肖振鵬，柳登發(fā)

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010）

0 引言

軌道交通憑借其速度快、時效性好、乘坐舒適等優(yōu)點，逐漸成為城市交通的重要組成部分。近年來城軌交通運營線路長度快速增長，城軌交通客運量占全國公共交通客運總量的分擔比率逐年提高［1］，分別為2019年的34.6%、2020 年的38.7%、2021 年的43.4%，如圖1 所示。

圖1 2019、2020、2021 年各中心城市軌道交通占公共交通分擔率

相關(guān)文獻對國內(nèi)外的地鐵火災案例進行了詳細的分析，火災自動報警系統(tǒng)、消防給排水、防排煙、應(yīng)急照明系統(tǒng)等消防設(shè)施對火災的早期報警、早期滅火和及時疏散人員起到重要作用［2］。城市軌道交通消防負荷眾多，在火災中的作用各異，消防供電需求不盡相同。合理地對供電電源、電纜選型、電纜敷設(shè)等進行設(shè)計，得出一個設(shè)計基準方案，兼顧軌道交通消防負荷供電的可靠性、合理性及經(jīng)濟性，具有重要的參考和指導意義。

目前國內(nèi)關(guān)于城市軌道交通消防配電設(shè)計的研究主要集中在電纜、橋架等的防火性能［3－5］、消防應(yīng)急照明［6］等方面，尚鮮見從火災工況下消防負荷的持續(xù)供電時間需求出發(fā)，統(tǒng)籌各專業(yè)消防配電線路設(shè)計，保證城市軌道交通消防配電設(shè)計整體性，進行全局性研究。

截至2022 年底，全國有53 個城市開通運營城市軌道交通線路290 條。城市軌道交通分布區(qū)域廣，由于全國各城市環(huán)境條件、經(jīng)濟水平等不同，消防配電設(shè)計標準，包括電纜耐火性能、橋架性能等存在差異。如上海市地方工程建設(shè)規(guī)范《民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)程》，其要求高于國家規(guī)范的要求［7］。

國內(nèi)各耐火電纜分級方法不相統(tǒng)一，規(guī)范與現(xiàn)有產(chǎn)品分級方法脫節(jié)，應(yīng)制定更為合理的分級方法［3－5］。這種情況下易導致出現(xiàn)設(shè)計要求與產(chǎn)品實驗要求不匹配的情況。如目前常用的RTTZ 礦物絕緣電纜，其國標產(chǎn)品標準中無120 min耐火時間選項。

基于以上原因，全國各地的軌道交通消防供電設(shè)計方案存在一定差異。差異存在的合理性，是建立在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)之上。所以應(yīng)以達到設(shè)計目的作為設(shè)計合理性的判斷依據(jù)，在滿足消防負荷火災期間的持續(xù)供電時間為基本原則。本文通過全面分析各消防負荷火災時所需的持續(xù)供電時間，結(jié)合城市軌道交通的電源方案、國內(nèi)耐火電纜的現(xiàn)狀及選型、消防配電線路的敷設(shè)、規(guī)范對消防線路的設(shè)計要求等，提出合理的基準設(shè)計方案。并以國內(nèi)電氣行業(yè)的探索實踐、技術(shù)進步作為支撐，對方案提出了可延展性的優(yōu)化，對于實現(xiàn)城市軌道交通消防供電設(shè)計的可靠性、合理性和經(jīng)濟性具有重要的參考和指導意義。

1 消防負荷火災延續(xù)時間

城市軌道交通中消防負荷種類眾多，為便于梳理，根據(jù)規(guī)范及各消防負荷火災時的參與度，將城市軌道交通消防負荷劃分為兩類：一是主要消防負荷，包含火災自動報警系統(tǒng)、消防泵、防排煙系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明、氣體滅火系統(tǒng)等，在撲滅初期火災、排煙、滅火、人員疏散的過程中起到重要作用；二是輔助類消防負荷，包含消防疏散用自動扶梯、站臺門、各弱電系統(tǒng)等，在火災初期或火災發(fā)生一定時間內(nèi)配合人員疏散等需要持續(xù)運行一段時間的設(shè)備。

1.1 火災自動報警系統(tǒng)

火災自動報警系統(tǒng)是探測火災早期特征、發(fā)出報在報警信號，為人員疏散、防止火災蔓延和啟動滅火設(shè)備提供控制和指示的消防系統(tǒng)。

《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》：10.1.5 消防設(shè)備應(yīng)急電源……蓄電池組的容量應(yīng)保證火災自動報警系統(tǒng)及聯(lián)動控制系統(tǒng)在火災狀態(tài)同時工作負荷條件下連續(xù)工作3 h以上［8］?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計標準》：13.7.16 火災自動報警裝置在火災發(fā)生期間的最少持續(xù)供電時間大于或等于180（120）min（注：120 min 為建筑火災延續(xù)時間2 h的參數(shù)）［9］。城市軌道交通工程設(shè)計火災延續(xù)時間為2 h。綜上確定火災自動報警系統(tǒng)的火災延續(xù)時間不小于2 h。

1.2 給排水及消防

給排水及消防涵蓋了消防泵及消火栓系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)（IG541）、高壓細水霧滅火系統(tǒng)等，以下分別進行分析。

（1）消防泵及消火栓系統(tǒng)

當車站雙路市政供水無法滿足消火栓水壓時，或車站只有單路市政供水的情況下，需要在車站設(shè)置消防水池，并配備供水設(shè)置，包括消防水泵組（包括穩(wěn)壓泵）、水泵接合器組［10］。

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》：3.6.2 不同場所消火栓系統(tǒng)固定冷卻水系統(tǒng)的火災延續(xù)時間不應(yīng)小于表3.6.2 的規(guī)定［11］。由表3.6.2 數(shù)據(jù)確定，車站火災延續(xù)時間為2 h。

《地鐵設(shè)計防火標準》：7.1.6 地鐵工程地下部分室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的設(shè)計火災延續(xù)時間不應(yīng)小于2 h［12］。其條文解釋：至目前為止，尚無可靠、充分的地鐵火災延續(xù)時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此本標準考慮到地鐵工程中的火災荷載，參照民用建筑和隧道的有關(guān)火災延續(xù)時間，規(guī)定地下部分的室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的火災延續(xù)時間不小于2 h。

綜上可以確定，消防泵的火災延續(xù)時間不小于2 h。

（2）氣體滅火系統(tǒng)（IG541）

氣體滅火系統(tǒng)主要目的是撲滅初期火災，作為全淹沒滅火系統(tǒng)，需要盡快釋放IG541，并使氣體均勻地充滿整個防護區(qū)。

《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》：3.4.3 當IG541 混合氣體滅火劑噴放至設(shè)計用量的95%時，其噴放時間不應(yīng)大于60 s，且不應(yīng)小于48 s［13］。未有氣體滅火系統(tǒng)火災延續(xù)時間的相關(guān)描述。

氣滅雙切箱為氣滅控制盤、設(shè)備房的氣體釋放指示燈、聲光報警器、警鈴等配電。且部分城市軌道交通車站將其控制部分納入了FAS 系統(tǒng)，為部分煙感、溫感、防火閥等配電，可參考火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計。

（3）高壓細水霧滅火系統(tǒng)

高壓細水霧滅火系統(tǒng)以其優(yōu)異的滅火性能，以及國產(chǎn)化帶來的成本降低，逐步在城市軌道交通中推廣。

《細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》：3.4.9 系統(tǒng)的設(shè)計持續(xù)噴霧時間應(yīng)符合下列規(guī)定：用于保護電子信息系統(tǒng)機房、配電室等電子、電氣設(shè)備間、圖書庫、資料庫、檔案庫、文物庫電纜隧道和電纜夾層等場所時，系統(tǒng)的設(shè)計持續(xù)噴霧時間不應(yīng)小于30 min［14］。

綜上確定高壓細水系統(tǒng)的火災延續(xù)時間不小于0.5 h。

（4）車站及區(qū)間廢水泵

《地鐵設(shè)計規(guī)范》對區(qū)間及車站設(shè)置的廢水泵提出了相應(yīng)的要求：排水泵的總排水能力，應(yīng)按消防時的排水量和結(jié)構(gòu)滲漏水量總和確定［15］。可知廢水泵在火災期間用于輔助排出消防水。規(guī)范無廢水泵火災延續(xù)時間的要求，故車站及區(qū)間廢水泵按輔助類消防負荷配電。

1.3 防排煙系統(tǒng)

軌道交通防排煙設(shè)備包括防排煙風機、電動排煙風閥等。

《地鐵設(shè)計防火標準》：8.4.2 地下車站的排煙風機在280 ℃時應(yīng)能連續(xù)工作不小于1.0 h，地上車站和控制中心及其他附屬建筑的排煙風機在280 ℃時應(yīng)能連續(xù)工作不小于0.5 h。8.4.3 地下區(qū)間的排煙風機的運轉(zhuǎn)時間不應(yīng)小于區(qū)間乘客疏散所需的最長時間，且在280 ℃時應(yīng)能連續(xù)工作不小于1 h［12］。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》：28.4.13 區(qū)間隧道事故、排煙風機、地下車站公共區(qū)和車站設(shè)備與管理用房排煙風機，應(yīng)保證在250 ℃時能連續(xù)有效工作1 h。28.4.14 地面及高架車站公共區(qū)和設(shè)備與管理用房排煙風機應(yīng)保證在280 ℃時能連續(xù)有效工作0.5 h［15］。

綜上確定防排煙設(shè)備火災延續(xù)時間：地下車站不小于1 h，地面及高架車站不小于0.5 h。

1.4 消防應(yīng)急照明

地鐵消防應(yīng)急照明包括疏散照明、備用照明，其中疏散照明設(shè)置消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，備用照明采用EPS電源供電。

相關(guān)個人信息法律規(guī)范，往往“重‘刑事處罰’和‘行政管理’，而輕‘民事確權(quán)’與‘民事歸責’”[3]，換言之，相關(guān)規(guī)范所設(shè)定的“法律責任”在一定程度上存在“兩極分化”表現(xiàn)，即部分規(guī)范僅規(guī)定義務(wù)，卻沒有設(shè)定違反義務(wù)需要承擔的法律后果;部分規(guī)范雖有設(shè)定法律責任，但多數(shù)規(guī)范以“重責追究”，尤其以刑事責任追究。例如:《最高人民法院、最高人民檢察院關(guān)于辦理侵犯公民個人信息刑事案件適用法律若干問題的解釋》規(guī)定十種“情節(jié)嚴重”定罪類型，“幾乎所有侵犯公民個人信息行為都可能直接觸發(fā)刑事責任?！盵2]

（1）消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》：3.2.4系統(tǒng)應(yīng)急啟動后，在蓄電池電源供電時的持續(xù)工作時間應(yīng)滿足下列要求：醫(yī)療建筑、老年人照料設(shè)施、總建筑面積大于100 000 m2的公共建筑和總建筑面積不大于20 000 m2的地下、半地下建筑，不應(yīng)少于1.0 h。其他建筑，不應(yīng)少于0.5 h［16］。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》：28.6.2 地下線路的應(yīng)急照明的連續(xù)供電時間不應(yīng)小于60 min［15］?！兜罔F設(shè)計防火標準》：11.2.5 地下車站及區(qū)間應(yīng)急照明的持續(xù)供電時間不應(yīng)小于60 min［12］。

綜上確定消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的持續(xù)供電時間：地下車站不小于1 h，地面及高架車站不小于0.5 h。

（2）備用照明

《建筑照明設(shè)計標準》：備用照明是用于確保正?；顒永^續(xù)或暫時繼續(xù)進行的應(yīng)急照明［17］?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》及《地鐵設(shè)計防火標準》中并未區(qū)分疏散照明和備用照明。結(jié)合《民用建筑電氣設(shè)計標準》：13.6.6 備用照明及疏散照明的最少持續(xù)供電時間及最低照度應(yīng)符合表13.6.6的規(guī)定［9］，與城市軌道交通相關(guān)內(nèi)容如表1所示。

表1 備用照明最少持續(xù)供電時間（部分）

綜上確定備用照明的火災延續(xù)時間不小于2 h。

1.5 消防疏散用電扶梯

《建筑設(shè)計防火規(guī)范》：5.5.4 自動扶梯和電梯不應(yīng)計做安全疏散措施［18］。但是由于軌道交通火災的特殊性，列車及站臺人員需要在極短的時間內(nèi)撤離站臺（4 min內(nèi)）。若均按樓梯設(shè)計滿足疏散，則犧牲了運營過程中的便利性，但在設(shè)置扶梯的情況下，僅靠設(shè)置的樓梯無法滿足疏散時間要求，所以《地鐵設(shè)計規(guī)范》、《地鐵設(shè)計防火標準》中乘客全部撤離站臺的時間計算公式中納入疏散用自動扶梯的通過能力。

綜合規(guī)范考慮，消防疏散用自動扶梯并無火災延續(xù)時間的定義。其目的是在火災初期輔助快速完成人員疏散，在6 min內(nèi)完全疏散至站廳公共區(qū)。

1.6 弱電系統(tǒng)

梳理《地鐵設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范梳理與消防相關(guān)的弱電系統(tǒng)專業(yè)的后備時間如表2 所示。

表2 各弱電系統(tǒng)后備時間

結(jié)合規(guī)范中對這些系統(tǒng)并未采用火災時持續(xù)供電的描述，系統(tǒng)的后備時間并不能完全等同于火災時該設(shè)備的持續(xù)供電時間需求，更多的是基于系統(tǒng)對于城市軌道交通正常運營的重要性而做出的要求。

2 供電方案

2.1 電源

城市軌道交通主要采用集中式供電，根據(jù)線路的長度和用電容量的大小，在線路沿線建設(shè)相應(yīng)數(shù)量的專用主變電所。

城市軌道交通用電屬一級負荷，主變電所從城市電網(wǎng)引入兩路110 kV獨立電源，每個進線電源的容量滿足變電所一、二級負荷的要求。城市軌道交通引入電源較多且自身系統(tǒng)較完整，可以保證供電可靠性［15］。主變電所主接線如圖2 所示。

圖2 主變電所主接線

110 kV電源經(jīng)主變電所降壓成35 kV 等級后，通過中壓環(huán)網(wǎng)電纜，沿線路敷設(shè)，將上級主變電所和下級全線各個降壓變電所連接起來。降壓變電所為車站消防負荷提供電源。消防負荷按一級負荷配電，自變電所兩段一二級負荷母線各引一路電源，兩路電源在線路末端自動切換。城市軌道交通的供電電源滿足消防負荷的供電需求。

2.2 電纜選型

設(shè)計規(guī)范鮮少對消防電纜的耐火性能提出相關(guān)要求，特別是消防電纜的耐火時間和耐火溫度。而且目前國內(nèi)耐火電纜分級不完善，設(shè)計規(guī)范、產(chǎn)品標準、試驗標準存在脫節(jié)現(xiàn)象［3～5］。

目前國內(nèi)電纜試驗標準主要有GB／T 19216.11—2003：供火溫度750～800 ℃，GB／T 19216.21—2003推薦供火時間為90 min，XF－306.2－2007：供火溫度750～800 ℃、950～1 000 ℃，耐火時間90 min，GB／T 19216.1—2021 和GB／T 19216.2—2021：供火溫度830～870 ℃，供火時間分別為30、60、90、120 min。

目前國內(nèi)礦物絕緣電纜中的BTTZ、RTTZ已經(jīng)有相應(yīng)的國家產(chǎn)品標準。BTTZ的國標GB／T 13033.1—2007 中是按照GB／T 19216.21進行耐火試驗，燃燒時間為180 min。目前軌道交通中應(yīng)用較多的RTTZ，這類耐火電纜是目前耐火性能最好的一種電纜［4］，RTTZ 的國標GB／T 34926—2017 中試驗時選用火焰溫度為950～1 000 ℃，燃燒時間為180 min，根據(jù)電纜直徑分別采用BS 6387：2013和BS 8491：2008。文獻［5］分析國內(nèi)外各標準的試驗方法并經(jīng)實際的電纜耐火試驗后得出BS標準比IEC標準更難以通過。BS 8491：2008 中供火溫度830～870 ℃，沖擊階段的火焰應(yīng)用持續(xù)時間為30、60、120 min。GB／T 34926—2017 中對耐火溫度和耐火時間的要求已經(jīng)超出BS 6387：2008 的試驗條件范圍，其試驗報告的權(quán)威性和合理性難以保證［3］。

除耐火時間和耐火溫度外，耐火電纜的試驗通常還涵蓋了噴水試驗、機械沖擊等綜合因素。經(jīng)過多年的快速發(fā)展和技術(shù)經(jīng)驗的積累，國內(nèi)也在探索制定更為合理的耐火電纜分級標準。如團體標準T／ASC 6002－2021《消防用電線電纜耐火性能試驗方法》，其針對消防用電線電纜，按供火溫度830 ℃和950 ℃，供火時間90、120、180 min，組成“NH1～NH6”共6 個耐火性能分類。相信后續(xù)會推出國家試驗標準，逐步完善國內(nèi)耐火電纜分級制度。

《民用建筑電氣設(shè)計標準》：13.8.4 消防配電線路的選擇與敷設(shè)，應(yīng)滿足消防用電設(shè)備火災時持續(xù)運行時間的要求［9］，其條文解釋：由于民用建筑發(fā)生火災時，火焰核心溫度通常在650～900 ℃之間，消防設(shè)備的供電干線選用供火溫度為950～1 000 ℃耐火電纜或母線槽，可提高消防設(shè)備供電的可靠性。

建筑物中火災的起火點有其不確定性，無法預測。消防配電干線作為最重要的環(huán)節(jié)，其耐火電纜應(yīng)按照最不利的情況選擇，所以消防泵、消防控制室、防排煙風機的消防配電線路的電纜采用950 ℃耐火溫度，設(shè)備機房范圍內(nèi)可適當選擇750 ℃或者830 ℃耐火溫度［19］。耐火時間則根據(jù)具體設(shè)備的火災延續(xù)時間確定。

2.3 線路敷設(shè)

城市軌道交通中消防線路的敷設(shè)，主要采用橋架、穿管。對橋架提出相應(yīng)的耐火時間要求，如30、45、60 min等。穿熱浸鍍鋅厚壁鋼管明敷時，鋼管刷防火涂料，暗敷時，穿管敷設(shè)在不燃性結(jié)構(gòu)內(nèi)，且保護層厚度不小于30 mm。

GB 51348—2019 國家標準編制組在《建筑電氣》期刊上回復：關(guān)于有機絕緣耐火電纜和耐火槽盒組合的耐火性能試驗來看，其耐火性能優(yōu)于礦物絕緣類耐火電纜。因試驗還在進行中，不便將數(shù)據(jù)提前公布［19］。

若試驗的合理性得到充分驗證，則為消防線路的耐火設(shè)計提供新的思路和依據(jù)，使設(shè)計可以充分利用電纜和敷設(shè)相結(jié)合，兼顧可靠性和經(jīng)濟性。

2.4 基準方案

《建筑設(shè)計防火規(guī)范》：10.1.10 消防配電線路應(yīng)滿足火災時連續(xù)供電的需要［18］?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計標準》：13.8.4 消防配電線路的選擇與敷設(shè)，應(yīng)滿足消防用電設(shè)備火災時持續(xù)運行時間的要求［9］?！兜罔F設(shè)計防火標準》：11.3.1 消防用電設(shè)備的電線電纜選擇和敷設(shè)應(yīng)滿足火災時延續(xù)供電的需要［12］。故消防配電設(shè)計應(yīng)以滿足火災時消防設(shè)備的連續(xù)供電需要為目的。

即將實施的《建筑防火通用規(guī)范》：10.1.7 消防配電線路的設(shè)計和敷設(shè)，應(yīng)滿足在建筑的設(shè)計火災延續(xù)時間內(nèi)為消防用電設(shè)備連續(xù)供電的需要［20］。明確了消防配電線路的設(shè)計和敷設(shè)的整體性要滿足建筑的設(shè)計火災延續(xù)時間（城市軌道交通工程的設(shè)計火災延續(xù)時間為2 h），在前述規(guī)范的基礎(chǔ)上提高了建筑物消防配電設(shè)計要求的整體一致性。

綜合規(guī)范及前述的分析，得出基準方案如表3 所示。表中清晰地展示了城市軌道交通消防供電在目前規(guī)范要求下的基準設(shè)計選型。表中的消防負荷在目前情況下可以選用RTTZ礦物絕緣電纜。

表3 主要消防負荷的干線防火要求

輔助類消防負荷如消防疏散電梯、站臺門、自動售檢票等在火災初期輔助人員疏散，專用通信、信號的UPS采用雙機冗余熱備，相當于4 路獨立電源，可靠性高。所以除表3 外的輔助類消防負荷的消防干線可采用950 ℃／90 min耐火設(shè)計。

綜合考慮有機絕緣類電纜通過外繞云母帶或硅橡膠帶等材料和工藝，可以通過950 ℃／90 min 和830 ℃／120 min的耐火試驗［3］，上述方案是較為合理的。當后續(xù)公布可靠的數(shù)據(jù)支撐，則可以采用950 ℃／90 min 耐火電纜＋耐火橋架敷設(shè)的方式代替950 ℃／120 min 礦物絕緣電纜，兼顧消防配電線路的耐火性能和經(jīng)濟性。

3 結(jié)束語

城市軌道交通消防供電作為一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及了各專業(yè)及城市軌道交通的相關(guān)規(guī)范，且全國各地的消防供電設(shè)計也存在一定差異，國內(nèi)耐火電纜分級制度尚不完善。

本文從滿足消防負荷在火災時的持續(xù)供電時間需求和建筑的設(shè)計火災延續(xù)時間的基本原則出發(fā)，基于規(guī)范、數(shù)據(jù)、城市軌道交通特點等分析，提出一個完整的城市軌道交通消防供電設(shè)計基準方案。為全國各地城市軌道交通消防供電設(shè)計提供了一個基準參考，且有機絕緣耐火電纜和耐火槽盒組合的耐火性能試驗正在進行中，在公布數(shù)據(jù)支撐后，可進一步優(yōu)化消防供電方案，對全國軌道交通消防供電設(shè)計具有重要的參考和指導意義。