案例：再看全地下污水处理厂消防设计
随着城市居民对于环境的要求日益增高，为降低污水处理厂的环境污染，改善其与周围环境的协调，多地正大力建设全地埋污水处理厂，而全地埋污水处理厂的消防设计在现行《建筑设计防火规范》(GB 55037-2022)中无明确条文规定，从全地埋污水处理厂人员工作特点、消防风险分析、综合分析及应对、各专业消防设计方案等方面进行介绍，为其他全地埋污水处理厂的消防设计提供借鉴。
相关阅读：
给水排水 |地下污水处理厂设计重难点研析之消防篇
给水排水 |标准+案例：地下厂地下箱体防火设计这样做
01工程概况
为贯彻落实贵阳市委、市政府南明河“治臭变清”的相关要求，切实解决南明河水环境治理提升问题，贵阳市南明区某污水处理厂设计规模为2万m³/d，坐落于南明河畔。设计出水排放标准优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级标准的A标准，主要指标（BOD5、COD、氨氮、总磷等）达到IV类水体标准。其处理工艺流程图如图1所示。
图1 工艺流程
厂区地下箱体划分成三层：地下二层为处理构筑物层；地下一层为池顶车间及办公区域；地面层主要为进厂道路入口、消防控制室、门卫及绿化。
厂区内部道路由厂区东南侧入口进入地下一层，并于地下一层设置回车场，方便运营管理人员日常巡视检修及物料的运输。污水于地下二层由西向东方向通过预处理区、主体生物处理区和深度处理区。地下箱体各建、构筑物根据进出水管线布置和运营维护需求，在车间内设置检修通道，通道下设置综合管廊。地下箱体的详细布置如图2所示。
图2 地下箱体立体透视
02全地埋污水处理厂人员工作特点
全地埋污水处理厂设有覆盖整个厂区范围的综合控制系统，实现生产和管理的自动化和信息化。地下二层处理构筑物层及地下一层池顶车间内平时无需人员值班，只在巡检和设备维修时工作人员到场，人数不超过2人，每天巡检的时间不超过60 min。
03消防风险分析
3.1 可燃性气体
市政污水中散发的可燃气体成分主要有硫化氢、氨气等，此类气体由于具有恶臭气味统称为臭气。根据《城镇污水处理厂臭气处理技术规程》（CJJ/T 243-2016），市政污水处理厂各处理区域中产生的硫化氢、氨气及臭气浓度标准见表1。
表1 污水处理厂臭气污染物浓度
同时污水处理厂内一些特定的处理环节在厌氧条件下（如生化池厌氧段，储泥池等）还会产生甲烷，无色无味且具有爆炸隐患。本项目采用的污水及污泥处理工艺不具备甲烷大量产生的绝对厌氧条件，在生化池的厌缺氧段、储泥池及脱水机房等位置的浓度水平参考类似工程监测数据仅为微量，远低于其爆炸（燃烧）极限值，并且通过专门的臭气收集及处理系统排出厂外，从而避免了气体聚集。
根据《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014,2018年版）3.1.2条的相关规定，本项目生产过程中产生硫化氢、氨气和甲烷等可燃气体的浓度水平均远低于“可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别的最大允许值”，故本项目地下箱体可不按照甲/乙类考虑。
3.2 电气设备
全地埋污水处理厂包括变配电站、鼓风机房等主要生产及辅助生产构筑物均设于地下，为避免内涝损害考虑一般设置于地下1层，具有用电设备数量多且分散、线缆数量较多、部分设备功率负荷较高的特点。全地埋污水处理厂生产过程中产生的腐蚀性气体由于其地下全封闭的管理模式，相比其他地下建筑其浓度水平也会相应增高，从而导致电气设备及线缆的腐蚀。另外地下箱体内气态水因内外温差引起明显的结露，以及地下箱体的开挖深度导致少量地下水渗入造成箱体内壁潮湿，以上特点也加大了电气火灾的风险。
由于污水处理厂内主要搅拌器、水泵类设备多为潜水安装，散热条件好，电气火灾的风险较低。因此高低压配电间以及安装干式大功率用电设备的鼓风机房、脱水机房等辅助生产用房的电气火灾风险需要加倍关注。
3.3 易燃材料
全地埋污水处理厂内的主要材料包括线缆、管道、药剂和建筑材料等。本项目电气类线缆数量较多，具有一定的火灾风险。除此以外，各类管道中通风类管材多为金属类风管（镀锌钢或不锈钢）和难燃玻璃钢风管，火灾风险较低；水管类管线基本为钢管或塑料管材，因充满液体而不具有火灾风险；存储及使用的药剂主要有絮凝剂聚合氯化铝、助凝剂聚丙烯酰胺，碳源乙酸钠，消毒药剂次氯酸钠，膜组件清洗药剂的碳酸钠、柠檬酸等，均为液体形式，基本无火灾风险；建筑材料主要是钢材、混凝土、灰砂砖以及环氧地坪漆等，火灾风险较低。
04综合分析及应对
通过对上述全地埋污水处理厂火灾风险源的梳理和分析，认为地下箱体内的污水及污泥会产生一定量的易燃气体。为避免此类气体对操作人员身体产生生理性伤害，在箱体内相应部位设置有监测仪表，报警浓度阈值远低于爆炸极限。同时通过对箱体内部产生臭气的部分设定了一定数量的换气次数并对产生的臭气进行收集与处理，箱体内的易燃气体的浓度水平较难达到如表2所示的爆炸极限。以上两种措施基本上杜绝了可燃气体达到爆炸极限的可能。
表2 可燃气体的性质
电气设备防火方面，通过增加高低压配电间以及安装干式大功率用电设备的鼓风机房、脱水机房等辅助生产用房的通风量，以确保用电设备的散热及干燥的运行环境；电控设备安装于低结露和渗水风险的位置；地下箱体电气类线缆采用具有防腐功能的阻燃型电缆；建筑物根据灭火器配置的危险等级，选用手提式磷酸氨盐干粉灭火器（MF/ABC4）和手提式二氧化碳灭火器（MT7）；高低压配电间变配电间设置柜式七氟丙烷系统，为无管网灭火系统。
综上所述，全地埋污水处理厂地下箱体内的易燃气体浓度水平远低于爆炸极限，同时根据火灾风险合理设置消防设施并设置机械通风系统以及臭气收集及处理系统，整体而言消防风险较低，但是本项目的消防设计仍然严格执行相关标准及规范的要求。
05消防设计方案
5.1 建筑消防
5.1.1 建筑物防火分区划分
本项目为全地埋污水处理厂项目，属于工业建筑类别，所有建筑物火灾危险性等级分类均为戊类，全厂区设置自动喷水灭火系统、气体灭火系统等。
根据《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014,2018年版）表3.3.1及3.3.3条规定：“厂房内设置自动灭火系统时，每个防火分区的最大允许建筑面积可按本规范3.3.1条的规定增加1.0倍”，本项目防火分区严格按照 2 000m² 划分，地下1层计入防火分区面积为5 425 m²，共分为三个防火分区，防火分区面积分别为1 793 m²、1 737 m²、1 462 m²。地下一层的防火分区划分如图3所示。
图3 地下1层防火分区
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014，2018年版）表3.3.1相关规定：“厂房内的操作平台、检修平台，当使用人数少于10人平台面积可不计入所在防火分区的建筑面积内”，本项目地下2层除水处理水池外均为操作平台、检修通道，使用人数为3~9人，不计入防火分区面积。
地下厂区防火分区墙上开设的人员通行洞口均设置甲级防火门，地下厂区设备及污泥运输通道跨越防火分区部位均在防火分区墙上设置特级防火卷帘。
5.1.2 安全疏散
地下厂区地下1层每个防火分区设置一个直通地面的疏散封闭楼梯间，并在相邻防火分区墙上设置甲级防火门作为本防火分区的第二疏散口，每个防火分区内任意一点到两个疏散口的距离均在60 m以内；疏散楼梯间梯段净宽均为1.2 m。
5.1.3 消防控制室设置
消防控制室与门卫合建，采用耐火极限≥2.0 h的隔墙与其他部位隔开，消防控制室外门为乙级防火门。
5.2 水消防
根据全地埋污水处理厂的消防风险分析，地下箱体内不同部位采取的消防设施包括自动喷水灭火系统、气体灭火系统、室内外消火栓系统、灭火器和消防泵供水系统。
5.2.1 自动喷水灭火系统
本项目设有自动喷水灭火系统。为防止勿喷造成损失，采用预作用系统。预作用系统由预作用阀、水流指示器、信号蝶阀、排气阀、空压机、喷头、管道和末端试水装置等组成。
根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017），预作用系统主要设计参数见表3。
表3 自动喷水灭火系统主要设计参数
5.2.2 气体灭火系统
变配电间设置柜式七氟丙烷系统，为无管网灭火系统，由药剂钢瓶，喷嘴、启动器、泄压装置、空气呼吸器、柜体、管道、支架和配套火灾报警控制系统等组成。
5.2.3 室内外消火栓系统
本项目按地下戊类厂房考虑，建筑体积约为47 088.75 m²，室外消火栓设计流量为15 L/s，室内消火栓设计流量为10 L/s。室内消火栓采用减压稳压型消火栓，室内消火栓的布置保证每一个防火分区同层有两支水枪的充实水柱同时到达任何部位。室外消火栓采用防冻型，阀体上的自动泄水阀埋设于冰冻线以下，室外消火栓沿地面层人行通道按保护半径120 m布置。
5.2.4 灭火器
建筑物中变配电间等火灾以E类火灾为主，灭火器配置的危险等级为中危险级，选用手提式磷酸氨盐干粉灭火器（MF/ABC4）和手提式二氧化碳灭火器（MT7）。其他区域的火灾种类以A类火灾为主，危险等级为轻危险级，选用手提式磷酸氨盐干粉灭火器（MF/ABC4）。
5.2.5 消防泵房/消防水池
消火栓系统采用一套临时高压系统向本项目消防系统供水。临时高压系统设有消防主泵和稳压装置。消防主泵泵1用1备，选用1台电泵，1台柴油驱动泵。柴油箱有效容积满足6 h用量。稳压泵的运行采用全自动控制，在非火灾时由设置在稳压泵出口管线上压力开关控制稳压泵开停以保持管网压力。当管网压力下降达到设定低限压力时稳压泵开启：当管网压力达到设定高限压力时稳压泵停止。
消防泵具有控制室远程手动/自动启动、消防泵控制柜就地启动、报警阀上的压力开关启动和消防泵出口主管压力开关启动等多种启动方式。在最高建筑物屋面设置一座有效容积12 m³消防水箱，用于火灾初期的消防供水。设一座有效容积493 m³的消防水池，位于地下2层走道上方区域，以满足本次工程消防用水的要求。
5.3 电气消防
5.3.1 供电电源
消防负荷主电源引自厂区变电所中两台不同的变压器。所有消防用电，包括消防泵、稳压泵、火灾应急照明、疏散指示照明等，均双回路供电，末端自切。对重要机房的备用照明以及走道、前室的疏散照明，除采用二路电源自切外，灯具自带镍镉蓄电池，以确保供电的可靠性。备用照明应急时间不小于180 min，疏散照明应急时间不小于30 min。
5.3.2 疏散标志与应急照明
采用非集中电源集中控制型火灾应急照明及疏散指示系统，在配电间、消防泵房、强弱电间等处设置备用照明，备用照明灯具自带蓄电池，备用时间为180 min；在主要走廊、通道等处设疏散照明和疏散指示标志，灯具自带蓄电池，持续时间为30 min。
各区域火灾应急照明最低水平照度标准如下：疏散走道、一般平面疏散区域为1 lx；人员密集场所、避难层（间）疏散区域为5 lx；避难疏散区域（避难层）、竖向疏散区域为5 lx；人员密集流动疏散区域为5 lx；发生火灾时仍需正常工作的场所的备用照明应保证正常照明的照度。
5.3.3 火灾自动报警系统设计
地埋式污水厂设火灾自动报警系统。火灾报警控制器设在地上消防控制室内，采用集中报警控制系统。包括火灾自动报警系统、消防联动控制系统、火灾应急广播系统、消防直通对讲电话系统、应急照明控制系统、漏电火灾报警系统和消防设备电源监控系统。
消防自动报警系统按二总线设计：层高较高处设红外线光束感烟探测器；其余场所按规范要求设置感烟探测器。每层走道、前室设置适当数量手动报警按钮，手动报警按钮带电话插孔。在每个楼层的各楼梯口门上方0.2 m处设置声光报警装置。
5.3.4 火灾应急广播系统
火灾应急广播和公共广播共享音响装置和控制系统。当火灾发生时自动或根据消防控制室的指令手动打开相关层火灾应急广播，同时切断背景音乐。
5.4 暖通消防
5.4.1 防烟设施
楼梯间加压送风量：门开启时，达到规定风速值所需的送风量+门开启时其他门缝的漏风量。前室、合用前室加压送风量：门开启时达到规定风速时的送风量+未开启常闭送风阀门的漏风量。机械加压送风系统的设计风量不应小于计算风量的1.2倍。前室、合用前室采用机械加压送风的防烟方式，每层设一个常闭电动送风口，保持25～30 Pa的正压。
5.4.2 排烟设施
走道：长度超过20 m的内走道采用机械排烟方式。地下无窗房间：建筑面积超过50 m²，且经常有人停留的房间采用机械排烟方式。地下箱体的操作层构筑物区域无可燃气体且无人员经常停留，故不设置消防排烟系统。
5.4.3 消防补风
设置机械排烟的地下房间设置消防补风（机械或自然）。机械消防补风量不小于排烟量的50%。
5.4.4 暖通空调系统防火措施
火灾时，消防控制中心自动停止空调设备和与消防无关的通风机的运行，并根据火灾信号控制各类防排烟风机、补风设备等设施的启用。风管穿越防火分区、机房等重要房间的隔墙及楼板、变形缝、垂直风管与每层水平风管交接处的水平风管上均设70 ℃防火阀或280 ℃排烟防火阀。风管穿越机房隔墙处用柔性防火材料填实。防火阀设便于更换金属熔断器的检修口，防火阀设单独的支吊架，与风机连接的软接头采用耐火石棉帆布制作。
06结语
目前指导消防设计的国内规范主要为《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014（2018年版）），但对于全地埋污水处理厂涉及的地下箱体（主体构筑物）类的布置形式尚无明确对应的条文。从确保安全的角度出发，本项目消防设计严格按照《建筑设计防火规范》的相关规定，厂房内设置自动灭火系统，每个防火分区的面积不超过2 000 m²，该项目的消防设计已通过贵阳市建设工程施工图审查。
