高压细水雾防火分隔方案的研究

高压细水雾防火分隔方案的研究

摘要：通过对北京焦化厂地下式地铁车辆段停车列检库防火分隔方案的研究，并进行实体火灾试验，提出在防火分区面积远大于规范要求，且由于功能制约无法采用防火墙作为防火分隔时，采用高压细水雾喷雾带作为防火分隔方案。

关键词：地铁车辆段；停车列检库；地下式；高压细水雾；防火分隔

前言

随着城市交通的迅速发展，城市地铁车辆段也相应配套大规模的兴建，由于地铁车辆段占地面积大，而城市中土地资源有极其紧缺，且又受到统一规划等各种因素的影响，使其在总平面布置方面增加了很大的限制。为了把交通建设和土地利用利用有机结合，同时更高效地发挥地铁车辆段的重要作用，地铁车辆段建设开始了由地上到地下的发展过程。北京焦化厂车辆段就是其中的一例，总用地面积31.7公顷，实际地下占地面积约16.7公顷。

1 问题的产生

一般车辆段均为地上建筑，根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.3.2条及表3.3.2规定：丁类、戊类单层、多层厂房，耐火等级为一级，其地上最大防火分区面积不限；地下丁类厂房防火分区不得大于1000m2（设置自动喷水灭火系统），且注释中明确指出“仓库中的防火分区之间必须采用防火墙分隔”。而焦化厂车辆段停车列检库为全地下式，上盖有物业住宅开发，平台下覆盖面积超大超长，其内部环境类似地下室，与《建筑设计防火规范》地上厂房仓库不同，因此防火分区面积远大于规范要求。且由于地铁车辆长度的限制，局部地方无法采用防火墙进行分隔。

地铁的地下停车库在国内是首次尝试，由于功能制约，致使难以遵循国内现有规范进行设计。因此，有必要采用性能化的方法对现有的防火分区划分进行模拟分析，以确定现有设计的可靠性与合理性。

2 高压细水雾防火分隔试验

2.1 试验目的

通过实体火灾试验，测试在地下空间或地铁车库中，采用高压细水雾喷雾带隔热、降温、阻烟的有效性，优化系统设计。

2. 2 试验依据

本试验方案参考下列细水雾标准及试验方法制定。

⑴《细水雾灭火系统设计、施工及验收规范》DBJ01-74-2003；

⑵《细水雾消防系统规范》NFPA750（2003版）；

⑶《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005版）；

⑷ IMO RGs.A800(19)，RGvisGd GuidGlinGs for approval of sprinklGr systGms GquivalGnt to that rGfGrrGd to in SOLAS RGGulation IG-2/12（国际海事组织细水雾试验协议）；

⑸ GN 14972:2008，FixGd firGfiGhtinG systGms—WatGr mist systGms DGsiGn and installation（欧洲细水雾系统设计与安装规范）。

2. 3 试验条件

试验环境

试验场地位于上海青浦同济安泰工程防灾研发中心的试验隧道内。试验隧道的长×宽×高为100.0m×12.75m×6.7m，两端敞开。试验时隧道内维持稳定风速约1.0m/s。

高压细水雾系统

试验采用泵组式高压细水雾系统。选用K系数为0.45的开式细水雾喷头，喷头安装间距3.0m，距墙不大于1.5m。共设置三排细水雾喷头，交错布置，排间距为2.0m。具体布置如图1-图3所示。

图1高压细水雾带布置图

喷头、系统类型：开式系统

喷头流量系数：0.45L/min/bar1/2

喷头雾滴直径（DV0.5）：≤150μm

喷头额定工作压力：10MPa

泵组最大压力：14MPa

单泵压力、流量：16MPa，112L/min

⑶ 火灾荷载

试验火源选用木垛火。采用4个木托盘堆垛组成（总重量约为800kg），每个堆垛由10个货板堆积组成，体积为0.8m×1.2m×0.15m。根据UPTUN和上海长江隧道试验测量结果，单个堆垛的热释放速率约为2.5-3.0MW。因此总热释放速率大约为10-12MW。木垛采用少量汽油火引燃。

⑷ 参数测量

在试验空间内布置了15只热电偶用于测量高压细水雾喷放前后的温度变化情况。其中一组（5只）位于火源中心位置，距离地面分别为1.0m、2.5m、4.0m、5.5m、6.7m；一组位于火源侧的细水雾幕侧，距离火源中心位置2.0m，距离地面同上要求；一组位于非火源侧的细水雾幕侧，距离火源中心位置6.0m，距离地面同上要求；在细水雾幕的两侧设置辐射热流计，距离火源中心距离为7m，距离地面高度为1.8m。在细水雾管路最远的喷头入口处安装压力表，记录喷头工作压力。采用便携式风速计测量环境风速。

2. 4 试验步骤

准备工作至恢复初始环境条件不作详细介绍，其中注意：

试验设计三排喷头，但只需进行两组试验。首先进行第一组试验，开启2排喷头，如果第一组试验效果理想，则再进行第二组，即开启1排喷头试验；如果第一组试验效果不理想，则进行第三组实验，即开启3排喷头。

试验中当火源处的顶板温度超过1100℃时，打开保护喷淋对试验空间结构进行冷却保护。

2. 5 判定标准

被保护一侧热电偶任何一点温度不应超过180℃。

2. 6 试验结果

本次试验打开了距离火源最近的两列喷头。图4-图6给出了试验一的火场温度随时间的变化曲线。可以看出，在细水雾未启动前，火场温度呈快速上升趋势，尤其是顶板温度。细水雾启动之后，虽然火源处的温度仍然不断上升中，但高压细水雾雾幕两侧的温度均表现为先上升而后快速下降的显著趋势，这表明高压细水雾与热烟气相互作用，通过高效快速的冷却降温，降低了细水雾幕区及受到细水雾幕保护一侧的温度，并且被保护一侧热电偶任何一点温度没有超过180℃，满足试验要求。

与试验一相比，试验二由于火源处顶板温度没有超过1100℃时，因此试验过程中没有打开喷淋对试验空间结构进行冷却防护，同时试验二的火灾发展速度小于试验一，也满足试验要求。

因此，可以认为在本次试验条件下，采用K=0.45的开式喷头（工作压力10MPa）组成的高压细水雾雾幕起到了一定隔热、降温的作用。其被保护一侧的温度未超过180℃，热辐射强度衰减了80%，并起到了阻隔烟气的作用，能见度提高了5倍。

图4火源处的温度随时间的变化（试验一） 图5靠近火源一侧的细水雾幕侧的温度

随时间的变化（试验一）

图6受到细水雾幕保护一侧的温度随时间的变化（试验一）

3 结语

经试验研究焦化厂地下式车辆段停车列检库，在适当位置增加纵隔墙，并在长度方向两组车辆之间的通道上方增加高压细水雾喷雾带，同时设置两道挡烟垂壁（下降高度距离地面6m），减少火灾蔓延扩大的风险，可以实现防火分区的要求。为了取得更好的效果，根据附件试验结果，在实际使用中，建议采用两列K=0.95开式喷头交错布置，喷头间距5.0m，排间距2.0m。

随着我国经济和新技术的发展，对于地下式地铁车辆段消防的理念和设计，相应的规范和规程还需要不断完善。2008年建设部发布了《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104-2008）第67条规定：“必要时，可结合地形和规划条件，进行综合开发的专题研究。”由此可见，将车辆段设计成地下式，对车辆段上盖进行物业开发，成为复合型利用的必然趋势。所以，对于体量巨大且防火分区不易划分的地下式地铁车辆段，有效合理经济的防火分隔方案，为设计提供更加确切的依据。

参考文献：

⑴《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-97

⑵《建筑设计防火规范》GB50016-2006

⑶《地铁设计规范》GB50157-2003

⑷ 北京地铁7号线焦化厂车辆段消防性能化设计评估报告

⑸ 北京地铁7号线工程焦化厂车辆段消防性能化设计复核报告