【解決方案】城市綜合管廊消防標準及火災研究

 

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，但其潛在的火災危害不容小覷。近年來，日本世田谷電纜管廊因火災不慎引發(fā)火災等多起綜合管廊火災案例；1994年至1997年，韓國發(fā)生4起短路電纜故障，造成管廊火災事故。

  公路隧道、地鐵隧道等傳統(tǒng)交通隧道的火災研究取得了一些系統(tǒng)性成果。BEAＲD等*從工程實踐的角度總結(jié)了火災探測和各種主要和被動消防策略的問題和要求，以及當前的科技發(fā)展，并對交通隧道火災下的人員應急措施、消防安全管理計劃和工程應急程序提出了建議。INGASON等重*梳理隧道火災問題的理論科學進展(物理現(xiàn)象和動力學基礎)，并引入相應的預測方法指南。這兩本書為隧道火災研究和消防實踐提供了詳細的指導，但都不涉及綜合管廊火災問題。目前，對綜合管廊等新型隧道火災的研究還處于起步階段。早期管廊火災研究內(nèi)容僅*于工程經(jīng)驗討論，近年來開始使用實驗、仿真等科學手段，探索相應的火災規(guī)律，但與成熟系統(tǒng)的交通隧道火災研究不夠完善，沒有明確綜合管廊與交通隧道火災問題和研究方法的區(qū)別。張書豪總結(jié)了綜合管廊燃氣火災和爆炸安全的相關(guān)研究成果，但對綜合管廊電纜火災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)展過程和火災風險三個角度簡要介紹了本文的研究對象，然后通過比較交通隧道火災問題，突出了綜合管廊火災問題的特殊性。然后從基本問題和實際應用兩個層面總結(jié)綜合管廊火災研究的新成果和總體進展，總結(jié)國內(nèi)外消防設計的標準要求和發(fā)展。*提出了當前綜合管廊火災研究的不足，展望未來研究方向，為管廊消防標準體系建設、實際應用研究提供參考，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)、燃氣管道、電力電纜、通信電纜、熱力管道等。

  根據(jù)管廊的管道等級、數(shù)量和運輸性質(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風險，通常將不同危險等級的管道分開放置在相互獨立的艙室內(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施的建設可以追溯到羅馬帝國時代，當時的工程師將供水管道和污水系統(tǒng)結(jié)合起來。這一設計理念被忽視，直到19世紀法國將巴黎的市政設施改造成可容納的隧道，同時容納各種管道，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)了三個階段及其特點，我國綜合管廊的建設也經(jīng)歷了四個階段。

  借鑒世界各國綜合管廊近200年的發(fā)展經(jīng)驗，穩(wěn)步推進管廊建設的啟示包括：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)范管廊建設改造；協(xié)調(diào)管廊施工時間和區(qū)域，實現(xiàn)地上地下統(tǒng)一規(guī)劃；推進新技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)、機器人、智能運維平臺）的開發(fā)利用；實現(xiàn)規(guī)劃、施工、運維全過程的綜合管理。

3.城市綜合管廊火災危險性

  根據(jù)綜合管廊災害事故統(tǒng)計，地震和火災是其面臨的兩大災害。潛在的火災危險類型主要包括電力電纜火災、燃氣火災和污水管道火災。根據(jù)綜合管廊火災案例研究，發(fā)現(xiàn)綜合管廊火災原因多樣，通常有電氣火災（短路、接觸不良、線路超載、漏電）、明火（人為入侵、非標準化作業(yè)）和可燃泄漏火災。綜合管廊火災特點為：可燃物種類多、數(shù)量大、燃燒時間長；空間有限，燃燒過程復雜；火災環(huán)境惡劣，撲救困難；影響范圍廣。

4.城市綜合管廊火災研究進展

4.1綜合管廊火災問題的特殊性

  近年來，對綜合管廊火災問題的研究剛剛開始，國內(nèi)外學者對相關(guān)電力電纜的燃燒特性、行為和隧道火災動力學進行了豐富的研究，取得了豐碩的研究成果。隧道火災的研究側(cè)重于交通隧道火災領域，其中封堵隧道火災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不超過200m的防火分區(qū)。因此，綜合管廊內(nèi)會有封堵端墻。

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)強羽流沖擊天花板的熱物理現(xiàn)象和擴散。交通隧道內(nèi)的交通工具發(fā)生火災，通常更靠近地面。

3)通風排煙設計。交通隧道排煙設計是通過持續(xù)高*的控煙和排煙，協(xié)助被困人員和車輛進行緊急疏散。綜合管廊排煙的主要目標是保證管道和結(jié)構(gòu)的安全，協(xié)助消防工作。目前，綜合管廊的通風排煙設計包括事故中的排煙模式和事故后的排煙模式。

4.2綜合管廊火災研究現(xiàn)狀

  近兩年來，在國內(nèi)外研究人員的不斷推動下，對自動滅火系統(tǒng)、通風排煙、檢測報警、燃氣爆炸和基礎火災動力學進行了深入研究。

  自動滅火系統(tǒng)的研究主要是數(shù)值模擬研究，實體試驗作為驗證。細水霧系統(tǒng)的優(yōu)異滅火效果和避免二次污染的優(yōu)點得到了理論和試驗的多次論證。需要強調(diào)的是，火災時保持通風會影響細水霧系統(tǒng)的滅火能力，促*火源區(qū)的空氣補充。細水霧系統(tǒng)滅火時，還會增加管廊天花板的煙氣濃度，降低煙氣層的高度，避免強行維修。

5 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

(1)平臺概述

  AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(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、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

(2)平臺組成

  安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深*集成的自動化平臺，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)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高*、有序的要求。

(3)平臺拓撲圖

(4)平臺子系統(tǒng)

1）電力監(jiān)控

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

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、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3）馬達監(jiān)控

  馬達監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現(xiàn)對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設置聯(lián)動控制。

4）電氣安全

  AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、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)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

5）智能照明控制

1. 防火分區(qū)單獨控制，分區(qū)內(nèi)設置智能控制面板就地驅(qū)動器；開關(guān)驅(qū)動器連接消防報警系統(tǒng)，接收消防報警信息，強制打開驅(qū)動器回路。

2. 廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進入管廊內(nèi)自動開啟燈具，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，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(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，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(qū)域的照明。

5. 系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，支持延時控制，避免同時亮燈負荷對配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng)，可獨立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能。

8相關(guān)平臺部署硬件選型清單

（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）電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

（4）消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

（5）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

（6）消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

   綜合管廊火災問題的特殊性對火災防*提出了新的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)交通隧道火災研究的經(jīng)驗和思路指導下，現(xiàn)階段已經(jīng)初步建立起涵蓋自動滅火、通風排煙、探測報警、燃氣爆炸及火災動力學等專題的新領域研究框架。

  綜合管廊火災研究可歸類為基礎問題和實踐應用2個方面，其中研究對象以綜合管廊標準段為主?；A問題的研究手段包括實體試驗和數(shù)值模擬，研究內(nèi)容聚焦在各類消防系統(tǒng)、方法和應急方案的防*效果，對其中的火災現(xiàn)象和孕育、發(fā)展、演化規(guī)律等理論有一定的闡釋;實踐應用的研究形式為工程經(jīng)驗探討，內(nèi)容聚焦在消防設計、技術(shù)比選與經(jīng)濟探討等層面，但忽視實體試驗數(shù)據(jù)的支持。

  國*、地方建設部門和一些行業(yè)協(xié)會正持續(xù)推進著我國的綜合管廊標準化進程，逐步建設和完善相應的規(guī)范體系，但對消防專項標準有所缺失。彌補這一短板，可解決當前各地消防規(guī)范要求中存在的分歧。