地鐵車站消防電氣設計的幾點探討

李曉明， 許圣乾

(1. 中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308；2. 濟南軌道交通集團有限公司，濟南 250000)

0 引言

隨著我國城市的不斷發展，地鐵作為一種便捷、快速的公共交通，為人們的出行提供了便利。同時地鐵的安全運營成為了市民的關注重點，其中地鐵消防安全成為重中之重。

近幾年來，筆者參與并負責設計了多個城市的地鐵車站項目，在設計、施工配合和消防驗收中遇到并解決了很多問題。 本文通過筆者近幾年遇到的地鐵車站工程特點，同時結合最新電氣及防火設計規范，提出關于地鐵車站消防電氣的幾點看法，與電氣設計同仁進行交流。

1 消防負荷的配電

根據筆者近幾年參與的地鐵項目總結，目前地鐵行業沿用的地下車站電氣設備用房設置原則為:在站廳層或站臺層負荷大端設置一座35/0.4kV 降壓變電所。 站廳層兩端環控機房附近各設置一處環控電控室，負責所在端通風空調設備的配電及控制；站廳層兩端設備區各設置一處照明配電室，負責所在端設備區及相鄰公共區一半的動力照明的配電及控制；站臺層兩端設備區各設置一處照明配電室，負責所在端設備區及相鄰公共區及相鄰區間一半的動力照明的配電及控制；站廳及站臺公共區均不設置電氣用房。

根據《地鐵設計防火標準》GB 51298—2018 第4.2.1 條和第4.2.2 條的規定，站廳層和站臺層公共區為同一防火分區，且不超過5 000m2；設備區按照單個防火分區面積不超過1 500m2設置。 對于標準地下島式車站，站廳層設備小端設備用房較少，可通過整合調整設置成一個防火分區，但是特殊車站面積較大，會出現設置兩個防火分區的情況；而設備大端由于設置了大量的弱電機房、運營管理用房、環控機房及風道，設備區面積均大于1 500m2，往往需設置兩個或三個防火分區。 由于地鐵車站的工程特點決定了電氣設計不同于常規民用建筑，筆者通過對過往工程案例的經驗總結，結合最新電氣及防火規范的要求，提出幾點關于地鐵車站消防電氣設計新的設計調整及注意事項。

1.1 設備區內消防負荷的配電

地鐵車站設備區內消防負荷眾多，主要為通信、信號、綜合監控、氣滅、應急照明、防排煙風機等負荷。 其中各類通信、綜合監控、信號、安防設備的用電，已經在各系統設計中進行了整合配電，且通信、信號設備的供電可靠性，直接關乎列車的安全運營，故各弱電系統的配電采用就地在各弱電機房內獨立就地設置雙切配電箱；而其余氣滅、應急照明、防火卷簾等小容量消防負荷，筆者建議根據防火分區的劃分，在照配室或環控電控室內集中設置末端雙切箱，然后放射式或樹干式的配電，從而減少了雙切箱的數量，同時保證了消防負荷的供電可靠性。 典型配電系統圖如圖1 所示。

圖1 典型車站站廳層動力配電系統圖

此外主要的消防負荷集中為消防風機。 地鐵車站內消防風機主要有2 類，一類為消防專用風機，如大系統排煙風機、小系統排煙風機、加壓風機、補風機等，僅火災工況下開啟；另一類為兼用排煙風機，如隧道風機、排熱風機，日常負責區間隧道通風換氣及列車余熱排除，火災工況時參與站臺層公共區或區間隧道排煙。 關于上述消防負荷的配電，筆者總體歸納以下三種方案可供參考。

方案一:當風道、防排煙機房與環控電控室設置于同一防火分區內時，采用在同一防火分區內設置環控電控室，車站同一端的火災事故風機、防排煙風機及相關風閥由同防火分區內的環控電控室內雙電源切換后放射式配電及控制。

方案二:當風道、防排煙機房與環控電控室無法設置于同一防火分區內時，根據防排煙風機的分布，設置多個環控電控室，來滿足消防負荷的配電，對于遠離環控電控室的安全出/入口、出/入口內的防排煙設備，采用在通風機房內就地設置雙切配電箱的形式進行配電及控制。

方案三:當風道、防排煙機房與環控電控室無法設置于同一防火分區內時，考慮隧道風系統整體設備功率偏大，故將環控電控室與隧道風系統設置同一防火分區，設備區及公共區的防排煙設備通過在機房內采用就地設置雙切箱就地配電及控制。

上述三種方案的優缺點如表1 所示。

表1 消防風機配電方案對比

通過上述三種方法的對比，建議后續設計中典型標準車站的設計，在前期與土建設計配合中，積極采用方案一，提高供電可靠性，同時減少工程造價；而針對帶渡線、換乘、帶商業開發等異型車站，建議優先考慮方案二；方案三中由于車站設備大、小端通風專業設置多個防排煙機房，將導致車站雙切配電箱的整體數量增多，同時增加了進線電纜及變電所低壓柜的出線數量，整體造價增加較多，并且與《民用建筑電氣設計標準》GB 51384—2019 關于減少雙切設置的設計理念不符，故今后設計中地鐵車站不建議采用方案三。

1.2 公共區內消防負荷的配電

目前地鐵行業沿用的設計原則為公共區不設置配電間，利用設備區照明配電室作為集中配電及控制中心。 而根據《民用建筑電氣設計標準》GB 51384—2019 第13.7.11 條“除消防水泵、消防電梯、消防控制室的消防設備外，各防火分區的消防用電設備，應由消防電源中的雙電源或雙回線路電源供電，并且末端配電箱應安裝于防火分區的配電小間或電氣豎井內”的要求，針對地鐵公共區的消防設備配電提出了新的要求。 而目前地鐵常規設計均為公共區應急照明集中設置于設備區照配室，放射式至公共區，防火卷簾門雙切箱就地公共區側墻設置，消防電扶梯設置于三角機房內或公共區側墻內，已無法滿足最新消防電氣設計理念。 故筆者提出在站廳層公共區兩端各設置一個小型配電間，負責站廳、站臺公共區消防負荷的配電(圖2～3)，提升公共區消防負荷配電可靠性與獨立性，以保證火災工況下公共區乘客的安全疏散及救援。

圖2～3 為地下島式車站常規標準布置圖。 圖中編號和設備房名稱對應關系為:電1-環控電控室、電2-照明配電室、電3-配電間。

圖2 車站站廳層電氣設備房布置圖

圖3 車站站臺層電氣設備房布置圖

2 應急照明

關于應急照明的定義，《建筑照明設計標準》GB 50034—2013 第2.0.19 條明確“應急照明:因正常照明的電源失效而啟用的照明。 應急照明包括疏散照明、安全照明、備用照明?！惫P者認為此處的應急照明應具有兩層含義，即一種為非消防狀態下的應急照明，主要包括備用照明和安全照明，另一種為消防狀態下的應急照明，主要包括備用照明和疏散照明。

2.1 公共區備用照明

根據《民用建筑電氣設計標準》GB 51384—2019 第10.4.1 條:“正常照明失效將導致無法工作和活動的場所應當設置備用照明”和第10.4.2 條:“當正常照明的負荷等級與備用照明負荷等級相等時可不另設備用照明”。 以及《地鐵設計規范》GB 50157—2013 第15.5.1 條“地下站廳站臺、應急照明等公共區照明、應急照明為一級負荷，而地上站廳站臺等公共區照明為二級負荷”。

后續設計中應注意，地下站公共區照明的設計根據地鐵設計慣例，采用兩個單電源照明配電總箱的交叉配電，可同時滿足公共區正常照明及非消防備用照明的需求，無需另外設置備用照明；而地上車站公共區照明設計中應特別注意，由于公共區照明為二級負荷，無法滿足備用照明的要求，故需單獨進行備用照明的設計。 需要強調的是，兩種車站的備用照明做法截然不同，需設計師特別注意。

2.2 設備區備用照明

在《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》GB 51309—2018 執行之前，地鐵消防應急照明采用雙電源切換+EPS 的方式，在車站站廳及站臺層設備區集中設置，蓄電池日常處于浮充狀態，在設備房內設置雙控開關，可實現日常的就地控制，同時火災時由FAS 強制點亮所有應急照明燈具，設計初衷是因為設備區備用照明與疏散照明燈具合二為一，備用照明兼作疏散照明，需火災時強制點亮來提供人員疏散必要疏散照度。 而如今隨著《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》GB 51309—2018的執行，備用照明和疏散照明分離設計，備用照明也不再兼作疏散照明，筆者認為關于備用照明的設計應做出調整，即:備用照明采用單控開關，取消強制點亮，火災狀態下，由現場值守人員手動打開。圖4～5 分別為調整前、后的備用照明控制原理圖。

圖4 調整前應急照明控制原理圖

圖5 調整后備用照明控制原理圖

2.3 疏散照明

地鐵疏散照明應采用集中控制型消防應急照明和疏散指示系統，主要由系統控制主機、A 型應急照明集中電源箱和集中電源集中控制型消防應急燈具等組成。 疏散照明的設計中有以下幾點需要注意。

(1)關于集中電源持續供電時間的設置，應根據《地鐵設計防火標準》GB 51298—2018 第11.2.5條規定“地下車站及區間應急照明的持續供電時間不應小于60min”，即火災工況下的疏散照明供電時間為60min；《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》GB 51309—2018 第3.6.6 條“非火災狀態下不超過0.5 h”的規定，從而確定集中電源持續供電時間不低于90min，在設計中應根據建設單位反饋的非火災狀態下的持續時間來確定蓄電池的總持續時間。

(2)根據《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》GB 51309—2018 第3.1.4 條中提到了出口標志燈分為疏散出口和安全出口消防應急標志燈具，同時查詢國標圖集19D702-7《應急照明設計與安裝》發現，安全出口標志燈與疏散出口標志燈為兩種圖例。 目前大多工程設計并未進行區分，根據《地鐵設計防火標準》GB 51298—2018 第2.0.1 條

“安全出口:供人員安全疏散，并能直接通向室內外安全區域的車站出口、樓梯或扶梯的出口、聯絡通道的入口、區間風井內直通地面的樓梯間入口”的定義和條文解釋，后續在應急照明設計在關于出口標志燈的設置應根據所處位置加以區分。

(3)疏散照明設計中，應根據《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》GB 51309—2018 的要求，滿足疏散最低照度的要求，針對地鐵車站公共區結構柱、三角機房等的設置，部分區域疏散照度僅通過簡單計算無法核查疏散照度的要求，建議利用DIALux 軟件進行疏散照度模擬，以保證疏散最低照度的要求。 圖6 為車站站廳層公共區疏散照度等照度曲線。

圖6 車站站廳層公共區疏散照度等照度曲線

3 消防切非

根據《民用建筑電氣設計標準》GB 51348—2019 第13.4.8 條“火災確認后，應能在消防控制室切斷火災區域及相關區域的非消防電源”，《地鐵設計規范》GB 50517—2013 第19.3.6 條“火災自動報警系統確認火災后，消防控制設備應按防火分區在配電室或變電所切斷相關區域的非消防電源”的規定，目前地鐵消防切非設計普遍為火災時在低壓柜內“一刀切”。 由于地下車站設備區防火分區較多，非消防負荷容量小且分散，通常做法為非消防負荷配電箱集中設置于照配室、環控電控室內，且切非接口設置于變電所內，但火災工況下，無法準確做到按防火分區切非。 建議后續設計時，不同防火分區的非消防負荷集中在照配室或環控電控室內的配電箱分母線配電，同時將切非由統一在變電所低壓柜內調整為低壓柜+配電箱內兩處結合設置，從而實現火災工況下的精細控制，避免擴大影響。 同時還應注意如下特殊回路的切非要求。

(1)公共區照明應采用延時切非，可以減少火災初期，突然斷電引起的乘客恐慌。

(2)垂直電梯的電源應根據現場電梯歸首層反饋后再切除，避免人員困于電梯內。

(3)二級負荷的風機、風閥應采用延時切非，待FAS 反饋模式給BAS，并等風閥執行操作完成后再切除電源，從而可避免風閥未關閉導致的串煙等問題。

4 消防配電線纜選擇

目前各大城市地鐵建設中，均在不同程度壓縮規模，針對縱向電纜敷設大部分仍采用消防與非消防電纜共井敷設，根據《建筑設計防火規范》GB 50016—2014(2018 版)第10.1.10 條，共井敷設時消防負荷電纜應采用礦物絕緣類不燃性電纜。 但在施工中發現，傳統的重載礦物絕緣電纜敷設難度大、施工工藝高且地鐵環境潮濕，根據多個地鐵項目反饋，運營多年后，礦物電纜均不同程度出現了絕緣材料潮濕導致的漏電等故障。 目前市場上柔性礦物絕緣電纜種類較多，解決了礦物絕緣電纜造價高、敷設難度大的缺點，但是沒有相應的國家標準作為支撐，而隨著《額定電壓0.6/1kV 及以下云母帶礦物絕緣波紋銅護套電纜及終端》 GB/T 34926—2017 的發布，為柔性礦物絕緣電纜的選擇提供了依據，筆者參與的多個鐵路項目已開始采用。 同時根據《建筑設計防火規范》2019 年和2021年修訂征求意見稿中均將礦物絕緣不燃性電纜調整為A 類(不燃)電纜，兩次征求意見相較于2018版，為電纜的選型指明了方向，未來的消防負荷電纜的選擇將更加細化，根據所用環境，結合《電纜及光纜燃燒性能分級》GB 31247—2014，明確電纜的燃燒性能參數，合理選擇電纜型號。

5 結束語

地鐵作為城市公共交通的重要組成部分，電氣設計中的消防配電設計顯得尤為重要，直接關乎地鐵的安全運營和應急救援。

本文旨在通過結合地鐵車站防火分區的設置調整電氣設備用房，從而更好地滿足消防電氣的設計，提高系統可靠性；同時通過優化備用照明和疏散照明的設計，合理選擇礦物絕緣電纜，不斷完善地鐵消防配電系統，從而保證地鐵的安全運營。