【解決方案】城市綜合管廊消防標準及火災(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*從工程實踐的角度總結(jié)了火災(zāi)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(zāi)下的人員應(yīng)急措施、消防安全管理計劃和工程應(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)進展(物理現(xiàn)象和動力學(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)研究和消防實踐提供了詳細的指導(dǎo)，但都不涉及綜合管廊火災(zāi)問題。目前，對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)驗討論，近年來開始使用實驗、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)了綜合管廊燃氣火災(zāi)和爆炸安全的相關(guān)研究成果，但對綜合管廊電纜火災(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(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際應(yīng)用兩個層面總結(jié)綜合管廊火災(zāi)研究的新成果和總體進展，總結(jié)國內(nèi)外消防設(shè)計的標準要求和發(fā)展。*提出了當前綜合管廊火災(zāi)研究的不足，展望未來研究方向，為管廊消防標準體系建設(shè)、實際應(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(zāi)風(fēng)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(shè)施的建設(shè)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(shè)計理念被忽視，直到19世紀法國將巴黎的市政設(shè)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(shè)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(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(zāi)危險性

  根據(jù)綜合管廊災(zāi)害事故統(tǒng)計，地震和火災(zāi)是其面臨的兩大災(zāi)害。潛在的火災(zāi)危險類型主要包括電力電纜火災(zāi)、燃氣火災(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、非標準化作業(yè)）和可燃泄漏火災(zāi)。綜合管廊火災(zāi)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(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)研究進展

4.1綜合管廊火災(zāi)問題的特殊性

  近年來，對綜合管廊火災(zāi)問題的研究剛剛開始，國內(nèi)外學(xué)者對相關(guān)電力電纜的燃燒特性、行為和隧道火災(zāi)動力學(xué)進行了豐富的研究，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(zāi)，通常更靠近地面。

3)通風(fēng)排煙設(shè)計。交通隧道排煙設(shè)計是通過持續(xù)高*的控?zé)熀团艧?，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(fēng)排煙設(shè)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(zāi)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(fēng)排煙、檢測報警、燃氣爆炸和基礎(chǔ)火災(zāi)動力學(xué)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(zāi)時保持通風(fēng)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(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)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(fù)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(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)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(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(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設(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(shè)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(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(yù)警。

5）智能照明控制

1. 防火分區(qū)單獨控制，分區(qū)內(nèi)設(shè)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(yīng)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(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)驗和思路指導(dǎo)下，現(xiàn)階段已經(jīng)初步建立起涵蓋自動滅火、通風(fēng)排煙、探測報警、燃氣爆炸及火災(zāi)動力學(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)問題和實踐應(yīng)用2個方面，其中研究對象以綜合管廊標準段為主?；A(chǔ)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(yīng)急方案的防*效果，對其中的火災(zāi)現(xiàn)象和孕育、發(fā)展、演化規(guī)律等理論有一定的闡釋;實踐應(yīng)用的研究形式為工程經(jīng)驗探討，內(nèi)容聚焦在消防設(shè)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(shè)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(shè)和完善相應(yīng)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。