城市轨道交通消防供电时间完整性研究

肖振鹏，柳登发

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510010）

0 引言

轨道交通凭借其速度快、时效性好、乘坐舒适等优点，逐渐成为城市交通的重要组成部分。近年来城轨交通运营线路长度快速增长，城轨交通客运量占全国公共交通客运总量的分担比率逐年提高［1］，分别为2019年的34.6%、2020 年的38.7%、2021 年的43.4%，如图1 所示。

图1 2019、2020、2021 年各中心城市轨道交通占公共交通分担率

相关文献对国内外的地铁火灾案例进行了详细的分析，火灾自动报警系统、消防给排水、防排烟、应急照明系统等消防设施对火灾的早期报警、早期灭火和及时疏散人员起到重要作用［2］。城市轨道交通消防负荷众多，在火灾中的作用各异，消防供电需求不尽相同。合理地对供电电源、电缆选型、电缆敷设等进行设计，得出一个设计基准方案，兼顾轨道交通消防负荷供电的可靠性、合理性及经济性，具有重要的参考和指导意义。

目前国内关于城市轨道交通消防配电设计的研究主要集中在电缆、桥架等的防火性能［3－5］、消防应急照明［6］等方面，尚鲜见从火灾工况下消防负荷的持续供电时间需求出发，统筹各专业消防配电线路设计，保证城市轨道交通消防配电设计整体性，进行全局性研究。

截至2022 年底，全国有53 个城市开通运营城市轨道交通线路290 条。城市轨道交通分布区域广，由于全国各城市环境条件、经济水平等不同，消防配电设计标准，包括电缆耐火性能、桥架性能等存在差异。如上海市地方工程建设规范《民用建筑电气防火设计规程》，其要求高于国家规范的要求［7］。

国内各耐火电缆分级方法不相统一，规范与现有产品分级方法脱节，应制定更为合理的分级方法［3－5］。这种情况下易导致出现设计要求与产品实验要求不匹配的情况。如目前常用的RTTZ 矿物绝缘电缆，其国标产品标准中无120 min耐火时间选项。

基于以上原因，全国各地的轨道交通消防供电设计方案存在一定差异。差异存在的合理性，是建立在满足规范的基础之上。所以应以达到设计目的作为设计合理性的判断依据，在满足消防负荷火灾期间的持续供电时间为基本原则。本文通过全面分析各消防负荷火灾时所需的持续供电时间，结合城市轨道交通的电源方案、国内耐火电缆的现状及选型、消防配电线路的敷设、规范对消防线路的设计要求等，提出合理的基准设计方案。并以国内电气行业的探索实践、技术进步作为支撑，对方案提出了可延展性的优化，对于实现城市轨道交通消防供电设计的可靠性、合理性和经济性具有重要的参考和指导意义。

1 消防负荷火灾延续时间

城市轨道交通中消防负荷种类众多，为便于梳理，根据规范及各消防负荷火灾时的参与度，将城市轨道交通消防负荷划分为两类：一是主要消防负荷，包含火灾自动报警系统、消防泵、防排烟系统、消防应急照明、气体灭火系统等，在扑灭初期火灾、排烟、灭火、人员疏散的过程中起到重要作用；二是辅助类消防负荷，包含消防疏散用自动扶梯、站台门、各弱电系统等，在火灾初期或火灾发生一定时间内配合人员疏散等需要持续运行一段时间的设备。

1.1 火灾自动报警系统

火灾自动报警系统是探测火灾早期特征、发出报在报警信号，为人员疏散、防止火灾蔓延和启动灭火设备提供控制和指示的消防系统。

《火灾自动报警系统设计规范》：10.1.5 消防设备应急电源……蓄电池组的容量应保证火灾自动报警系统及联动控制系统在火灾状态同时工作负荷条件下连续工作3 h以上［8］。《民用建筑电气设计标准》：13.7.16 火灾自动报警装置在火灾发生期间的最少持续供电时间大于或等于180（120）min（注：120 min 为建筑火灾延续时间2 h的参数）［9］。城市轨道交通工程设计火灾延续时间为2 h。综上确定火灾自动报警系统的火灾延续时间不小于2 h。

1.2 给排水及消防

给排水及消防涵盖了消防泵及消火栓系统、气体灭火系统（IG541）、高压细水雾灭火系统等，以下分别进行分析。

（1）消防泵及消火栓系统

当车站双路市政供水无法满足消火栓水压时，或车站只有单路市政供水的情况下，需要在车站设置消防水池，并配备供水设置，包括消防水泵组（包括稳压泵）、水泵接合器组［10］。

《消防给水及消火栓系统技术规范》：3.6.2 不同场所消火栓系统固定冷却水系统的火灾延续时间不应小于表3.6.2 的规定［11］。由表3.6.2 数据确定，车站火灾延续时间为2 h。

《地铁设计防火标准》：7.1.6 地铁工程地下部分室内外消火栓系统的设计火灾延续时间不应小于2 h［12］。其条文解释：至目前为止，尚无可靠、充分的地铁火灾延续时间的统计数据，因此本标准考虑到地铁工程中的火灾荷载，参照民用建筑和隧道的有关火灾延续时间，规定地下部分的室内外消火栓系统的火灾延续时间不小于2 h。

综上可以确定，消防泵的火灾延续时间不小于2 h。

（2）气体灭火系统（IG541）

气体灭火系统主要目的是扑灭初期火灾，作为全淹没灭火系统，需要尽快释放IG541，并使气体均匀地充满整个防护区。

《气体灭火系统设计规范》：3.4.3 当IG541 混合气体灭火剂喷放至设计用量的95%时，其喷放时间不应大于60 s，且不应小于48 s［13］。未有气体灭火系统火灾延续时间的相关描述。

气灭双切箱为气灭控制盘、设备房的气体释放指示灯、声光报警器、警铃等配电。且部分城市轨道交通车站将其控制部分纳入了FAS 系统，为部分烟感、温感、防火阀等配电，可参考火灾自动报警系统设计。

（3）高压细水雾灭火系统

高压细水雾灭火系统以其优异的灭火性能，以及国产化带来的成本降低，逐步在城市轨道交通中推广。

《细水雾灭火系统技术规范》：3.4.9 系统的设计持续喷雾时间应符合下列规定：用于保护电子信息系统机房、配电室等电子、电气设备间、图书库、资料库、档案库、文物库电缆隧道和电缆夹层等场所时，系统的设计持续喷雾时间不应小于30 min［14］。

综上确定高压细水系统的火灾延续时间不小于0.5 h。

（4）车站及区间废水泵

《地铁设计规范》对区间及车站设置的废水泵提出了相应的要求：排水泵的总排水能力，应按消防时的排水量和结构渗漏水量总和确定［15］。可知废水泵在火灾期间用于辅助排出消防水。规范无废水泵火灾延续时间的要求，故车站及区间废水泵按辅助类消防负荷配电。

1.3 防排烟系统

轨道交通防排烟设备包括防排烟风机、电动排烟风阀等。

《地铁设计防火标准》：8.4.2 地下车站的排烟风机在280 ℃时应能连续工作不小于1.0 h，地上车站和控制中心及其他附属建筑的排烟风机在280 ℃时应能连续工作不小于0.5 h。8.4.3 地下区间的排烟风机的运转时间不应小于区间乘客疏散所需的最长时间，且在280 ℃时应能连续工作不小于1 h［12］。

《地铁设计规范》：28.4.13 区间隧道事故、排烟风机、地下车站公共区和车站设备与管理用房排烟风机，应保证在250 ℃时能连续有效工作1 h。28.4.14 地面及高架车站公共区和设备与管理用房排烟风机应保证在280 ℃时能连续有效工作0.5 h［15］。

综上确定防排烟设备火灾延续时间：地下车站不小于1 h，地面及高架车站不小于0.5 h。

1.4 消防应急照明

地铁消防应急照明包括疏散照明、备用照明，其中疏散照明设置消防应急照明和疏散指示系统，备用照明采用EPS电源供电。

相关个人信息法律规范，往往“重‘刑事处罚’和‘行政管理’，而轻‘民事确权’与‘民事归责’”[3]，换言之，相关规范所设定的“法律责任”在一定程度上存在“两极分化”表现，即部分规范仅规定义务，却没有设定违反义务需要承担的法律后果;部分规范虽有设定法律责任，但多数规范以“重责追究”，尤其以刑事责任追究。例如:《最高人民法院、最高人民检察院关于办理侵犯公民个人信息刑事案件适用法律若干问题的解释》规定十种“情节严重”定罪类型，“几乎所有侵犯公民个人信息行为都可能直接触发刑事责任。”[2]

（1）消防应急照明和疏散指示系统

《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》：3.2.4系统应急启动后，在蓄电池电源供电时的持续工作时间应满足下列要求：医疗建筑、老年人照料设施、总建筑面积大于100 000 m2的公共建筑和总建筑面积不大于20 000 m2的地下、半地下建筑，不应少于1.0 h。其他建筑，不应少于0.5 h［16］。

《地铁设计规范》：28.6.2 地下线路的应急照明的连续供电时间不应小于60 min［15］。《地铁设计防火标准》：11.2.5 地下车站及区间应急照明的持续供电时间不应小于60 min［12］。

综上确定消防应急照明和疏散指示系统的持续供电时间：地下车站不小于1 h，地面及高架车站不小于0.5 h。

（2）备用照明

《建筑照明设计标准》：备用照明是用于确保正常活动继续或暂时继续进行的应急照明［17］。《地铁设计规范》及《地铁设计防火标准》中并未区分疏散照明和备用照明。结合《民用建筑电气设计标准》：13.6.6 备用照明及疏散照明的最少持续供电时间及最低照度应符合表13.6.6的规定［9］，与城市轨道交通相关内容如表1所示。

表1 备用照明最少持续供电时间（部分）

综上确定备用照明的火灾延续时间不小于2 h。

1.5 消防疏散用电扶梯

《建筑设计防火规范》：5.5.4 自动扶梯和电梯不应计做安全疏散措施［18］。但是由于轨道交通火灾的特殊性，列车及站台人员需要在极短的时间内撤离站台（4 min内）。若均按楼梯设计满足疏散，则牺牲了运营过程中的便利性，但在设置扶梯的情况下，仅靠设置的楼梯无法满足疏散时间要求，所以《地铁设计规范》、《地铁设计防火标准》中乘客全部撤离站台的时间计算公式中纳入疏散用自动扶梯的通过能力。

综合规范考虑，消防疏散用自动扶梯并无火灾延续时间的定义。其目的是在火灾初期辅助快速完成人员疏散，在6 min内完全疏散至站厅公共区。

1.6 弱电系统

梳理《地铁设计规范》等规范梳理与消防相关的弱电系统专业的后备时间如表2 所示。

表2 各弱电系统后备时间

结合规范中对这些系统并未采用火灾时持续供电的描述，系统的后备时间并不能完全等同于火灾时该设备的持续供电时间需求，更多的是基于系统对于城市轨道交通正常运营的重要性而做出的要求。

2 供电方案

2.1 电源

城市轨道交通主要采用集中式供电，根据线路的长度和用电容量的大小，在线路沿线建设相应数量的专用主变电所。

城市轨道交通用电属一级负荷，主变电所从城市电网引入两路110 kV独立电源，每个进线电源的容量满足变电所一、二级负荷的要求。城市轨道交通引入电源较多且自身系统较完整，可以保证供电可靠性［15］。主变电所主接线如图2 所示。

图2 主变电所主接线

110 kV电源经主变电所降压成35 kV 等级后，通过中压环网电缆，沿线路敷设，将上级主变电所和下级全线各个降压变电所连接起来。降压变电所为车站消防负荷提供电源。消防负荷按一级负荷配电，自变电所两段一二级负荷母线各引一路电源，两路电源在线路末端自动切换。城市轨道交通的供电电源满足消防负荷的供电需求。

2.2 电缆选型

设计规范鲜少对消防电缆的耐火性能提出相关要求，特别是消防电缆的耐火时间和耐火温度。而且目前国内耐火电缆分级不完善，设计规范、产品标准、试验标准存在脱节现象［3～5］。

目前国内电缆试验标准主要有GB／T 19216.11—2003：供火温度750～800 ℃，GB／T 19216.21—2003推荐供火时间为90 min，XF－306.2－2007：供火温度750～800 ℃、950～1 000 ℃，耐火时间90 min，GB／T 19216.1—2021 和GB／T 19216.2—2021：供火温度830～870 ℃，供火时间分别为30、60、90、120 min。

目前国内矿物绝缘电缆中的BTTZ、RTTZ已经有相应的国家产品标准。BTTZ的国标GB／T 13033.1—2007 中是按照GB／T 19216.21进行耐火试验，燃烧时间为180 min。目前轨道交通中应用较多的RTTZ，这类耐火电缆是目前耐火性能最好的一种电缆［4］，RTTZ 的国标GB／T 34926—2017 中试验时选用火焰温度为950～1 000 ℃，燃烧时间为180 min，根据电缆直径分别采用BS 6387：2013和BS 8491：2008。文献［5］分析国内外各标准的试验方法并经实际的电缆耐火试验后得出BS标准比IEC标准更难以通过。BS 8491：2008 中供火温度830～870 ℃，冲击阶段的火焰应用持续时间为30、60、120 min。GB／T 34926—2017 中对耐火温度和耐火时间的要求已经超出BS 6387：2008 的试验条件范围，其试验报告的权威性和合理性难以保证［3］。

除耐火时间和耐火温度外，耐火电缆的试验通常还涵盖了喷水试验、机械冲击等综合因素。经过多年的快速发展和技术经验的积累，国内也在探索制定更为合理的耐火电缆分级标准。如团体标准T／ASC 6002－2021《消防用电线电缆耐火性能试验方法》，其针对消防用电线电缆，按供火温度830 ℃和950 ℃，供火时间90、120、180 min，组成“NH1～NH6”共6 个耐火性能分类。相信后续会推出国家试验标准，逐步完善国内耐火电缆分级制度。

《民用建筑电气设计标准》：13.8.4 消防配电线路的选择与敷设，应满足消防用电设备火灾时持续运行时间的要求［9］，其条文解释：由于民用建筑发生火灾时，火焰核心温度通常在650～900 ℃之间，消防设备的供电干线选用供火温度为950～1 000 ℃耐火电缆或母线槽，可提高消防设备供电的可靠性。

建筑物中火灾的起火点有其不确定性，无法预测。消防配电干线作为最重要的环节，其耐火电缆应按照最不利的情况选择，所以消防泵、消防控制室、防排烟风机的消防配电线路的电缆采用950 ℃耐火温度，设备机房范围内可适当选择750 ℃或者830 ℃耐火温度［19］。耐火时间则根据具体设备的火灾延续时间确定。

2.3 线路敷设

城市轨道交通中消防线路的敷设，主要采用桥架、穿管。对桥架提出相应的耐火时间要求，如30、45、60 min等。穿热浸镀锌厚壁钢管明敷时，钢管刷防火涂料，暗敷时，穿管敷设在不燃性结构内，且保护层厚度不小于30 mm。

GB 51348—2019 国家标准编制组在《建筑电气》期刊上回复：关于有机绝缘耐火电缆和耐火槽盒组合的耐火性能试验来看，其耐火性能优于矿物绝缘类耐火电缆。因试验还在进行中，不便将数据提前公布［19］。

若试验的合理性得到充分验证，则为消防线路的耐火设计提供新的思路和依据，使设计可以充分利用电缆和敷设相结合，兼顾可靠性和经济性。

2.4 基准方案

《建筑设计防火规范》：10.1.10 消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要［18］。《民用建筑电气设计标准》：13.8.4 消防配电线路的选择与敷设，应满足消防用电设备火灾时持续运行时间的要求［9］。《地铁设计防火标准》：11.3.1 消防用电设备的电线电缆选择和敷设应满足火灾时延续供电的需要［12］。故消防配电设计应以满足火灾时消防设备的连续供电需要为目的。

即将实施的《建筑防火通用规范》：10.1.7 消防配电线路的设计和敷设，应满足在建筑的设计火灾延续时间内为消防用电设备连续供电的需要［20］。明确了消防配电线路的设计和敷设的整体性要满足建筑的设计火灾延续时间（城市轨道交通工程的设计火灾延续时间为2 h），在前述规范的基础上提高了建筑物消防配电设计要求的整体一致性。

综合规范及前述的分析，得出基准方案如表3 所示。表中清晰地展示了城市轨道交通消防供电在目前规范要求下的基准设计选型。表中的消防负荷在目前情况下可以选用RTTZ矿物绝缘电缆。

表3 主要消防负荷的干线防火要求

辅助类消防负荷如消防疏散电梯、站台门、自动售检票等在火灾初期辅助人员疏散，专用通信、信号的UPS采用双机冗余热备，相当于4 路独立电源，可靠性高。所以除表3 外的辅助类消防负荷的消防干线可采用950 ℃／90 min耐火设计。

综合考虑有机绝缘类电缆通过外绕云母带或硅橡胶带等材料和工艺，可以通过950 ℃／90 min 和830 ℃／120 min的耐火试验［3］，上述方案是较为合理的。当后续公布可靠的数据支撑，则可以采用950 ℃／90 min 耐火电缆＋耐火桥架敷设的方式代替950 ℃／120 min 矿物绝缘电缆，兼顾消防配电线路的耐火性能和经济性。

3 结束语

城市轨道交通消防供电作为一个复杂的系统工程，涉及了各专业及城市轨道交通的相关规范，且全国各地的消防供电设计也存在一定差异，国内耐火电缆分级制度尚不完善。

本文从满足消防负荷在火灾时的持续供电时间需求和建筑的设计火灾延续时间的基本原则出发，基于规范、数据、城市轨道交通特点等分析，提出一个完整的城市轨道交通消防供电设计基准方案。为全国各地城市轨道交通消防供电设计提供了一个基准参考，且有机绝缘耐火电缆和耐火槽盒组合的耐火性能试验正在进行中，在公布数据支撑后，可进一步优化消防供电方案，对全国轨道交通消防供电设计具有重要的参考和指导意义。