淺述城市綜合管廊消防標準及火災研究

時間：2024-10-09

摘要:為系統(tǒng)把握當前消防標準化及火災研究工作的成果及其不足，簡述城市綜合管廊基本概念，回顧國內(nèi)外綜合管廊發(fā)展歷程，分析綜合管廊火災危險性，論述綜合管廊火災與交通隧道火災的區(qū)別;從基礎問題和實踐應用2個層面，綜述綜合管廊火災研究的成果和總體進展;總結國內(nèi)外消防設計規(guī)范要求的差異和國內(nèi)標準的發(fā)展情況，全面展望未來綜合管廊火災研究方向。研究結果表明:基礎問題的研究方法以借鑒交通隧道領域為主，研究內(nèi)容有局限性，研究課題間聯(lián)系不緊密;實踐應用研究局限于工程經(jīng)驗探討，消防規(guī)范普遍缺乏專項標準。

關鍵詞:城市綜合管廊;消防標準;火災研究;消防設計;交通隧道

0引言

城市綜合管廊作為一類集約使用的新型隧道，提供了**管線可持續(xù)發(fā)展的新途徑，但其潛在的火災危害也不容小覷。近年來發(fā)生了多起綜合管廊火災案例，如日本世田谷電纜管廊因用火不慎釀成火災;韓國1994—1997年發(fā)生4起線纜故障短路引發(fā)管廊火災事故。

鑒于此，首先從綜合管廊基本概念、發(fā)展歷程和火災危險性3個角度簡述本文研究對象，接著通過對比交通隧道火災問題，**綜合管廊火災問題的特殊性。然后從基礎問題和實踐應用2個層面，綜述綜合管廊火災研究的*新成果和總體進展;總結國內(nèi)外消防設計的規(guī)范要求與發(fā)展情況。*后提出當前綜合管廊火災研究的不足，展望未來的研究方向，以期為管廊消防規(guī)范體系建設、開展實踐應用研究，以及**城市生命線長治久安提供參考。

1城市綜合管廊的概念

綜合管廊定義為建于城市地下用于容納2類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施，一般容納的**管線有供水管道(包括給水管道、中水管道和消防管道)、排水管道(包括雨水管道和污水管道)、燃氣管線、電力電纜、通信電纜和熱力管道等。

2城市綜合管廊的發(fā)展

建設綜合管廊來整合**設施*早可追溯到羅馬**時代，當時的工程師將給水管線和污水系統(tǒng)合并設置。該設計理念此后被忽視，直到19世紀法國將巴黎的**設施改造成可容人通過的隧道，同時容納多種管線，現(xiàn)代管廊系統(tǒng)的雛形由此誕生。此后綜合管廊在**得到飛速的發(fā)展。張竹村梳理了世界綜合管廊發(fā)展史后總結出3個階段及其特點，我國綜合管廊建設也經(jīng)歷了4個階段。

3城市綜合管廊的火災危險性

根據(jù)綜合管廊災害事故統(tǒng)計，地震和火災是其面臨的2大主要災害。潛在的火災危險類型主要有電力電纜火災、燃氣火災和污水管道火災等。基于綜合管廊火災案例研究，發(fā)現(xiàn)綜合管廊內(nèi)起火原因多樣，通常有電氣火災(短路、接觸不良、線路超負荷和漏電)、明火火災(人為入侵、非標準化作業(yè))和可燃物泄漏火災。綜合管廊火災特點為:可燃物種類多，數(shù)量大，燃燒時間長;空間受限，燃燒過程復雜;火場環(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基礎問題研究

4.1.1綜合管廊火災問題的特殊性

近年來，針對綜合管廊火災問題的研究剛起步，而之前國內(nèi)外學者已在相關的電力電纜燃燒特性及行為和隧道火災動力學等方向開展了豐富的研究，**了豐碩的研究成果。對隧道火災的研究，著重于交通隧道火災領域，其中封堵隧道火災這類場景與綜合管廊存在相似之處，但綜合管廊作為一類特殊的**隧道，與隧道在以下方面仍有所區(qū)別。

1)管廊結構。綜合管廊的斷面尺寸相比公路隧道通常更小，我國每個艙室根據(jù)規(guī)范劃分為多個不超過200m的*分區(qū)，因此，綜合管廊內(nèi)會存在封堵端墻。

2)可燃物種類及布置。管廊內(nèi)可燃物如高壓電纜和通信線纜，一般自頂棚至地面以一定間距成層布置，誘發(fā)強羽流撞擊頂棚的熱物理現(xiàn)象以及蔓延擴大。交通隧道內(nèi)的交通工具發(fā)生火災，一般更貼近地面。

4.1.2綜合管廊火災研究現(xiàn)狀

近2年，在國內(nèi)外研究者的持續(xù)推動下，深層次研究自動滅火系統(tǒng)、通風排煙、探測報警、燃氣爆炸及基礎火災動力學。

自動滅火系統(tǒng)的研究基本以數(shù)值模擬研究為主，實體試驗作為驗證。細水霧系統(tǒng)優(yōu)異的滅火效果和避免2次污染的優(yōu)勢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)滅火能力，促進火源區(qū)的空氣補充。細水霧系統(tǒng)滅火時也會使管廊頂棚煙氣濃度增加，降低煙氣層高度，需避免強行搶修。

事故中通風模式研究中，劉浩男等認為，管廊火災臨界風速符合煙氣逆流長度經(jīng)典經(jīng)驗公式。也有學者從煙氣層的溫度和一氧化碳濃度角度判定當換氣率達到11.8次/h時，煙氣層具有足夠的穩(wěn)定性，不會對人造成很大傷害，風速達到5m/s時，會出現(xiàn)吸穿現(xiàn)象；如果關閉*門，則機械進、排風模式是*佳安全模式，如打開*門，則自然進風、機械排風模式*安全。在電力艙事故后排煙研究中，郝冠宇論證了綜合管廊滅火采用密閉自熄的方式是有效可行的；1進1排比1進2排的模式有利于提高排煙效果。陳立清建議采用機械進風和排風或采用自然進風\機械排風。工程實踐中，黃勝元等提出非燃氣艙將2個*分區(qū)作為獨立通風區(qū)間的方案，減少地面通風口數(shù)量，降低工程造價，減小日常維護管理，但未作試驗論證。

4.1.3我們的相關研究

通過近年來的研究，**的主要成果包括:

1)自行研制1∶8城市綜合管廊火災試驗平臺。

2)自主發(fā)明了1種熱煙試驗發(fā)煙系統(tǒng)和1種基于光流技術的煙氣二維速度場測量方法。

3)研究了管廊常用10kV阻燃電纜的燃燒特性及行為，定量分析了管廊內(nèi)燃燒強化現(xiàn)象。

4)建立了頂棚射流*高溫度的縱向衰減預測模型，并重新判定了Delichatsios高估的斯坦頓數(shù);數(shù)學表征了豎直溫度分布的自相似性;整合2個維度(縱向、豎向)，建立了綜合管廊火災強羽流驅動的頂棚射流二維溫度場的經(jīng)驗性預測框架。

5)針對一端強制通風導致火源的熱釋放速率增大的現(xiàn)象，開展了考慮環(huán)境風下羽流特性的綜合管廊事故中排煙模式的優(yōu)化研究和事故后排煙模式研究，實踐論證了相鄰2個*分區(qū)設置通風區(qū)間的可行性。正在進行和未來的研究方向包括:密閉環(huán)境下的電纜火災動力學、通風等邊界條件介入后的較端火行為、綜合管廊*優(yōu)通風排煙策略及智能化控制、綜合管廊機器人智慧探測方法等。

4.2實踐應用研究

1999年，CANTO-PEＲELLO等梳理了綜合管廊的發(fā)展歷史，探討了管廊在可持續(xù)發(fā)展中的關鍵作用和可行性。同時提出管廊日常運營時在消防安全方面需要注意的要求。隨后，建立了一種結合彩色編碼尺度、德爾菲法和層次分析法的*系統(tǒng)，為管線的安全系統(tǒng)規(guī)劃決策提供支持。

管廊發(fā)展初期，工程師也從自身經(jīng)驗對消防設計提出意見:在初期火災時可設置*配置點，還可配置推車式干粉*進行防護冷卻滅火;提倡使用高壓細水霧系統(tǒng)保護電纜。2012年，綜合管廊國家標準、發(fā)布前(盡管其對消防系統(tǒng)要求條文也比較簡單，依賴設計者自己分析把握)，對于消防滅火系統(tǒng)各地的消防審批部門有不同的做法，*分區(qū)甚至有劃分到300～900m。

綜合管廊自動滅火系統(tǒng)通常有水噴霧、細水霧、超細干粉、氣溶膠等多種。目前有2大趨勢:

用超細干粉滅火系統(tǒng)取代傳統(tǒng)S型氣溶膠;

②高壓細水霧滅火系統(tǒng)取代水噴霧滅火系統(tǒng)。TOMAＲ同樣認為技術性能高壓細水霧具備優(yōu)勢，目前爭議點在于1套系統(tǒng)到底能保護多少個防護區(qū)。

監(jiān)控與探測方面，越來越多的學者和設計單位考慮選用光纖傳感技術。1997年，ISHII等論證了管廊內(nèi)應用光纖進行溫度探測的可行性。王鵬等認為如考慮溫度報警及時性及規(guī)范支持，使用光纖光柵測溫技術;如更多考慮報警準確性、可靠性及后期維護費用，建議使用分布式光纖測溫;如考慮初始造價，建議采用感溫電纜。戴文濤建議電力艙接頭區(qū)采用非接觸纜式線型感溫火災探測器;謝軍提出綜合管廊群監(jiān)控概念。

未來的管控需要應用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術，搭建實時共享、仿真及分析功能的綜合管廊可視化管理平臺，納入智能消防應急疏散系統(tǒng)，開發(fā)巡檢機器人補充甚至代替人員巡檢。

5城市綜合管廊消防規(guī)范要求

我國在統(tǒng)籌、指導新建、擴建和改建的綜合管廊指南是《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838—2015)(簡稱新版)。在消防安全方面，相對于《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838—2012)(簡稱舊版)，新版規(guī)定更明確，同時體現(xiàn)了規(guī)劃**、適度超前、因地制宜、統(tǒng)籌兼顧的原則。

世界范圍內(nèi)，綜合管廊的消防設計應根據(jù)國情和實踐情況研究制定，當涉及具體消防設計時，不同的規(guī)范要求，乃至工程實施存在較大差異。在結構設計上，類似我國要求，西班牙Lezkairu綜合管廊工程、卡塔爾Lusail城市綜合管廊采用*墻結合*門劃分*分區(qū)。但Lezkairu管廊分區(qū)長度達到400m;韓國20世紀建造的管廊甚至不設*分區(qū)，某些研究者提出的建議也是*低500m。阿布扎比管廊設計手冊指出*墻的設置根據(jù)地方當局的要求，可能需要，并非強制。中國閩臺的《共同管道工程設計規(guī)范》也未對設置*分區(qū)作出明確要求。通風排煙設計上，我國推拉型縱向通風方式與日本的要求以及其他多數(shù)國家的實際案例基本一致。印度不設置*分區(qū)，采用更為經(jīng)濟的射流風機形式。相比我國執(zhí)行事故后機械排煙，西班牙、馬來西亞則依據(jù)煙氣探測自動觸發(fā)排煙系統(tǒng)，進行火災事故中排煙。Lezkairu管廊要求排煙風機在400℃以內(nèi)持續(xù)工作2h。

近年來，我國連續(xù)發(fā)布了《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》、《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)工程技術標準》、《城市地下綜合管廊建設規(guī)劃技術導則》和《城市地下綜合管廊運行維護及安全技術標準》，與此同時，一些行業(yè)協(xié)會，如中國工程建設標準化協(xié)會牽頭制定《城市地下綜合管廊管線工程技術規(guī)程》、《裝配式鋼結構地下綜合管廊工程技術規(guī)程》也正在編制，推動綜合管廊規(guī)范化進程。中國工程協(xié)會也立項了《城市綜合管廊消防設施技術規(guī)程》和《城市綜合管廊通風設施技術規(guī)程》等專業(yè)標準編制。

地方層面，各省級甚至地級市建設部門都在修訂適宜當?shù)貙嵤┑木C合管廊規(guī)程，統(tǒng)計見表1。

表1我國地方綜合管廊工程設計地方標準

*近，海南省和深圳市分別頒布了《城市綜合管廊消防安全技術規(guī)程》、《城市綜合管廊消防系統(tǒng)工程技術規(guī)范》(征求意見稿)，這是目前僅有的專業(yè)消防規(guī)范。

6研究不足與展望

綜合管廊火災研究在各國學者的緊密推動下，已經(jīng)**了初步的成果，相關消防標準的制定也具備一定的發(fā)展，其中存在的不足分析如下:

1)綜合管廊的基礎火災問題的研究思路以借鑒傳統(tǒng)交通隧道的成果為主，適用性很少得到充分的論證，研究內(nèi)容還停留在對防滅火效果的驗證、比選以及模型修正階段，缺乏對綜合管廊火災態(tài)勢演化機制的新理論支撐，沒有形成系統(tǒng)、嚴密、完善的工程指南。

2)綜合管廊的實踐應用研究很大程度依賴于工程師的設計經(jīng)驗，缺乏可供參考的綜合管廊試驗數(shù)據(jù)支持，也鮮有*新信息技術的應用。消防工程設計中出現(xiàn)的難題很少得到基礎科學研究領域的關注。

3)綜合管廊特殊部位的火災問題很少受到關注。

4)綜合管廊的消防規(guī)范標準不完善，專業(yè)消防規(guī)范十分有限。

著眼于這些研究存在的不足和當下綜合管廊消防標準進程的思考，筆者認為未來的研究應著重考慮以下方向:

1)綜合管廊結構標準段優(yōu)化。主要包括管廊標準段的截面，擴大*分區(qū)和擴大通風分區(qū)，對于圓形、矩形截面的管廊研究不能互相套用結論。是否存在一個高度、寬度范圍，可繼續(xù)挖掘。*分區(qū)的擴大，需要全面綜合考慮，擴大、合并通風分區(qū)，開啟通風區(qū)間中間的逃生井蓋作為火災臨時自然進風口，如何改進能夠充分滿足消防排煙要求還需要研究探討。

7 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、高效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、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)是一個深度集成的自動化平臺，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)、*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、高效、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。

結語

綜合管廊火災問題的特殊性對火災防治提出了新的挑戰(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。

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詞條
詞條說明
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