【解决方案】城市综合管廊消防标准及火灾研究

 

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  城市综合管廊作为一种集约化使用的新型隧道，为市政管道的可持续发展提供了新的途径，但其潜在的火灾危害不容小觑。近年来，日本世田谷电缆管廊因火灾不慎引发火灾等多起综合管廊火灾案例；1994年至1997年，韩国发生4起短路电缆故障，造成管廊火灾事故。

  公路隧道、地铁隧道等传统交通隧道的火灾研究取得了一些系统性成果。BEAＲD等*从工程实践的角度总结了火灾探测和各种主要和被动消防策略的问题和要求，以及当前的科技发展，并对交通隧道火灾下的人员应急措施、消防安全管理计划和工程应急程序提出了建议。INGASON等重*梳理隧道火灾问题的理论科学进展(物理现象和动力学基础)，并引入相应的预测方法指南。这两本书为隧道火灾研究和消防实践提供了详细的指导，但都不涉及综合管廊火灾问题。目前，对综合管廊等新型隧道火灾的研究还处于起步阶段。早期管廊火灾研究内容仅*于工程经验讨论，近年来开始使用实验、仿真等科学手段，探索相应的火灾规律，但与成熟系统的交通隧道火灾研究不够完善，没有明确综合管廊与交通隧道火灾问题和研究方法的区别。张书豪总结了综合管廊燃气火灾和爆炸安全的相关研究成果，但对综合管廊电缆火灾的研究成果缺乏总结和讨论。

  鉴于此，首先从综合管廊的基本概念、发展过程和火灾风险三个角度简要介绍了本文的研究对象，然后通过比较交通隧道火灾问题，突出了综合管廊火灾问题的特殊性。然后从基本问题和实际应用两个层面总结综合管廊火灾研究的新成果和总体进展，总结国内外消防设计的标准要求和发展。*提出了当前综合管廊火灾研究的不足，展望未来研究方向，为管廊消防标准体系建设、实际应用研究提供参考，确保城市生命线的长期安全。

1城市综合管廊概念

  综合管廊定义为建在城市地下容纳2类及以上城市工程管道的结构及附属设施。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)、燃气管道、电力电缆、通信电缆、热力管道等。

  根据管廊的管道等级、数量和运输性质，可分为干线综合管廊、支线综合管廊和电缆管廊。根据不同的工程条件，综合管廊可采用矩形段、圆形段、马蹄形段等形式。综合管廊所包含的管道具有不同的火灾风险，通常将不同危险等级的管道分开放置在相互独立的舱室内，并使用具有一定耐火*限的不燃结构来分隔不同的舱室。因此，也可根据舱室数量分为单舱综合管廊、双舱综合管廊和多舱综合管廊。

2.城市综合管廊的发展

  综合管廊整合市政设施的建设可以追溯到罗马帝国时代，当时的工程师将供水管道和污水系统结合起来。这一设计理念被忽视，直到19世纪法国将巴黎的市政设施改造成可容纳的隧道，同时容纳各种管道，从而诞生了现代管廊系统的雏形。此后，综合管廊在世界各国迅速发展。张竹村梳理了世界综合管廊的发展历史，总结了三个阶段及其特点，我国综合管廊的建设也经历了四个阶段。

  借鉴世界各国综合管廊近200年的发展经验，稳步推进管廊建设的启示包括：充分借鉴欧洲模式和日本模式，促*绿色发展；完善法律法规体系，规范管廊建设改造；协调管廊施工时间和区域，实现地上地下统一规划；推进新技术（大数据、物联网、建筑信息模型、地理信息系统、机器人、智能运维平台）的开发利用；实现规划、施工、运维全过程的综合管理。

3.城市综合管廊火灾危险性

  根据综合管廊灾害事故统计，地震和火灾是其面临的两大灾害。潜在的火灾危险类型主要包括电力电缆火灾、燃气火灾和污水管道火灾。根据综合管廊火灾案例研究，发现综合管廊火灾原因多样，通常有电气火灾（短路、接触不良、线路超载、漏电）、明火（人为入侵、非标准化作业）和可燃泄漏火灾。综合管廊火灾特点为：可燃物种类多、数量大、燃烧时间长；空间有限，燃烧过程复杂；火灾环境恶劣，扑救困难；影响范围广。

4.城市综合管廊火灾研究进展

4.1综合管廊火灾问题的特殊性

  近年来，对综合管廊火灾问题的研究刚刚开始，国内外学者对相关电力电缆的燃烧特性、行为和隧道火灾动力学进行了丰富的研究，取得了丰硕的研究成果。隧道火灾的研究侧重于交通隧道火灾领域，其中封堵隧道火灾的场景与综合管廊相似，但综合管廊作为一种特殊的市政隧道，在以下方面仍不同于隧道。

1）管廊结构。综合管廊的截面尺寸通常小于公路隧道。根据规范，我国各舱室分为多个不超过200m的防火分区。因此，综合管廊内会有封堵端墙。

2)可燃物的类型和布局。管廊内的高压电缆、通信电缆等可燃物一般从天花板到地面分层布置，容易诱发强羽流冲击天花板的热物理现象和扩散。交通隧道内的交通工具发生火灾，通常更靠近地面。

3)通风排烟设计。交通隧道排烟设计是通过持续高*的控烟和排烟，协助被困人员和车辆进行紧急疏散。综合管廊排烟的主要目标是保证管道和结构的安全，协助消防工作。目前，综合管廊的通风排烟设计包括事故中的排烟模式和事故后的排烟模式。

4.2综合管廊火灾研究现状

  近两年来，在国内外研究人员的不断推动下，对自动灭火系统、通风排烟、检测报警、燃气爆炸和基础火灾动力学进行了深入研究。

  自动灭火系统的研究主要是数值模拟研究，实体试验作为验证。细水雾系统的优异灭火效果和避免二次污染的优点得到了理论和试验的多次论证。需要强调的是，火灾时保持通风会影响细水雾系统的灭火能力，促*火源区的空气补充。细水雾系统灭火时，还会增加管廊天花板的烟气浓度，降低烟气层的高度，避免强行维修。

5 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

(1)平台概述

  AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高*的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

(2)平台组成

  安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深*集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高*、有序的要求。

(3)平台拓扑图

(4)平台子系统

1）电力监控

  电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

2）环境监测

  环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

3）马达监控

  马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。

4）电气安全

  AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

5）智能照明控制

1. 防火分区单独控制，分区内设置智能控制面板就地驱动器；开关驱动器连接消防报警系统，接收消防报警信息，强制打开驱动器回路。

2. 廊内上方安装智能照明传感器，使人员进入管廊内自动开启灯具，在管廊内停留灯具保持常亮，离开后灯具关闭。

3. 除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。

4. 考虑现场模块分布较广，距离过长，除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。

5. 系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，支持延时控制，避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统，可独立工作，每个模块均自带时间模块，可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。

8相关平台部署硬件选型清单

（1）电力监控及配电室环境监控系统

（2）智能照明系统

（3）电气火灾监控系统

（4）消防设备电源监控系统

（5）防火门监控系统

（6）消防应急照明和疏散指示系统

   综合管廊火灾问题的特殊性对火灾防*提出了新的挑战。在传统交通隧道火灾研究的经验和思路指导下，现阶段已经初步建立起涵盖自动灭火、通风排烟、探测报警、燃气爆炸及火灾动力学等专题的新领域研究框架。

  综合管廊火灾研究可归类为基础问题和实践应用2个方面，其中研究对象以综合管廊标准段为主。基础问题的研究手段包括实体试验和数值模拟，研究内容聚焦在各类消防系统、方法和应急方案的防*效果，对其中的火灾现象和孕育、发展、演化规律等理论有一定的阐释;实践应用的研究形式为工程经验探讨，内容聚焦在消防设计、技术比选与经济探讨等层面，但忽视实体试验数据的支持。

  国*、地方建设部门和一些行业协会正持续推进着我国的综合管廊标准化进程，逐步建设和完善相应的规范体系，但对消防专项标准有所缺失。弥补这一短板，可解决当前各地消防规范要求中存在的分歧。