城市軌道交通消防供電時間完整性研究

肖振鵬，柳登發

（廣州地鐵設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

相關文獻對國內外的地鐵火災案例進行了詳細的分析，火災自動報警系統、消防給排水、防排煙、應急照明系統等消防設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、電纜敷設等進行設計，得出一個設計基準方案，兼顧軌道交通消防負荷供電的可靠性、合理性及經濟性，具有重要的參考和指導意義。

目前國內關于城市軌道交通消防配電設計的研究主要集中在電纜、橋架等的防火性能［3－5］、消防應急照明［6］等方面，尚鮮見從火災工況下消防負荷的持續供電時間需求出發，統籌各專業消防配電線路設計，保證城市軌道交通消防配電設計整體性，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域廣，由于全國各城市環境條件、經濟水平等不同，消防配電設計標準，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規范《民用建筑電氣防火設計規程》，其要求高于國家規范的要求［7］。

國內各耐火電纜分級方法不相統一，規范與現有產品分級方法脫節，應制定更為合理的分級方法［3－5］。這種情況下易導致出現設計要求與產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計方案存在一定差異。差異存在的合理性，是建立在滿足規范的基礎之上。所以應以達到設計目的作為設計合理性的判斷依據，在滿足消防負荷火災期間的持續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供電時間，結合城市軌道交通的電源方案、國內耐火電纜的現狀及選型、消防配電線路的敷設、規范對消防線路的設計要求等，提出合理的基準設計方案。并以國內電氣行業的探索實踐、技術進步作為支撐，對方案提出了可延展性的優化，對于實現城市軌道交通消防供電設計的可靠性、合理性和經濟性具有重要的參考和指導意義。

1 消防負荷火災延續時間

城市軌道交通中消防負荷種類眾多，為便于梳理，根據規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、消防泵、防排煙系統、消防應急照明、氣體滅火系統等，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、各弱電系統等，在火災初期或火災發生一定時間內配合人員疏散等需要持續運行一段時間的設備。

1.1 火災自動報警系統

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

《火災自動報警系統設計規范》：10.1.5 消防設備應急電源……蓄電池組的容量應保證火災自動報警系統及聯動控制系統在火災狀態同時工作負荷條件下連續工作3 h以上［8］?！睹裼媒ㄖ姎庠O計標準》：13.7.16 火災自動報警裝置在火災發生期間的最少持續供電時間大于或等于180（120）min（注：120 min 為建筑火災延續時間2 h的參數）［9］。城市軌道交通工程設計火災延續時間為2 h。綜上確定火災自動報警系統的火災延續時間不小于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、氣體滅火系統（IG541）、高壓細水霧滅火系統等，以下分別進行分析。

（1）消防泵及消火栓系統

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，需要在車站設置消防水池，并配備供水設置，包括消防水泵組（包括穩壓泵）、水泵接合器組［10］。

《消防給水及消火栓系統技術規范》：3.6.2 不同場所消火栓系統固定冷卻水系統的火災延續時間不應小于表3.6.2 的規定［11］。由表3.6.2 數據確定，車站火災延續時間為2 h。

《地鐵設計防火標準》：7.1.6 地鐵工程地下部分室內外消火栓系統的設計火災延續時間不應小于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時間的統計數據，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火災延續時間，規定地下部分的室內外消火栓系統的火災延續時間不小于2 h。

綜上可以確定，消防泵的火災延續時間不小于2 h。

（2）氣體滅火系統（IG541）

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

《氣體滅火系統設計規范》：3.4.3 當IG541 混合氣體滅火劑噴放至設計用量的95%時，其噴放時間不應大于60 s，且不應小于48 s［13］。未有氣體滅火系統火災延續時間的相關描述。

氣滅雙切箱為氣滅控制盤、設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，為部分煙感、溫感、防火閥等配電，可參考火災自動報警系統設計。

（3）高壓細水霧滅火系統

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

《細水霧滅火系統技術規范》：3.4.9 系統的設計持續噴霧時間應符合下列規定：用于保護電子信息系統機房、配電室等電子、電氣設備間、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，系統的設計持續噴霧時間不應小于30 min［14］。

綜上確定高壓細水系統的火災延續時間不小于0.5 h。

（4）車站及區間廢水泵

《地鐵設計規范》對區間及車站設置的廢水泵提出了相應的要求：排水泵的總排水能力，應按消防時的排水量和結構滲漏水量總和確定［15］?？芍獜U水泵在火災期間用于輔助排出消防水。規范無廢水泵火災延續時間的要求，故車站及區間廢水泵按輔助類消防負荷配電。

1.3 防排煙系統

軌道交通防排煙設備包括防排煙風機、電動排煙風閥等。

《地鐵設計防火標準》：8.4.2 地下車站的排煙風機在280 ℃時應能連續工作不小于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 ℃時應能連續工作不小于0.5 h。8.4.3 地下區間的排煙風機的運轉時間不應小于區間乘客疏散所需的最長時間，且在280 ℃時應能連續工作不小于1 h［12］。

《地鐵設計規范》：28.4.13 區間隧道事故、排煙風機、地下車站公共區和車站設備與管理用房排煙風機，應保證在250 ℃時能連續有效工作1 h。28.4.14 地面及高架車站公共區和設備與管理用房排煙風機應保證在280 ℃時能連續有效工作0.5 h［15］。

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

1.4 消防應急照明

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

相關個人信息法律規范，往往“重‘刑事處罰’和‘行政管理’，而輕‘民事確權’與‘民事歸責’”[3]，換言之，相關規范所設定的“法律責任”在一定程度上存在“兩極分化”表現，即部分規范僅規定義務，卻沒有設定違反義務需要承擔的法律后果;部分規范雖有設定法律責任，但多數規范以“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》規定十種“情節嚴重”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刑事責任?！盵2]

（1）消防應急照明和疏散指示系統

《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》：3.2.4系統應急啟動后，在蓄電池電源供電時的持續工作時間應滿足下列要求：醫療建筑、老年人照料設施、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，不應少于1.0 h。其他建筑，不應少于0.5 h［16］。

《地鐵設計規范》：28.6.2 地下線路的應急照明的連續供電時間不應小于60 min［15］?！兜罔F設計防火標準》：11.2.5 地下車站及區間應急照明的持續供電時間不應小于60 min［12］。

綜上確定消防應急照明和疏散指示系統的持續供電時間：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

《建筑照明設計標準》：備用照明是用于確保正?；顒永^續或暫時繼續進行的應急照明［17］?！兜罔F設計規范》及《地鐵設計防火標準》中并未區分疏散照明和備用照明。結合《民用建筑電氣設計標準》：13.6.6 備用照明及疏散照明的最少持續供電時間及最低照度應符合表13.6.6的規定［9］，與城市軌道交通相關內容如表1所示。

表1 備用照明最少持續供電時間（部分）

綜上確定備用照明的火災延續時間不小于2 h。

1.5 消防疏散用電扶梯

《建筑設計防火規范》：5.5.4 自動扶梯和電梯不應計做安全疏散措施［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撤離站臺（4 min內）。若均按樓梯設計滿足疏散，則犧牲了運營過程中的便利性，但在設置扶梯的情況下，僅靠設置的樓梯無法滿足疏散時間要求，所以《地鐵設計規范》、《地鐵設計防火標準》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。

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

1.6 弱電系統

梳理《地鐵設計規范》等規范梳理與消防相關的弱電系統專業的后備時間如表2 所示。

表2 各弱電系統后備時間

結合規范中對這些系統并未采用火災時持續供電的描述，系統的后備時間并不能完全等同于火災時該設備的持續供電時間需求，更多的是基于系統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，根據線路的長度和用電容量的大小，在線路沿線建設相應數量的專用主變電所。

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電源經主變電所降壓成35 kV 等級后，通過中壓環網電纜，沿線路敷設，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

設計規范鮮少對消防電纜的耐火性能提出相關要求，特別是消防電纜的耐火時間和耐火溫度。而且目前國內耐火電纜分級不完善，設計規范、產品標準、試驗標準存在脫節現象［3～5］。

目前國內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。

目前國內礦物絕緣電纜中的BTTZ、RTTZ已經有相應的國家產品標準。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，根據電纜直徑分別采用BS 6387：2013和BS 8491：2008。文獻［5］分析國內外各標準的試驗方法并經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 ℃，沖擊階段的火焰應用持續時間為30、60、120 min。GB／T 34926—2017 中對耐火溫度和耐火時間的要求已經超出BS 6387：2008 的試驗條件范圍，其試驗報告的權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。經過多年的快速發展和技術經驗的積累，國內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。相信后續會推出國家試驗標準，逐步完善國內耐火電纜分級制度。

《民用建筑電氣設計標準》：13.8.4 消防配電線路的選擇與敷設，應滿足消防用電設備火災時持續運行時間的要求［9］，其條文解釋：由于民用建筑發生火災時，火焰核心溫度通常在650～900 ℃之間，消防設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節，其耐火電纜應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，設備機房范圍內可適當選擇750 ℃或者830 ℃耐火溫度［19］。耐火時間則根據具體設備的火災延續時間確定。

2.3 線路敷設

城市軌道交通中消防線路的敷設，主要采用橋架、穿管。對橋架提出相應的耐火時間要求，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，穿管敷設在不燃性結構內，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，其耐火性能優于礦物絕緣類耐火電纜。因試驗還在進行中，不便將數據提前公布［19］。

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

2.4 基準方案

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

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

綜合規范及前述的分析，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范要求下的基準設計選型。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。當后續公布可靠的數據支撐，則可以采用950 ℃／90 min 耐火電纜＋耐火橋架敷設的方式代替950 ℃／120 min 礦物絕緣電纜，兼顧消防配電線路的耐火性能和經濟性。

3 結束語

城市軌道交通消防供電作為一個復雜的系統工程，涉及了各專業及城市軌道交通的相關規范，且全國各地的消防供電設計也存在一定差異，國內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供電時間需求和建筑的設計火災延續時間的基本原則出發，基于規范、數據、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計基準方案。為全國各地城市軌道交通消防供電設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，在公布數據支撐后，可進一步優化消防供電方案，對全國軌道交通消防供電設計具有重要的參考和指導意義。