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【摘要】水电站由于设备众多、线路复杂、电气设备,绝缘油与透平油系统等场所火灾危险性大，一旦发生火灾,人员疏散困难,且火灾扑救难度大。本文分析了水电站地下厂房消防设计特点，并从提高安全度的角度出发，对防火分区、安全疏散、灭火救援、防排烟设计提出了建议，可供日后类似工程提供参考。
【关键词】水电站；地下厂房；消防设计；防火分区；安全疏散；防排烟设计
中图分类号：TV73文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
水电站总装机容量为4×300MW，主厂房与过渡副厂房连为一体，总长149.3m，主厂房高48m，宽21.75m。主变洞与主厂房东西向平行布置，二者相距45m。
在发电机层有交通洞在中间串通。向下7m有四条母线洞相通。主变洞总长130.90m，高17.0m，宽16.4m，主变洞的西端有下出线洞，通过垂直的出线竖井经楼梯或乘电梯可达到844.50m高程，再经上出线洞到达地面开关站以及副厂房。
2水电站消防设计特点
2.1突出重点
水电站工艺布置与运行情况不同于其他工业建筑,主厂房空间高大,较长时间的烟气聚集不会影响到人员疏散,而且随着电站管理自动化程度的提高,大部分场所无人值班或少人值守,人员疏散与民用建筑有所不同,在消防设计中,保证机电设备消防安全与人员安全疏散应是消防设计的重点。
2.2综合采用消防措施
在消防设计中,首先应突出“防”,争取将火灾危险性降到最低程度；其次,合理布置各个功能区,对火灾危险性高的部位采取分隔、灭火等措施,减少火灾蔓延的可能性。
2.3尽量使用先进技术,立足自防自救
在确保消防需要的前提下,充分发挥水消防优势,尽可能与正常使用的设备相结合,重点部位采用先进技术,做到保障安全、使用方便、经济合理；另外,电站一般远离城镇,可借助的社会消防力量有限,消防安全应立足自防自救。
2.4防火分区与火灾危险性
地下厂房有四个防火分区。各防火分区用防火墙与甲级防火门进行分隔。主厂房是电站的心脏部位，尺寸为133m×20m×22m，共五层，建筑面积11200m2，火灾危险性主要来源于大量的油品，发电机在正常工作状态下需要大量的油品，在检修与机械故障时，油品着火的概率较大。
副厂房分区，建筑面积为2784m2，共八层，设有一部防烟楼梯与一部带前室的电梯。火灾危险性存在于蓄电池室，中压、低压气机室，易发生电气火灾，工作人员较多。
主变洞分区，包括主变洞、四条母线廊道与高程为748.5m的下出线洞。主变洞建筑面积4966m2，四个主变室设有四台油浸式主变压器，每台容量为333.3MVA。油浸式变压器发生火灾事故的概率较大，因此将主变洞划为一个独立的防火分区，变洞与交通洞之间采用特级防火卷帘进行分隔，但主变室与主变运输洞之间的隔墙由于设备检修的需要，无法采用防火墙，而需要使用易于拆装的不燃夹芯彩钢板材料，虽然在燃烧性能方面可以满足要求，但耐火极限达不到要求。
考虑主变压器室内设有水喷雾灭火系统，且事故储油采用集中储油引至事故油池，火势蔓延扩大的趋势能够被控制，但应在主变室与主变运输通道中设置排烟设施用以增加安全性。
出线竖井防火分区，包括出线竖井与高程844.50m的上线洞。发电厂中，电缆着火事故时有发生，以往使用的电缆起火产生黑烟，含有大量的氯化氢气体，会腐蚀附着物，损坏电气设备，电站的电缆全部采用日本VISCAS公司生产的500kV干式电缆，具有较好的阻燃性能，同时在出线竖井内设有CO2气体灭火系统，提高了安全性。
2.5安全通道与灭火救援路线
2.5.1安全通道
地下厂房共有三条对外安全疏散通道。一条是交通洞，长722.7m，宽7.5m，高7m；一条是排风兼安全洞，长992.5m，宽7.5m，高7m；还有一条是主厂房713.0m高程到达公路涵洞698.47m高程的自流排水洞，长1300m，洞宽3m。
主厂房五层有四部楼梯上下相通，发电机层可通过交通洞直达室外，洞口有防火卷帘门，还可在底层713.0高程经自流排水洞到达室外。副厂房有一部带前室的楼梯上下相通，顶层有排风兼安全洞直通室外，底层可经过主厂房到交通洞到室外。
主变洞共分两层，局部设有夹层，两端各有一部楼梯上下相通，底层可通过交通洞直达室外。出线竖井区在底层可通过廊道到达交通洞再到室外，在顶层可经过上出线洞到达坝顶。
从以上设计可以看出，水电站的人员疏散与地上建筑的人员疏散有三个不同之处:首先，交通工具不同，地上建筑的疏散通道水平为疏散走道，垂直采用疏散楼梯，而水电站的疏散主要利用通向地面的洞体，疏散距离长，且不位于同一高程。
其次，疏散终点的设定不同，地上建筑以人员到达室外安全區域作为疏散终点，从而计算疏散时间，而水电站不能以到达室外所需疏散时间为依据，需要确定一个合理的位置作为疏散终点的计算时间。
再者，每一条疏散路线的使用率不同，地面建筑内水平与垂直疏散路线的使用率基本相同或相差不大，而地下厂房中各个防火分区都以交通洞作为最主要的疏散通道，其他两条通道在平时基本处于零利用率水平，这就要求交通洞应当具有较高的安全性与可靠性。
因此，应当在原有防火分隔的基础上，在主厂房与交通洞结合处增加设置防火分隔使人员疏散到交通洞即为安全区域，缩短人员疏散时间。平时特别应加强应急疏散通道的管理，注重人员逃生技能的训练。
2.5.2灭火救援路线
发生火灾时，能够满足消防车通行要求的有交通洞与排风兼安全洞，交通洞距消防队驻地距离近，但是火灾扑救路线不能以交通洞为主，而是应该两条路并重。这是因为平时人员进入主厂房的各个区域，是先乘坐交通工具到达交通洞与各个区域相连的入口处，再步行进入，火灾发生时，人员也以这条路为主要疏散路线，车辆行驶方向与消防车辆相反，容易造成混乱，贻误战机。
并且发生火灾概率较大的部位为主厂房发电机层，而工作人员较集中的副厂房中的人员若通过交通洞进行疏散，必须经过三号、与四号机组，方能进入交通洞，如果三、四号机组发生火灾，解救副厂房内被困人员时，消防队员只有通过排风兼安全洞到达副厂房顶层，再通过垂直交通工具到达各处开展灭火救援工作。
因此，副厂房电梯应设置为消防电梯，具有防火、防烟、防水功能，两路供电，在机房设火灾自动报警系统，并且应该将消防队员专用操作按钮设置在副厂房顶层与排风兼安全洞相接的部位而不是设置在底层。
2.6空调通风及排烟设计
地下主厂房空间大，风流顺畅，火势很容易发展到猛烈阶段，火势蔓延方向与风流方向相同，同时向通道出入口蔓延。烟气进入通道后，是以层流状态沿拱顶流动，烟气下降后，受通道内风流影响，而形成紊流状态，交通洞是向上倾斜巷道，烟气的流速可达3m·s－1，而人的疏散速度为1.5m·s－1，因此，必须将烟气控制在火灾发生地点排除。
为使烟气不进入主疏散通道交通洞内及时进行控制排除，应当采取两个方面的措施:一是在交通洞入口处设置挡烟设施，如防火卷帘门，在阻止烟气蔓延的同时，还可以防止排烟风机工作时交通洞内的空气与排烟口之间形成空气短路，影响排烟效果。二是适当增加排烟量。
2.6.1排烟量的确定
主厂房位于地下，同时又是高大空间，为了保证排烟量取值的可靠性，笔者分别将《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》(DL/T5165－2002)第9.2.6条，《人民防空工程设计防火规范》(GB50098－98，2009年版)第5.1.4条与《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045－1995，2005年版)第8.4.2.3条中对排烟量设计的规定进行比较。
《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》与《人民防空工程设计防火规范》规定一致，排烟量按照担负两个防火分区时取120m3·h－1·m－2，每一机组段面积取500m2，则排烟量为500×120=60000m3·h－1。
《高层民用建筑设计防火规范》中中庭体积V＜17000m3时按6次·h－1，中庭体积V＞17000m3时按四次·h－1计算，但最小不小于102000m3·h－1。则排烟量为133×20×22×4=234080m3通过计算比较，按中庭计算得出的排烟量远远大于其他规范，考虑地下厂房与中庭在火灾荷载、烟气流动方面有很大区别，而更接近人防工程中相似空间，因此，排烟量的取值在《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》计算基础上增加30%的富裕度，确定工程排烟量为80000m3·h－1。
2.6.2排烟口的设置
⑴排烟口位置及数量的确定
按照发生火灾时烟气的流动特性，排烟口设置在发生火灾位置的正上方对烟气的排除最有效，而发电机层火灾发生概率最大的部位是发电机所在位置，因此，排烟口应当主要在每台发电机组段的正上方顶棚相应的面积内进行均匀布置。
根据厂家提供的排烟口规格及排烟量数据，以及烟气通过排烟口有效断面时速度不大于10m·s－1的要求，取排烟风速为7m·s－1，选用800×800(排烟量为16128m3·h－1)规格排烟口，确定每一机组段上方设置5～6个多叶式排烟口即可满足需求。
⑵排烟风机的联动控制
主厂房内设有红外光束感烟探测器组，为提高排烟系统的可靠性，排烟控制程序采用火灾报警器动作后消防控制室集中控制排煙口、排烟风机、通风机空调系统的风机。
同时，排烟口、排烟风机连锁，满足任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自动启动的要求。排烟口设置与有人操作面距离远，因此，防火阀的手动方式应能远距离操作与可遥控复位。
3结束语
水电站消防设计是非常复杂的,应根据其建筑内部功能火灾危险性及建筑空间的特点进行综合分析,采用科技含量高与可靠性、自动化程度高的设施设备,以适应新的形势与技术发展要求,只有这样,才能较好地解决水电站消防设计中存在的问题与矛盾,做到安全适用、经济合理,以达到整个工程的消防安全。
参考文献:
［1］GB50016－2006，建筑设计防火规范［S］.
［2］DL/T5165－2002，水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程［S］.
［3］翟小鹏.水电站消防设计常见问题及对策探讨[J].武警学院学报.2010(06)
【关键词】水电站；地下厂房；消防设计；防火分区；安全疏散；防排烟设计
中图分类号：TV73文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
水电站总装机容量为4×300MW，主厂房与过渡副厂房连为一体，总长149.3m，主厂房高48m，宽21.75m。主变洞与主厂房东西向平行布置，二者相距45m。
在发电机层有交通洞在中间串通。向下7m有四条母线洞相通。主变洞总长130.90m，高17.0m，宽16.4m，主变洞的西端有下出线洞，通过垂直的出线竖井经楼梯或乘电梯可达到844.50m高程，再经上出线洞到达地面开关站以及副厂房。
2水电站消防设计特点
2.1突出重点
水电站工艺布置与运行情况不同于其他工业建筑,主厂房空间高大,较长时间的烟气聚集不会影响到人员疏散,而且随着电站管理自动化程度的提高,大部分场所无人值班或少人值守,人员疏散与民用建筑有所不同,在消防设计中,保证机电设备消防安全与人员安全疏散应是消防设计的重点。
2.2综合采用消防措施
在消防设计中,首先应突出“防”,争取将火灾危险性降到最低程度；其次,合理布置各个功能区,对火灾危险性高的部位采取分隔、灭火等措施,减少火灾蔓延的可能性。
2.3尽量使用先进技术,立足自防自救
在确保消防需要的前提下,充分发挥水消防优势,尽可能与正常使用的设备相结合,重点部位采用先进技术,做到保障安全、使用方便、经济合理；另外,电站一般远离城镇,可借助的社会消防力量有限,消防安全应立足自防自救。
2.4防火分区与火灾危险性
地下厂房有四个防火分区。各防火分区用防火墙与甲级防火门进行分隔。主厂房是电站的心脏部位，尺寸为133m×20m×22m，共五层，建筑面积11200m2，火灾危险性主要来源于大量的油品，发电机在正常工作状态下需要大量的油品，在检修与机械故障时，油品着火的概率较大。
副厂房分区，建筑面积为2784m2，共八层，设有一部防烟楼梯与一部带前室的电梯。火灾危险性存在于蓄电池室，中压、低压气机室，易发生电气火灾，工作人员较多。
主变洞分区，包括主变洞、四条母线廊道与高程为748.5m的下出线洞。主变洞建筑面积4966m2，四个主变室设有四台油浸式主变压器，每台容量为333.3MVA。油浸式变压器发生火灾事故的概率较大，因此将主变洞划为一个独立的防火分区，变洞与交通洞之间采用特级防火卷帘进行分隔，但主变室与主变运输洞之间的隔墙由于设备检修的需要，无法采用防火墙，而需要使用易于拆装的不燃夹芯彩钢板材料，虽然在燃烧性能方面可以满足要求，但耐火极限达不到要求。
考虑主变压器室内设有水喷雾灭火系统，且事故储油采用集中储油引至事故油池，火势蔓延扩大的趋势能够被控制，但应在主变室与主变运输通道中设置排烟设施用以增加安全性。
出线竖井防火分区，包括出线竖井与高程844.50m的上线洞。发电厂中，电缆着火事故时有发生，以往使用的电缆起火产生黑烟，含有大量的氯化氢气体，会腐蚀附着物，损坏电气设备，电站的电缆全部采用日本VISCAS公司生产的500kV干式电缆，具有较好的阻燃性能，同时在出线竖井内设有CO2气体灭火系统，提高了安全性。
2.5安全通道与灭火救援路线
2.5.1安全通道
地下厂房共有三条对外安全疏散通道。一条是交通洞，长722.7m，宽7.5m，高7m；一条是排风兼安全洞，长992.5m，宽7.5m，高7m；还有一条是主厂房713.0m高程到达公路涵洞698.47m高程的自流排水洞，长1300m，洞宽3m。
主厂房五层有四部楼梯上下相通，发电机层可通过交通洞直达室外，洞口有防火卷帘门，还可在底层713.0高程经自流排水洞到达室外。副厂房有一部带前室的楼梯上下相通，顶层有排风兼安全洞直通室外，底层可经过主厂房到交通洞到室外。
主变洞共分两层，局部设有夹层，两端各有一部楼梯上下相通，底层可通过交通洞直达室外。出线竖井区在底层可通过廊道到达交通洞再到室外，在顶层可经过上出线洞到达坝顶。
从以上设计可以看出，水电站的人员疏散与地上建筑的人员疏散有三个不同之处:首先，交通工具不同，地上建筑的疏散通道水平为疏散走道，垂直采用疏散楼梯，而水电站的疏散主要利用通向地面的洞体，疏散距离长，且不位于同一高程。
其次，疏散终点的设定不同，地上建筑以人员到达室外安全區域作为疏散终点，从而计算疏散时间，而水电站不能以到达室外所需疏散时间为依据，需要确定一个合理的位置作为疏散终点的计算时间。
再者，每一条疏散路线的使用率不同，地面建筑内水平与垂直疏散路线的使用率基本相同或相差不大，而地下厂房中各个防火分区都以交通洞作为最主要的疏散通道，其他两条通道在平时基本处于零利用率水平，这就要求交通洞应当具有较高的安全性与可靠性。
因此，应当在原有防火分隔的基础上，在主厂房与交通洞结合处增加设置防火分隔使人员疏散到交通洞即为安全区域，缩短人员疏散时间。平时特别应加强应急疏散通道的管理，注重人员逃生技能的训练。
2.5.2灭火救援路线
发生火灾时，能够满足消防车通行要求的有交通洞与排风兼安全洞，交通洞距消防队驻地距离近，但是火灾扑救路线不能以交通洞为主，而是应该两条路并重。这是因为平时人员进入主厂房的各个区域，是先乘坐交通工具到达交通洞与各个区域相连的入口处，再步行进入，火灾发生时，人员也以这条路为主要疏散路线，车辆行驶方向与消防车辆相反，容易造成混乱，贻误战机。
并且发生火灾概率较大的部位为主厂房发电机层，而工作人员较集中的副厂房中的人员若通过交通洞进行疏散，必须经过三号、与四号机组，方能进入交通洞，如果三、四号机组发生火灾，解救副厂房内被困人员时，消防队员只有通过排风兼安全洞到达副厂房顶层，再通过垂直交通工具到达各处开展灭火救援工作。
因此，副厂房电梯应设置为消防电梯，具有防火、防烟、防水功能，两路供电，在机房设火灾自动报警系统，并且应该将消防队员专用操作按钮设置在副厂房顶层与排风兼安全洞相接的部位而不是设置在底层。
2.6空调通风及排烟设计
地下主厂房空间大，风流顺畅，火势很容易发展到猛烈阶段，火势蔓延方向与风流方向相同，同时向通道出入口蔓延。烟气进入通道后，是以层流状态沿拱顶流动，烟气下降后，受通道内风流影响，而形成紊流状态，交通洞是向上倾斜巷道，烟气的流速可达3m·s－1，而人的疏散速度为1.5m·s－1，因此，必须将烟气控制在火灾发生地点排除。
为使烟气不进入主疏散通道交通洞内及时进行控制排除，应当采取两个方面的措施:一是在交通洞入口处设置挡烟设施，如防火卷帘门，在阻止烟气蔓延的同时，还可以防止排烟风机工作时交通洞内的空气与排烟口之间形成空气短路，影响排烟效果。二是适当增加排烟量。
2.6.1排烟量的确定
主厂房位于地下，同时又是高大空间，为了保证排烟量取值的可靠性，笔者分别将《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》(DL/T5165－2002)第9.2.6条，《人民防空工程设计防火规范》(GB50098－98，2009年版)第5.1.4条与《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045－1995，2005年版)第8.4.2.3条中对排烟量设计的规定进行比较。
《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》与《人民防空工程设计防火规范》规定一致，排烟量按照担负两个防火分区时取120m3·h－1·m－2，每一机组段面积取500m2，则排烟量为500×120=60000m3·h－1。
《高层民用建筑设计防火规范》中中庭体积V＜17000m3时按6次·h－1，中庭体积V＞17000m3时按四次·h－1计算，但最小不小于102000m3·h－1。则排烟量为133×20×22×4=234080m3通过计算比较，按中庭计算得出的排烟量远远大于其他规范，考虑地下厂房与中庭在火灾荷载、烟气流动方面有很大区别，而更接近人防工程中相似空间，因此，排烟量的取值在《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程》计算基础上增加30%的富裕度，确定工程排烟量为80000m3·h－1。
2.6.2排烟口的设置
⑴排烟口位置及数量的确定
按照发生火灾时烟气的流动特性，排烟口设置在发生火灾位置的正上方对烟气的排除最有效，而发电机层火灾发生概率最大的部位是发电机所在位置，因此，排烟口应当主要在每台发电机组段的正上方顶棚相应的面积内进行均匀布置。
根据厂家提供的排烟口规格及排烟量数据，以及烟气通过排烟口有效断面时速度不大于10m·s－1的要求，取排烟风速为7m·s－1，选用800×800(排烟量为16128m3·h－1)规格排烟口，确定每一机组段上方设置5～6个多叶式排烟口即可满足需求。
⑵排烟风机的联动控制
主厂房内设有红外光束感烟探测器组，为提高排烟系统的可靠性，排烟控制程序采用火灾报警器动作后消防控制室集中控制排煙口、排烟风机、通风机空调系统的风机。
同时，排烟口、排烟风机连锁，满足任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自动启动的要求。排烟口设置与有人操作面距离远，因此，防火阀的手动方式应能远距离操作与可遥控复位。
3结束语
水电站消防设计是非常复杂的,应根据其建筑内部功能火灾危险性及建筑空间的特点进行综合分析,采用科技含量高与可靠性、自动化程度高的设施设备,以适应新的形势与技术发展要求,只有这样,才能较好地解决水电站消防设计中存在的问题与矛盾,做到安全适用、经济合理,以达到整个工程的消防安全。
参考文献:
［1］GB50016－2006，建筑设计防火规范［S］.
［2］DL/T5165－2002，水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程［S］.
［3］翟小鹏.水电站消防设计常见问题及对策探讨[J].武警学院学报.2010(06)