張 亮 曾慶華 林程保 林 宏 馮 巍

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

1 研究背景

目前，我國正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，鐵路在大都市之間的人員交流、城鎮(zhèn)化發(fā)展中，發(fā)揮著中心城市輻射帶的功能，具有十分重要的交通紐帶作用[1]。截至2018年底，全國高速鐵路營業(yè)里程已經超過2.9萬km，占鐵路通車總里程的23%，高速鐵路在全國交通運輸系統(tǒng)中，扮演者越來越重要的角色[2]。

高速鐵路的給排水設計，在客車上水、卸污及污廢水處理等方面都有其行業(yè)特殊性[3]，特大(大)型車站和動車所的給排水投資大，占全線給排水專業(yè)投資的50%～70%。特大(大)型車站和動車所，擔負著客車上水和卸污的服務功能。隨著國民經濟的發(fā)展、人民生活水平的逐步提高，從旅客健康和保護鐵路財產的角度出發(fā)，保證供水水質和消防安全，是鐵路給排水設計的關鍵[4]。

本文以某高速鐵路給水系統(tǒng)研究為例，通過對傳統(tǒng)的給水系統(tǒng)進行分析，針對設計過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出新的給水系統(tǒng)設計方案，對方案進行對比得出較優(yōu)方案，為鐵路給排水設計提供參考。

2 給水站給水系統(tǒng)設計現(xiàn)狀

特大(大)型車站和動車所具有日用和消防用水量大的特點，設有旅客列車給水系統(tǒng)，室內、室外消火栓給水系統(tǒng)，室內自噴系統(tǒng)，室內消防水炮系統(tǒng)等多種消防給水系統(tǒng)[5]。受原消防標準低和專業(yè)分工等方面的影響，鐵路特大(大)型車站的給水系統(tǒng)設計大都采用：室外消防給水系統(tǒng)和生產生活給水系統(tǒng)合用1套管網和供水設備，室內消火栓系統(tǒng)、室內自噴系統(tǒng)、室內消防水炮系統(tǒng)在建筑物內就近設多個獨立的室內消防給水系統(tǒng)及加壓系統(tǒng)(以下簡稱傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案)。特大(大)型車站、動車所傳統(tǒng)的消防給水系統(tǒng)供水示意，如圖1、圖2所示。

圖1 特大(大)型車站傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案供水示意圖

圖2 動車所傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案供水示意圖

據調查、特大(大)型車站和動車所大多采用室外消防和生產生活給水系統(tǒng)合用1套供水管網，如重慶北站、重慶北動車所、重慶西動車所、成都東動車所、成都東站、昆明南站等，室內消防系統(tǒng)在多個建筑物內設有多個獨立的室內消防給水及加壓系統(tǒng)。

3 傳統(tǒng)給水系統(tǒng)存在的問題

針對傳統(tǒng)的給水系統(tǒng)存在的問題，本文從消防安全、供水水質安全、消防水泵啟動等方面進行闡述。

3.1 消防安全

隨著國民經濟的發(fā)展，鐵路行業(yè)特大型及超大體量的建筑越來越多，消防的要求也越來越高。GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》及GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》在消火栓用水量、消防控制方式上較舊版規(guī)范均做了大幅度的調整，對管網的設計、消防控制等方面都提出了更嚴格的要求[6]。

3.2 水質安全

目前，大多數(shù)車站的消防給水系統(tǒng)管網的設置采用室外消防和生產生活給水系統(tǒng)合用1套管網，管網管徑采用遠期的生產生活用水量和消防用水量計算確定。在運營過程中，初(近)期生產生活用水量小，消防用水量隨著消防規(guī)范的更新，卻在加大；此外，管網平差計算時，某些管徑偏大，導致用水量小的管網末端水質更新慢，存在水質變差的情況，嚴重影響了供水安全及旅客身體健康，造成不良的社會影響。

3.3 消防水泵啟泵

室外消防給水系統(tǒng)和生產生活給水系統(tǒng)合用1套供水設備，若采用變頻供水設備，室外消火栓系統(tǒng)無法滿足GB 50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)范第3.1.8條 “消防水泵等消防電氣控制裝置不應采用變頻啟動方式”的規(guī)范要求；若采用工頻水泵，整個生活給水系統(tǒng)將不節(jié)能[7]。另外，生產生活與消防共用水泵，消防水池不做他用的措施無法得到保證[8]。為解決上述矛盾，車站的供水設備可采用變頻供生產生活用水和消防工頻水泵并聯(lián)的形式向管網供水，但由于共用1套管網，當客車上水栓工作和室外消火栓啟用時，均會導致管網壓力下降，消防加壓設備無法判斷何時該啟動消防泵，不滿足GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》關于消防水泵采用壓力開關或流量開關啟泵的要求。

4 新給水系統(tǒng)方案的提出

車站給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)的設計的重點是滿足消防安全和鐵路給水水質安全的要求，為保證旅客出行安全，杜絕出現(xiàn)安全事故，本文提出新的給水系統(tǒng)方案，即生產生活給水系統(tǒng)采用1套供水管網，室內、室外消防給水系統(tǒng)合用1套管網的供水方案(下稱新給水系統(tǒng)方案)。

5 給水系統(tǒng)對比分析

新給水系統(tǒng)方案對比傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案，不僅能解決水質安全問題，而且符合消防設計規(guī)范要求。本文以某特大型車站、動車所的給水系統(tǒng)設計為例，從管網工程、給水設備、土建工程、供水可靠性、供水安全性、運營管理、經濟合理性等方面進行分析。

5.1 某高速鐵路特大(大)型車站、動車所的工程概況

特大(大)型車站、動車所的新給水系統(tǒng)方案供水示意，如圖3、圖4所示。

圖3 特大(大)型車站室內外消防給水系統(tǒng)合用與生產生活分設的管網示意圖

圖4 動車所消防給水系統(tǒng)新方案供水示意圖

某高速鐵路特大型車站規(guī)模為15站臺29線，分3個車場，車站最高聚集人數(shù)1.5萬人，在距離車站站房約1 km處設綜合維修工區(qū)，初近期用水總量 1 303 m3/d，遠期用水總量 2 091 m3/d，1次消防用水量702 m3；動車所規(guī)模為12線檢查庫和48線存車場，初近期用水總量 2 005 m3/d，遠期用水總量 2 574 m3/d，1次消防用水量 1 080 m3，為兩條線的運營動車提供日常檢修和維護作業(yè)。特大型車站和動車所均有客車上水、缷污作業(yè)。特大型車站和動車所的管網按遠期設計，給水設備按初近期水量配置。

5.2 管網工程

管網工程是給水系統(tǒng)重要的工程之一，特大型車站和動車所的室內外消防給水系統(tǒng)、生產生活給水系統(tǒng)總管道長度采用傳統(tǒng)的給水方案，管道長度比新給水系統(tǒng)方案分別少約1%和7%。具體特大型車站和動車所的管道工程量分析，如表1、表2所示。

表1 特大型給水站管道敷設對比分析表

表2 動車所管道敷設對比分析表

5.3 給水設備

(1)新給水系統(tǒng)方案設備設計

給水站內設1座給水加壓站，加壓站內設大小泵搭配變頻供水1套，400 m3的裝配式不銹鋼生活水箱1座；同時在泵房內設室內外消防合用的消防水泵機組1套，自噴水泵機組1套、消防水炮泵機組1套。

(2)傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案設備設計

給水站內設1座給水加壓站，加壓站內設大小泵搭配變頻供水1套；工頻水泵1套，400 m3的裝配式不銹鋼生活水箱1座，同時在站房內還需設置設室內消防水泵機組1套，自噴水泵機組1套、消防水炮泵機組1套。由于特大型車站或動車所和工區(qū)大多數(shù)分散布置，為了滿足工區(qū)房屋的室內消防設計要求，在距離站房1 km處，還需新建室內消防給水加壓設備1套,同時需消防泵房和消防水池等土建工程進行配套。

特大型車站和動車所的新方案相對傳統(tǒng)方案消防供水設備數(shù)量都較少，且布置集中，控制簡單，較優(yōu)。具體特大型車站和動車所的設備設計分析，如表3、表4所示。

表3 特大型車站設備設計對比分析表

表4 動車所設備設計對比分析表

5.4 土建工程

本次提出新的給水方案，最大的特點是，消防泵房和水池僅設1座就能滿足站區(qū)或動車所的所有的消防給水系統(tǒng)。傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案設1座給水所，僅滿足站區(qū)或動車所的室外消防和生產生活給水系統(tǒng)要求，還需在設有室內消防給水系統(tǒng)的單體建筑內設若干座消防泵房和水池，以滿足室內消防的設計要求。具體特大型車站和動車所土建工程對比分析，如表5所示。

表5 特大型車站和動車所土建工程對比分析表

消防泵房多，不僅不便于運行和管理，而且也增加了土建，電力配套等費用，新提出的方案優(yōu)于傳統(tǒng)的消防給水系統(tǒng)方案。

5.5 供水可靠性

5.5.1 傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案實施難點

若采用傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案，為滿足消防設計要求，需在變頻水泵的基礎上，增加1套工頻消防水泵，設備設置復雜化。高速鐵路中特大型車站、動車所均設有旅客列車給水系統(tǒng)，旅客列車給水栓單栓設計流量在1.5～2.5 L/s，旅客列車上水同時一排上水設計流量在25～40 L/s之間，大于1座消火栓的設計流量，甚至大于室外消防設計流量，而且由于合用管網，消防泵采用低壓壓力開關啟動時，無法識別是否發(fā)生火災，導致無法啟動消防工頻泵。可在每個室外消火栓支管上均需設流量開關以達到流量開關啟泵的方案，但室外消火栓的數(shù)量龐大，節(jié)點故障率增高，而且室外消火栓支管上的流量開關均需用控制電纜連接至消防泵房內的控制柜，線路長度長，線路故障多，使用壽命短，敷設電纜造價高，電氣控制復雜、運營管理難，存在安全隱患。

5.5.2 電氣控制的可靠性

傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案，可采用消火栓支管上設流量開關的形式控制水泵啟動，但流量開關采用長距離控制線傳輸信號，可靠性差，誤動作概率高。

新給水系統(tǒng)方案采用設置在消防水泵的出水干管上的壓力開關直接控制室內外消防泵啟動。只需在消防主干管上設1個低壓壓力開關。室內外消防給水系統(tǒng)采用消防水泵供水，不與給水泵混用管網，無干擾。出水干管上的壓力開關與控制柜在同一泵房內，控制線短，可靠性高。具體電氣控制可靠性分析，如表6所示。

表6 特大型車站及動車所給水站電氣控制對比分析表

5.6 供水安全性

傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案，站臺的消防管網內容易形成死水區(qū)，有回流污染的風險。在管網末端，管徑較大而用水量小，水循環(huán)差，水質難以保障，一旦出現(xiàn)水質安全事故，社會影響較大。例如：某動車所給水水質監(jiān)測存在兩項指標不合格。

采用新給水系統(tǒng)方案，生活、消防管網分設，飲用水的水質有保障。因此，新給水系統(tǒng)方案的在供水水質安全保障上有較大優(yōu)勢。具體水質安全對比分析，如7所示。

表7 特大型車站和動車所供水水質對比分析表

5.7 運營管理

傳統(tǒng)的的消防給水方式，出現(xiàn)故障時，難以分清是消防系統(tǒng)故障，還是給水系統(tǒng)故障，查找難度較大。并且消防泵房多，位置分散，管理難度較大。

新方案生產生活給水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)各自有獨立的控制系統(tǒng)，設備均布置在1座泵房內，集中布置且運行獨立，因此新方案運行維護及管理均較簡單。具體運營管理分析對比分析，如表8所示。

表8 特大型車站和動車所運營管理方面對比分析表

5.8 經濟合理性

本線結合特大型車站和動車所的新方案及傳統(tǒng)方案的投資進行了對比分析，特大型車站的新給水系統(tǒng)總投資約 1 330.71萬元，傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案總投資約 1 499.04萬元；從經濟角度分析，新給水系統(tǒng)節(jié)約投資約168.33萬元，占比約11.23%。具體特大型車站和動車所的對比經濟指標，如表9、表10所示。

表9 某高速鐵路特大型車站給水系統(tǒng)經濟分析表

表10 某高速鐵路動車所給水系統(tǒng)經濟分析表

傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案相比新給水系統(tǒng)方案在管道敷設上，經濟效益優(yōu)勢明顯，但給水系統(tǒng)不僅僅是管道敷設，從系統(tǒng)性分析，傳統(tǒng)給水系統(tǒng)方案占地面積大，總的消防泵房面積大，設備分散且數(shù)量多，導致系統(tǒng)造價高。

6 結束語

通過分析國內特大型車站和動車所目前采用的給水管網系統(tǒng)形式，文章以重慶地區(qū)某動車所出現(xiàn)供水水質及消防安全隱患為出發(fā)點，提出了新給水系統(tǒng)方案。新給水系統(tǒng)方案，適用于當市政供水條件為單水源或市政自來水水量水壓無法滿足生產生活及消防要求，車站的給水系統(tǒng)采用臨時高壓的給水系統(tǒng)；采用新給水系統(tǒng)方案既能更好地滿足消防設計規(guī)范的要求，也能保證消防及供水水質安全，且經濟合理。

由此，新給水系統(tǒng)，在鐵路領域中，不僅可以用在高速鐵路的給水站中，而且可用于鐵路貨場、鐵路港口、鐵路物流園區(qū)、軌道交通車輛段等項目中的消防給水系統(tǒng)。

當給水站在室外消防采用低壓室外消防給水系統(tǒng)；室外消防用水量遠遠小于室外生產生活用水量的條件下。室外消防和生產生活給水系統(tǒng)合用1套供水管網有一定的優(yōu)勢，同時還須合理確定管徑，兼顧生活用水點不應設置在支狀管網末端，避免造成水質污染。