多层次轨道交通共用消防泵控制技术研究

付文刚 高霞娥

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西西安 710043；2.西北电力设计院有限公司 陕西西安 710043)

1 引言

随着我国轨道交通事业的网络化发展，2020年12月国家发布《关于推动都市圈市域(郊)铁路加快发展的意见》，提出要加强市域(郊)铁路与干线铁路、城际铁路、城市轨道交通一体化衔接，鼓励多线多点换乘，统筹协调系统制式，推动具备条件的跨线直通运行，充分发挥轨道交通网络整体效益，推进基础设施、标识信息、运营管理等资源共享、互联互通，满足多层次轨道交通网络化客运要求。越来越多的轨道交通线路出现了两线、三线等多线换乘车站，甚至还有以公共交通为导向的城市商业区开发模式逐渐成为热点附带商业形式的出现。此外，各城市轨道交通线网的形成，也加速了多层次轨道交通的发展，使得换乘形式也变得多样化，有包含双岛四线、一岛两侧和单岛四线换乘的平行换乘方式，包含十字节点、T形节点、L形换乘的节点换乘方式，以及通过连接通道形成线路间换乘关系的通道换乘方式[1]。使得原本人流密度大，火灾隐患较多的轨道交通车站，防灾形势变得尤为严峻，对消防泵这类重要消防设备及其他消防设备监控的安全可靠性和车站运营管理水平都提出了更高的要求。

通常轨道交通车站控制室兼作消防控制室，作为火灾时的现场消防应急指挥中心，受多层次轨道交通线路的管理模式和车站换乘形式的影响，车站控制室的设置有各线路分别设置和多线路合设一处的方式。因此，火灾自动报警系统(Fire Alarm System，简称FAS)设置形式也相应有多种，各线路对共用消防设备，特别是消防泵这种极其关键设备如何实时、可靠的监视和控制显得至关重要。下面以多层次轨道交通换乘关系较为复杂的三线换乘车站共用消防泵的控制方案进行分析。

该车站为1、2、3 号线三线换乘车站[2]，2、3 号线为东西走向平行布置，地下二层双岛四线同台换乘，1号线为南北走向，与2、3号线形成十字换乘关系，1、2、3号线共用站厅公共区位于地下一层，2、3号线同台换乘位于地下二层，1号线站台层位于地下三层，通过站台层换乘楼梯实现与2、3号线的换乘，火灾时站台层换乘楼梯处防火卷帘落下，将1号线站台公共区与2、3号线站台公共区隔开，分属不同线路的防火分区，换乘线路分界示意如图1。

图1 换乘站各线路建筑分界示意

3号线为先建线路并已先期开通运营，1、2号线为后建线路同期开通，2、3号线共用车站控制室，1号线单设车站控制室。1、2、3号线共用消防泵房及消防泵，消防泵在3号线设备区，由3号线先期建设并控制，在火灾工况下1、2号线消火栓系统需要共用该组消防泵，并通过3号线实现跨线路启动提供消防用水。

2 消防控制室设置原则

轨道交通车站火灾自动报警系统属于控制中心报警系统，并且换乘车站一般是按线路运营管理分界，各线分别设置FAS系统和车站控制室，当控制中心报警系统有两个及以上消防控制室时，应确定主消防控制室和分消防控制室[3]。主消防控制室内的消防设备应能显示各分消防控制室内消防设备的状态信息，并可对分消防控制室内的消防设备及其控制的消防系统和设备进行控制；各分消防控制室之间的消防设备之间可以互相传输、显示状态信息，但不应互相控制[4]。有多个消防控制室时，选择靠近消防泵房的消防控制室作为主消防控制室，其余为分消防控制室。因此，距离消防泵房近的2、3号线合用车站控制室作为本站主消防控制室，1号线车站控制室为分消防控制室。

在3号线FAS主机和工作站上可以显示全站范围内三条线路所有的设备状态信息，并在FAS主机和车站综合紧急后备盘(简称IBP盘)上实现消防泵等重要消防设备的手动控制[5]。1号线车站控制室FAS主机和工作站只能显示换乘站消防设备状态信息。

3 共用消防泵控制技术要求

为保证多层次轨道交通换乘站消防泵在火灾情况下的绝对可靠工作，需要对其控制进行冗余方案设计，使消防泵应具有联动控制、连锁控制、人工手动控制等多种控制方式[6]，并且要满足控制主体唯一性原则。

3.1 联动控制

多层次轨道交通换乘站FAS火灾报警控制器具备联动控制功能，当1、2、3号线火灾报警控制器在自动状态时，自动接收现场消火栓所在报警区域的任一只火灾探测器，或任一只手动火灾报警按钮发出火灾报警信号，同时与消火栓按钮动作信号形成“与”逻辑组合[7]，发出消防泵启动的控制指令到车控室。同时，消防值班人员也可以在FAS火灾报警控制器手动控制发出消防泵启动的控制指令。

3.2 连锁控制

连锁控制是一种设备到设备的点对点直接控制方式，独立于火灾自动报警系统，不受联动控制器处于故障或手/自动状态的影响[8]，将1、2、3号线消火栓系统的消防泵出水干管上的压力开关、流量开关的动作信号作为连锁启泵的触发信号，通过与消防泵控制柜连接实现电气连锁控制，直接控制消防泵的启动。任一线路发生火灾，消防水管内有消防水流动时，对应线路消防水管干管压力开关、流量开关有动作输出，该输出信号可以连锁控制消防泵自动启动。

3.3 人工手动控制

在消防控制室设置手动直接控制装置，车站控制室IBP盘上设有消防泵的启动、停止按钮，以实现消防泵的远程手动控制，将消火栓泵控制箱的启动、停止按钮直接通过硬线连接至车站控制室IBP盘上[9]，消防泵手动控制电路原理图如图2所示。

3.4 线路间火灾信息互通

多层次轨道交通换乘站各线路之间，可以通过互设信息模块、信息复示屏和消防电话的形式实现火灾信息互通[10]。在收到互通火灾信息后应按照各线路火灾报警控制器预先设定的火灾模式进行消防联动和火灾救援，主消防控制室应对共用消防泵进行联动控制。因此，1、2号线通过与3号线火灾信息互通，将启动消防泵信息通过信息模块传送给3号线FAS进行启泵操作，消防泵动作后由3号线反馈水泵状态信号给1、2号线，形成一个由各换乘线路分消防控制室发送启泵请求，由主消防控制室、FAS实现启泵操作的闭合消防泵控制系统[11]。因此，在该换乘站1号线FAS接口模块箱设置一对“给3号线发送启泵信号”的输出模块和“接收3号线反馈水泵运行状态”的输入模块，对应在3号线接口模块箱设置一对“接收1号线启泵请求信号”的输入模块和“发送3号线反馈水泵状态”的输出模块。

同理，在该换乘站2号线FAS接口模块箱设置一对“给3号线发送启泵信号”的输出模块和“接收3号线反馈水泵运行状态”的输入模块，对应在既3号线接口模块箱设置一对“接收2号线启泵请求信号”的输入模块和“发送3号线反馈水泵状态”的输出模块。

同时，1号线与2号线FAS之间互设信息模块，将各自线路的火灾信息告知对方FAS主机，对方线路收到火灾信息后需要反馈信号。因此，1号线FAS主机与2号线FAS主机之间只能显示对方火灾信息，但是不能互相控制。

3.5 线路控制主体唯一性

对于多层次轨道交通换乘站各线路消火栓系统共用一组消防泵的控制，须满足控制主体唯一性原则，由启泵控制命令的发出线路执行停泵操作，其他线路不得在消防泵使用过程中对水泵进行启动或停止的控制操作，可以通过各线路间信息互锁控制方式实现，下面以该换乘站3号线启动共用消防泵为例进行研究。

3.5.1 基于互锁检测的优化控制

在1、2号线分别设置FAS联动电源盘给消防水泵控制柜提供DC24V电源，该电源驱动用于控制消防泵启动和停止的中间继电器，在此电源回路中提供专门的DC24V消防电源，由1、2、3号线各线分别设置一个控制DC24V电源的继电器回路，当3号线发出启泵请求，驱动相应继电器吸起，导通从消防电源盘至水泵控制柜的DC24V电源回路，此时由于1、2号线停泵回路与3号线启泵回路是完全独立的，因此，1、2号线停泵请求不起作用，满足了控制主体唯一性原则。并且，水泵状态信号可以实时给1、2、3号线反馈，各线路车站控制室内均有水泵运行状态的显示信息，互锁检测启泵方式控制原理如图3所示。停止消防泵控制原理同理。

图3 互锁检测启泵控制原理

通过上述互锁检测优化控制方案，1号线发出启动消防泵的控制命令，也只能由1号线发出停泵指令；2号线发出启动消防泵的控制命令，也只能由2号线发出停泵指令，由此可以实现消防泵控制主体唯一性，即“谁启泵，谁停泵”。同时，共用消防泵的使用状态信息可以分别在所有线路的火灾报警控制器和IBP盘上显示[12]，使每个车控室都能实时显示共用消防泵的工作状态。

3.5.2 与传统控制方案对比

多层次轨道交通换乘站的消防泵优化控制方案与传统线路消防泵控制有着本质上的区别，其发生火灾时消防泵控制指令流程如图4，图中箭头方向为消防控制室下发启泵的控制命令路径。

图4 优化控制指令流程

从控制流程图4中可以看到，在多层次轨道交通中基于互锁检测的消防泵控制方式相比传统消防泵控制方式优势明显:

(1)非同期建设的换乘线路，对于后建线路来说，在建设过程中不用改造正在使用中的共用消防泵，避免了后建线路的施工对正常运营的影响，缩小工程实施范围，可以减少工程建设造价和维护成本[13]。

(2)多层次轨道交通中各线的工程分界在已开通运营的线路预留信息互通模块处，各线路施工界面、设备日常运营维护管理、设备资产管理、防灾指挥责任界面划分清晰。

(3)共用消防泵的控制逻辑清晰，控制命令径路唯一，不会存在多层次轨道交通中多条线路同时控制而造成多头管理的情况。同时，各线路又可以实时掌握消防泵的工作状态，可以实现水泵状态信息资源的共享。

6 结束语

通过以上对多层次轨道交通共用消防泵控制技术研究，得出以下基本结论:

(1)除了满足要求的换乘站FAS设备基本配置外，还应结合具体的车站换乘形式和运营管理需求确定主消防控制室。

(2)对多种交通制式线路间火灾信息互通的监控点表内容进行细化，通过信息共享方式实现多线路间火灾信息和消防泵控制信息互传互通。

(3)通过互锁检测实现消防泵控制主体唯一性，提高了消防泵控制的可靠性和安全性。清晰的设计及施工界面方便后期系统调试和运营维护管理。使共用消防泵充分发挥其功能，实现了资源共享，保证乘客人身和财产安全，适应新形势下多层次轨道交通工程特点和智慧地铁新消防理念。