外消火栓系統滅火。滅火設施設置主要有室內消火栓給水系統、室外消火栓給水系統、推車及手提滅火器布置、沙箱配置、氣體滅火系統。
3 消防給水系統及固定滅火裝置設計
3.1 消火栓系統
3.1.1 水源選取
消火栓系統水源優先考慮市政供水水源，分別由本工程西側建設大街上DN500供水管網和北側豐收路上DN300供水管形成的環裝供水管網上接入兩根DN200的給水管作為本項目的水源，接入點水壓約為0.20 MPa。
3.1.2 消火栓系統水量及火災延續時間選取
關于室內外消防水量的選取，本項目設計階段可依據規范為《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50974-2014）、《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB 50229-2006）、《35~220 kV城市地下變電站設計規程》（DL/T 5216-2017）、《地鐵設計防火標準》（GB 51298-2018）4本規范，但各規范對本項目消防水量要求不同。因此在考慮本工程消火栓流量選取時，進行過詳細論述及討論。
（1）按照《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50974-2014），考慮本工程是地下建筑，工程總體積V＞25 000 m3，室內消火栓流量Q=40 L/s，室外消火栓流量Q=25 L/s，火災延續時間為2 h。
同時本規范3.4.8條對變電站室外消火栓設計流量有相關要求，本工程變電站單臺油浸變壓器含油量W=17 t，室外消火栓設計流量取20 L/s，火災延續時間為2 h，但規范對此要求僅局限于地上構筑物，不適用于本工程，所以僅可作為參考。
（2）依據《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB 50229-2006），本工程建筑火災危險性為丙類，耐火為一級，按照本工程建筑體量，本工程室外消防流量按30 L/s，室內消火栓用水量不小于10 L/s，火災延續時間在本規范中未做要求，本規范未界定變電站位于地下或地上，均統一取值。
（3）《35~220 kV城市地下變電站設計規程》(DL/T 5216-2017)中要求本工程需設置室內外消火栓系統，并對室內消火栓安裝位置有相關要求，但對室內外消防用水量未做詳細要求，具體設計標準依據火災危險性、火災特性和環境條件等因素綜合確定。
（4）《地鐵設計防火標準》(GB 51298-2018)要求同（2）。
4本規范要求對比如表1所示。
通過對4本規范關于本工程室內外消火栓系統的要求進行分析，同時考慮變電站的重要性及位于地下救援難度增加等諸多因素，室內外消防用水量及火災持續時間按規范較嚴的要求來確定，最終明確室外消防用水量Q=30 L/s，室內消防用水量Q=40 L/s。火災延續時間，不小于2 h。
3.1.3 室內外消火栓系統設計
（1）室外消火栓系統。由本工程附近建設大街和豐收路接入兩根不同的DN200水源管，經過倒流防止器后，在本工程建設紅線內成環，室外消火栓在供水環管上設置，室外消火栓距離本工程消防車道邊緣不超過2.0 m，消火栓在場區內均勻布置且間距不超過100 m，并保證其距離水泵接合器15~40 m。根據本工程體量，共設置兩組室外消火栓+水泵接合器組。供水壓力保證滅火最不利點消火栓的水壓不小于0.10 MPa（從室外地面算起），核算后利用市政壓力可滿足室外消火栓系統壓力需求。
（2）室內消火栓系統。按照本工程建筑高度，本工程消火栓系統不分區，僅考慮一個分區，最大靜壓0.52 MPa，小于1.0 MPa。
本工程消火栓，栓口動壓不應小于0.25 MPa，水槍充實水柱不應小于10 m，市政壓力不滿足消火栓壓力要求，因此采用臨時高壓消火栓系統，火災時由泵房加壓系統加壓滅火。
消防泵房與消防水池設置在地下1層，距地面高度-7.45 m，通過消防泵房附近2號出入口可通往地面。消防水池儲存一次消防室內消火栓系統的用水量，有效容積不小于288 m3，由室外消防供水環網接入一根DN100供水管為消防水池補水，消防水池不分格。消火栓加壓泵設置2臺(1用1備)，水泵型號為Q=40 L/s，H=40 m，N=30.0 kW，消防泵采用消防電源，一級負荷，消防水泵出水管兩路在本工程內部成環。
因本工程的土建特點，設置屋頂高位水箱位置受限，因此未設置高位水箱僅考慮設置了穩壓設備一套，穩壓設備與室內消火栓環網系統通過DN100管道連接，平時管網壓力由穩壓設備穩壓。
消火栓布置保證同層相鄰的兩個消火栓的充實水柱同時到達被保護范圍的任何部位，消防電梯間前室設消火栓，最不利點設置試壓消火栓。消火栓充實水柱不小于10 m，間距不大于30 m，栓口動壓不小于0.25 MPa。每組消火栓箱均配DN65口徑的消火栓、25 m長的DN65襯膠水龍帶1根（帶快裝接頭）和19口徑的水槍噴嘴1套（水槍為直流水霧兩用水槍）、自救式消防水喉1套、消防按鈕1只。在地下3層中消火栓栓口出水壓力超過0.5 MPa，采用減壓穩壓消火栓。
由地下1層消火栓環網，接出兩組共4個水泵接合器，每組接合器為雙排并列式。本工程水泵接合器設置的總給水流量大于室內消火栓設計流量40 L/s，室內消防原理如圖1所示。
3.2 氣體滅火系統
常規的地上軌道交通主變電站，不需要設置自動滅火系統。但對于本工程全地下主變電站，按現行《地鐵設計防火標準》《35~220 kV城市地下變電站設計規程》相關規定及要求，對重要電器房間設置了自動滅火系統。保護區除規范明確要求房間外，同時按地下車站保護區標準對同類型或同性質房間進行了保護，本工程自動滅火系統保護房間為二次設備室、GIS室、小電阻接地裝置室、SVG室（2個）、1#主變間、2#主變間、值班室（兼消防）、1#站變、35 kV配電裝置室、蓄電池屏室、民用通信設備室。
滅火介質選取IG541混合惰性氣體，對環境無污染，對設備無腐蝕，對人員安全。最大保護區體積1 756.17 m3＜3 600 m3，面積138.09 m2＜800 m2，符合選用管網滅火系統的要求。按全淹沒組合分配式設計，各保護區滅火劑設計濃度及高低溫復核濃度均滿足37.5%~52.0%的要求。
GIS室、1號主變間、2號主變間凈空高度為12.9 m，考慮氣體滅火的噴頭保護高度不宜大于6.5 m，因此對此高大空間氣滅保護區采用雙層氣滅噴頭保護，GIS室及主變間氣滅保護區上方吊裝孔，采用預制條形混凝土蓋板進行封堵，封堵需嚴密，封堵物承壓需大于1 200 Pa，如圖2所示。
3.3 滅火器及消防沙箱配置
考慮本工程火災危險性大、影響大的特點，滅火器配置按嚴重危險建配置。火災種類，電氣機房為E類，其他為A類，滅火器選用磷酸銨鹽干粉滅火器。
每個消火栓箱下部設置3具MF/ABC5手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器放置位置滿足A類火災場所最大保護距離15 m、E類火災場所最大保護距離9 m的要求。1號、2號主變間配置手提式和推車式磷酸銨鹽干粉滅火器，同時配置消防沙箱，其他重要電器房間單獨增設2具滅火器。
3.4 消防排水系統
地下變電站在消防電梯、消防泵房及變電站低點，需考慮消防排水。
消防電梯排水、消防泵房排水單獨考慮，其中消防電梯排水需求按《消防給水及消火栓系統技術規范》要求考慮，按有效容積＞2 m3，總水泵流量＞10 L/s；消防泵房排水泵總排水能力按不小于補水管的補水能力選型，避免水池液位判斷失誤時持續補水影響變電所運行。變電所局部低點排水，按《地鐵設計防火規范》（GB 51298-2018）要求總排水能力不應小于一次消防的室內消防水量及結構滲漏水量總和，其中室內消防水量144 m3/h，結構滲漏水量不超過0.5 m3/h。考慮單設一處排水泵站體量較大，因此在本工程地下3層設置5處小體量排水泵站，單處排水能力30 m3/h，滿足排水需求。變電所內地下1層、地下2層消防排水通過地漏及樓面層找坡排至地下3層，地下3層由排水溝組織將排水排至各處小集水坑。其中主變間排水，需經過地下隔油室后，再排至集水坑，如圖3所示。所有排水泵均按一級負荷消防電源配電，參與消防期間排水，本工程建筑設備自動化系統（BAS）監控水泵狀態。
3.5 系統控制
變電站設置火災自動報警系統（FAS），按一級保護對象設計。2號線一期工程全線設有火災報警控制中心，變電站與控制中心聯網，實現中心與變電站兩級管理，中心、變電站、就地三級控制。
本工程消火栓水泵啟動方式有壓力開關自動啟動、就地手動啟動、機械應急啟動、遠程啟動4種啟動方式。變電站內消防泵由FAS監控，發生火災時，通過消火栓箱內的消防按鈕向FAS發出啟泵信號，FAS確認后啟動消防泵并通過其系統模塊點亮消火栓按鈕上的啟泵指示燈，告知消防人員消防泵啟動，同時消防泵與變電站的值班室手動控制盤有手動控制線連接，在緊急情況下也可直接由手動控制盤上的按鈕遠程直接啟動消防泵。
本工程氣體滅火系統具備自動控制、手動控制及機械應急操作3種啟動方式。在氣滅保護的房間收到煙感或溫感的火災信號后，氣滅控制盤啟動設在防護區的警鈴，同時向FAS系統提供火災報警信號，由FAS系統聯動氣滅控制系統完成保護區滅火功能。
4 設計思考及注意事項
（1）值班室（兼消防）是否需要設置氣滅的。在軌道交通的設計中車站控制室一般不設置氣滅，變電站的值班室（兼消防）功能定義FAS區域機，本工程為無人值守變電站，在值班室（兼消防）FAS機柜內設置消防專用電話主機，主所內電話接入鄰近義堂站；考慮值班室（兼消防）設置了FAS主機、蓄電池等重要電器設備，但非24 h值守，在因此本工程值班室（兼消防）考慮氣滅保護。但需要與運營單位交底明確，在巡檢人員值班期間，該房間需調至手動狀態，避免誤噴放對值班人員造成人身傷害。
（2）本工程變電所建筑定義丙類變電所，是否需要考慮噴淋系統。依據《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）關于丙類倉庫、廠房，超過一定規模需設置自動滅火系統，但本工程為變電所，不屬于規范要求的廠房或倉庫，且各重要電器房間均已設置氣體滅火系統，走廊和空調機房等其他非電器房間基本無可燃物，設置自動噴水滅火系統意義較小，因此不考慮設置。
（3）消防水池補水需要具備遠程BAS自動控制功能。因本工程屬于無人值守工程，消防水池補水浮球閥為易損件，如發生故障，運營人員從收到高報警液位信號至關斷閥門期間易引起供水大量流失，且更換閥門期間供水不能自動控制。基于上述考慮，在本工程消防水池設置超聲波液位計，補水管設置電動蝶閥，在浮球閥故障后通過超聲波液位信息反饋至BAS聯動控制補水管上電動蝶閥的開啟及關閉，如圖4所示。
圖4 液位聯動控制補水管電動閥
（4）1號、2號主變電間氣滅設計及安裝注意事項。①主變間墻體設置為鋼筋混凝土作為防爆墻，因此這類房間的泄壓口應隨結構同期預埋，避免后期開孔影響工程質量；②設備吊裝孔管道避讓。與常規的地下軌道交通吊裝孔設置形式不同，地下變電所的受設備尺寸控制及泄爆要求，吊裝孔一般直接設置設備房間，因此在設計氣滅房間管道時應核查吊裝孔位置，不論設備是否已完成吊裝，管道及噴頭安裝應靠近邊墻布置，避讓吊裝孔，如圖5所示。
微信對原文有修改。原文標題：全地下模式軌道交通主變電站消防系統設計要點分析；作者：劉慶、鄒魯、邵紅波、段英隨、宋婷婷、田福州；作者單位：北京城建設計發展集團股份有限公司、石家莊市軌道交通集團有限責任公司。刊登在《給水排水》2021年第11期。
文章來源：給水排水