【解決方案】城市綜合管廊消防標(biāo)準(zhǔn)及火災(zāi)研究

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  城市綜合管廊作為一種集約化使用的新型隧道，為市政管道的可持續(xù)發(fā)展提供了新的途徑，但其潛在的火災(zāi)危害不容小覷。近年來，日本世田谷電纜管廊因火災(zāi)不慎引發(fā)火災(zāi)等多起綜合管廊火災(zāi)案例；1994年至1997年，韓國發(fā)生4起短路電纜故障，造成管廊火災(zāi)事故。

  公路隧道、地鐵隧道等傳統(tǒng)交通隧道的火災(zāi)研究取得了一些系統(tǒng)性成果。BEAＲD等*從工程實(shí)踐的角度總結(jié)了火災(zāi)探測和各種主要和被動(dòng)消防策略的問題和要求，以及當(dāng)前的科技發(fā)展，并對(duì)交通隧道火災(zāi)下的人員應(yīng)急措施、消防安全管理計(jì)劃和工程應(yīng)急程序提出了建議。INGASON等重*梳理隧道火災(zāi)問題的理論科學(xué)進(jìn)展(物理現(xiàn)象和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ))，并引入相應(yīng)的預(yù)測方法指南。這兩本書為隧道火災(zāi)研究和消防實(shí)踐提供了詳細(xì)的指導(dǎo)，但都不涉及綜合管廊火災(zāi)問題。目前，對(duì)綜合管廊等新型隧道火災(zāi)的研究還處于起步階段。早期管廊火災(zāi)研究內(nèi)容僅*于工程經(jīng)驗(yàn)討論，近年來開始使用實(shí)驗(yàn)、仿真等科學(xué)手段，探索相應(yīng)的火災(zāi)規(guī)律，但與成熟系統(tǒng)的交通隧道火災(zāi)研究不夠完善，沒有明確綜合管廊與交通隧道火災(zāi)問題和研究方法的區(qū)別。張書豪總結(jié)了綜合管廊燃?xì)饣馂?zāi)和爆炸安全的相關(guān)研究成果，但對(duì)綜合管廊電纜火災(zāi)的研究成果缺乏總結(jié)和討論。

  鑒于此，首先從綜合管廊的基本概念、發(fā)展過程和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)角度簡要介紹了本文的研究對(duì)象，然后通過比較交通隧道火災(zāi)問題，突出了綜合管廊火災(zāi)問題的特殊性。然后從基本問題和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)層面總結(jié)綜合管廊火災(zāi)研究的新成果和總體進(jìn)展，總結(jié)國內(nèi)外消防設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求和發(fā)展。*提出了當(dāng)前綜合管廊火災(zāi)研究的不足，展望未來研究方向，為管廊消防標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、實(shí)際應(yīng)用研究提供參考，確保城市生命線的長期安全。

1城市綜合管廊概念

  綜合管廊定義為建在城市地下容納2類及以上城市工程管道的結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施。一般市政管道包括供水管道（包括供水管道、中水管道和消防管道）、排水管(含雨水管和污水管)、燃?xì)夤艿馈㈦娏﹄娎|、通信電纜、熱力管道等。

  根據(jù)管廊的管道等級(jí)、數(shù)量和運(yùn)輸性質(zhì)，可分為干線綜合管廊、支線綜合管廊和電纜管廊。根據(jù)不同的工程條件，綜合管廊可采用矩形段、圓形段、馬蹄形段等形式。綜合管廊所包含的管道具有不同的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，通常將不同危險(xiǎn)等級(jí)的管道分開放置在相互獨(dú)立的艙室內(nèi)，并使用具有一定耐火*限的不燃結(jié)構(gòu)來分隔不同的艙室。因此，也可根據(jù)艙室數(shù)量分為單艙綜合管廊、雙艙綜合管廊和多艙綜合管廊。

2.城市綜合管廊的發(fā)展

  綜合管廊整合市政設(shè)施的建設(shè)可以追溯到羅馬帝國時(shí)代，當(dāng)時(shí)的工程師將供水管道和污水系統(tǒng)結(jié)合起來。這一設(shè)計(jì)理念被忽視，直到19世紀(jì)法國將巴黎的市政設(shè)施改造成可容納的隧道，同時(shí)容納各種管道，從而誕生了現(xiàn)代管廊系統(tǒng)的雛形。此后，綜合管廊在世界各國迅速發(fā)展。張竹村梳理了世界綜合管廊的發(fā)展歷史，總結(jié)了三個(gè)階段及其特點(diǎn)，我國綜合管廊的建設(shè)也經(jīng)歷了四個(gè)階段。

  借鑒世界各國綜合管廊近200年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)步推進(jìn)管廊建設(shè)的啟示包括：充分借鑒歐洲模式和日本模式，促*綠色發(fā)展；完善法律法規(guī)體系，規(guī)范管廊建設(shè)改造；協(xié)調(diào)管廊施工時(shí)間和區(qū)域，實(shí)現(xiàn)地上地下統(tǒng)一規(guī)劃；推進(jìn)新技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)、機(jī)器人、智能運(yùn)維平臺(tái)）的開發(fā)利用；實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、施工、運(yùn)維全過程的綜合管理。

3.城市綜合管廊火災(zāi)危險(xiǎn)性

  根據(jù)綜合管廊災(zāi)害事故統(tǒng)計(jì)，地震和火災(zāi)是其面臨的兩大災(zāi)害。潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)類型主要包括電力電纜火災(zāi)、燃?xì)饣馂?zāi)和污水管道火災(zāi)。根據(jù)綜合管廊火災(zāi)案例研究，發(fā)現(xiàn)綜合管廊火災(zāi)原因多樣，通常有電氣火災(zāi)（短路、接觸不良、線路超載、漏電）、明火（人為入侵、非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)）和可燃泄漏火災(zāi)。綜合管廊火災(zāi)特點(diǎn)為：可燃物種類多、數(shù)量大、燃燒時(shí)間長；空間有限，燃燒過程復(fù)雜；火災(zāi)環(huán)境惡劣，撲救困難；影響范圍廣。

4.城市綜合管廊火災(zāi)研究進(jìn)展

4.1綜合管廊火災(zāi)問題的特殊性

  近年來，對(duì)綜合管廊火災(zāi)問題的研究剛剛開始，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)相關(guān)電力電纜的燃燒特性、行為和隧道火災(zāi)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了豐富的研究，取得了豐碩的研究成果。隧道火災(zāi)的研究側(cè)重于交通隧道火災(zāi)領(lǐng)域，其中封堵隧道火災(zāi)的場景與綜合管廊相似，但綜合管廊作為一種特殊的市政隧道，在以下方面仍不同于隧道。

1）管廊結(jié)構(gòu)。綜合管廊的截面尺寸通常小于公路隧道。根據(jù)規(guī)范，我國各艙室分為多個(gè)不超過200m的防火分區(qū)。因此，綜合管廊內(nèi)會(huì)有封堵端墻。

2)可燃物的類型和布局。管廊內(nèi)的高壓電纜、通信電纜等可燃物一般從天花板到地面分層布置，容易誘發(fā)強(qiáng)羽流沖擊天花板的熱物理現(xiàn)象和擴(kuò)散。交通隧道內(nèi)的交通工具發(fā)生火災(zāi)，通常更靠近地面。

3)通風(fēng)排煙設(shè)計(jì)。交通隧道排煙設(shè)計(jì)是通過持續(xù)高*的控?zé)熀团艧煟瑓f(xié)助被困人員和車輛進(jìn)行緊急疏散。綜合管廊排煙的主要目標(biāo)是保證管道和結(jié)構(gòu)的安全，協(xié)助消防工作。目前，綜合管廊的通風(fēng)排煙設(shè)計(jì)包括事故中的排煙模式和事故后的排煙模式。

4.2綜合管廊火災(zāi)研究現(xiàn)狀

  近兩年來，在國內(nèi)外研究人員的不斷推動(dòng)下，對(duì)自動(dòng)滅火系統(tǒng)、通風(fēng)排煙、檢測報(bào)警、燃?xì)獗ê突A(chǔ)火災(zāi)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入研究。

  自動(dòng)滅火系統(tǒng)的研究主要是數(shù)值模擬研究，實(shí)體試驗(yàn)作為驗(yàn)證。細(xì)水霧系統(tǒng)的優(yōu)異滅火效果和避免二次污染的優(yōu)點(diǎn)得到了理論和試驗(yàn)的多次論證。需要強(qiáng)調(diào)的是，火災(zāi)時(shí)保持通風(fēng)會(huì)影響細(xì)水霧系統(tǒng)的滅火能力，促*火源區(qū)的空氣補(bǔ)充。細(xì)水霧系統(tǒng)滅火時(shí)，還會(huì)增加管廊天花板的煙氣濃度，降低煙氣層的高度，避免強(qiáng)行維修。

5 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)

(1)平臺(tái)概述

  AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高*的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

(2)平臺(tái)組成

  安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深*集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高*、有序的要求。

(3)平臺(tái)拓?fù)鋱D

(4)平臺(tái)子系統(tǒng)

1）電力監(jiān)控

  電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

2）環(huán)境監(jiān)測

  環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3）馬達(dá)監(jiān)控

  馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測和報(bào)警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制。

4）電氣安全

  AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

5）智能照明控制

1. 防火分區(qū)單獨(dú)控制，分區(qū)內(nèi)設(shè)置智能控制面板就地驅(qū)動(dòng)器；開關(guān)驅(qū)動(dòng)器連接消防報(bào)警系統(tǒng)，接收消防報(bào)警信息，強(qiáng)制打開驅(qū)動(dòng)器回路。

2. 廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進(jìn)入管廊內(nèi)自動(dòng)開啟燈具，在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮，離開后燈具關(guān)閉。

3. 除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時(shí)可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。

4. 考慮現(xiàn)場模塊分布較廣，距離過長，除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時(shí)可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。

5. 系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，支持延時(shí)控制，避免同時(shí)亮燈負(fù)荷對(duì)配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng)，可獨(dú)立工作，每個(gè)模塊均自帶時(shí)間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

8相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

（1）電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

（2）智能照明系統(tǒng)

（3）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

（4）消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

（5）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

（6）消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

   綜合管廊火災(zāi)問題的特殊性對(duì)火災(zāi)防*提出了新的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)交通隧道火災(zāi)研究的經(jīng)驗(yàn)和思路指導(dǎo)下，現(xiàn)階段已經(jīng)初步建立起涵蓋自動(dòng)滅火、通風(fēng)排煙、探測報(bào)警、燃?xì)獗盎馂?zāi)動(dòng)力學(xué)等專題的新領(lǐng)域研究框架。

  綜合管廊火災(zāi)研究可歸類為基礎(chǔ)問題和實(shí)踐應(yīng)用2個(gè)方面，其中研究對(duì)象以綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段為主。基礎(chǔ)問題的研究手段包括實(shí)體試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究內(nèi)容聚焦在各類消防系統(tǒng)、方法和應(yīng)急方案的防*效果，對(duì)其中的火災(zāi)現(xiàn)象和孕育、發(fā)展、演化規(guī)律等理論有一定的闡釋;實(shí)踐應(yīng)用的研究形式為工程經(jīng)驗(yàn)探討，內(nèi)容聚焦在消防設(shè)計(jì)、技術(shù)比選與經(jīng)濟(jì)探討等層面，但忽視實(shí)體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

  國*、地方建設(shè)部門和一些行業(yè)協(xié)會(huì)正持續(xù)推進(jìn)著我國的綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，逐步建設(shè)和完善相應(yīng)的規(guī)范體系，但對(duì)消防專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)有所缺失。彌補(bǔ)這一短板，可解決當(dāng)前各地消防規(guī)范要求中存在的分歧。