干式消防系统在地铁中的应用前景
摘 要:针对湿式消防系统在北方地区地铁区间中出现的冻伤问题，对湿式系统在北方地铁使用中存在的一些问题进行了分析，并对干式消防系统在地铁中应用的研究成果及存在问题进行了总结，以期为北方寒冷地区地铁干式系统的应用提供有益经验。
关键词:冻伤，干式消防系统，湿式消防系统
北方某地地铁在运营过程中出现了冻伤现象［1］，目前解决管道防冻的主要做法是在管道上增设电伴热保温措施或采用常规保温措施，这样做的缺点是电伴热保温措施的外敷材料，一般采用聚合硅酸镁，容易变形脱落，影响地铁的运营安全［2］。此外增设电伴热保温措施，除需增加运营维护费用外，还涉及到动力照明供电和 BAS 监控，这方面设备、安装及运营费用也较高。干式消防系统可解决上述问题，在北方寒冷地区的地铁、轻轨和山岭隧道中采用干式消防系统具有一定的应用前景。
1 干式消防系统的分类、组成及工作原理
1． 1 干式系统的分类
目前在国际上广泛使用的消防标准为 NFPA 系列标准［3］，由美国消防研究机构编著，其中 NFPA14《消防立管、消火栓及消防软管安装标准》中提到消火栓系统可分为 5 种，其中干式系统主要有 3 种: 1) 全自动干式系统: 平时系统管道充满压缩空气，并设有像干式报警阀一样的装置，允许水自动进入开启的消火栓，系统的供水设施有能力供应并满足系统消防用水量; 2) 半自动干式系统: 干式管道系统上设有像雨淋阀一样的装置，在每一个消火栓处设一个遥控装置，以便允许水进入系统，遥控装置动作时，系统的供水设施有能力供应并满足系统所需消防水量; 3) 手动干式系统: 系统管道为干式，且系统无永久的给水设施，手动干式系统需要的消防用水来自消防车的消防泵，并通过消防水泵接合器向系统供水。
我国现行的《建筑设计防火规范》［4］及《地铁设计规范》［5］中的相关规定主要以湿式系统为主，我国目前已经投入运营的地铁工程内的消火栓系统，都是采用湿式系统，《建筑设计防火规范》［4］第 8． 4． 2 条第九款提出: “严寒和寒冷地区非采暖的厂房( 仓库) 及其他建筑的室内消火栓系统，可采用干式系统，但在进水管上应设置快速启闭装置，管道最高处应设置自动排气阀。”
目前，被广泛采用的是半自动干式系统，半自动干式系统具有如下优点: 1) 不需要设置管道气体增压设备，管道内可以是空管; 2) 反应速度快，设备管理简单，投资少; 天津地铁 2 号，3 号线设计中亦采用的是半自动干式消防系统。
1． 2 干式消防系统的组成及工作原理
系统包括远程控制的快速启闭装置、设有一定坡度的管道、快速排气装置以及必备的消火栓及组件。在区间发生火灾时，火灾报警系统接到报警信号，启动设置在车站与区间连接处的快速启闭装置，此时车站内消防管网的水迅速向对应火灾区间流入，区间消防管道内空气在两端水压作用下通过快速排气装置排除，区间消防管道由干式系统迅速转变为湿式系统，在消火栓口接出水龙带和水枪达到灭火目的。
2 干式消火栓系统的应用及研究成果
1) 干式消防系统的应用。干式消防系统在东北地区无采暖的地下车库已有较多的工程实例，在东北地区无采暖的地下车库已得到广泛的应用。但在东北地区的地铁中尚无应用的实例。在东北地区地下车库的干式消防系统应用中( 与湿式消防系统相比) ，需增加远程控制的快速启闭装置、排气阀以及泄水装置等。天津地铁 2 号，3 号线的区间消火栓系统采用了干式系统。具体实施上是车站内部消火栓采用湿式系统，区间消火栓采用干式系统。天津地铁提出了在冬季区间采用干式系统运营模式，其他季节采用将管道内充满水改换成湿式运营的模式［6］。在国际上，应用干式消防系统的国家较少，目前通过查阅文献得知，伊朗德黑兰的地铁区间采用的是干式消防系统。伊朗德黑兰地铁中的干式系统与天津地铁 2 号，3 号线相似。
2) 地铁中干式消防系统的研究成果。曾国保，车跃龙［2］等的应用性研究结果表明: a． 以 1 200 m 的隧道为例，在两端车站同时进水的情况下，系统的充水时间为5 min，在5 min ～10 min 为系统的充水时间，不能保证消火栓的用水，但考虑到发出信号，消防救援接到信号、消防救援到车站再到下到区间火灾发生地点的时间也大概是 10 min，因此从这个角度来看干式消防系统应用在地铁中消防充水时间是可以达到消防灭火要求的，不会影响到消防救援的灭火; b． 快速开启装置要能实现远程自动和现场手动的控制，自动系统出问题时，要能完成手动的操作; c． 快速排气阀除在区间高点和区间中间设置外，每 200 m 左右应设置一处; d． 由于干式消防系统和湿式消防系统要实行转换，特别需要注意区间消防管道的防腐问题; e． 考虑到水锤作用及充水时间两方面因素的影响，一般在车站与区间分界处 25 m ～ 30 m 水柱左右的压力较为合适; f． 考虑到水锤的影响，有条件最好在区间管道上设置消除水锤装置; g． 管道支架也要合理设置。
3 地铁中干式系统的优点及存在的问题
3． 1 地铁中干式消防系统优点
天津、北京、大连、沈阳、长春、哈尔滨等华北和东北城市的采暖期分别为 4 个月、5 个月、5 个半月和 6 个月不等。如果采用湿式消防系统，电伴热的安装费用( 包括电伴热、动照、BAS 监控费用) 和电伴热系统的运营费用将会很高。与湿式系统相比干式系统的初期投资费用会略大，但今后的运营及维护费用会节省很多。
和加设电伴热保温的湿式系统相比，干式系统不会出现保温层脱落影响地铁车辆运营的问题［2］。
3． 2 地铁中干式系统存在的问题
当地铁车辆在区间发生火灾，而车辆无法驶入车站时，乘客在区间进行自救是会有意无意的去打开区间消火栓，但此时区间消火栓正在充水，会出现没有水或出水不畅的情况，会影响到乘客的消防自救。虽然进行了干式消防系统的相关研究，且干式消防系统在天津地铁 2 号，3 号线中已有应用，但干式消防系统存在的充水时间长、管道容易出现腐蚀、水锤、排气等问题，还没有经过实践的检验。相比干式系统，湿式系统在实践中的应用则较为成熟，这也是北方大部分地区不使用干式系统的主要原因。
4 结论及建议
湿式消防系统相对于干式消防系统具有灭火反应速度快的优点，但应用在北方寒冷地区的地铁、轻轨和山岭隧道中会存在结冻的危险，会影响到消防安全。但干式系统的应用还有待实践的检验。相信干式消防系统在天津地铁 2 号，3 号线的应用及其在实际应用中积累的宝贵经验，将有助于干式系统的发展、成熟。待干式系统技术发展成熟后，建议在北方寒冷地区的地铁、轻轨和山岭隧道中推广使用。
参考文献:
［1］ 姚建华，刘爱芳． 北方严寒地区给排水管道的防冻保温［J］．铁道标准设计，2011( 11) :49-50．
［2］ 曾国保，车跃龙． 地铁内采用干式消防系统的可行性研究［J］． 铁道工程学报，2007( 4) :89-91．
［3］ Technical Committee on Standpipes of America，NFPA14-standard for the installation of standpipe and hose system［S］．
［4］ GB 50016-2006，建筑设计防火规范［S］．
［5］ GB 500017-2003，地铁设计规范［S］．
［6］ 谢海平，杨智华． 干式消火栓系统在天津地铁工程中的应用［J］． 天津建筑科技，2009( 4) :48-49．
［7］ 王 军，张爱亭． 地铁干式消火栓系统的设计研究［J］． 消防科学与技术，2007( 9) :539-541．
［8］ 熊景芷，杨立新． 严寒地区消火栓系统的设计与研究［J］． 铁道工程学报，2007( 8) :61-65．
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