淺談地下城市綜合管廊抗火構造與消防系統(tǒng)設計研究

淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要: 地下綜合管廊是一種整體隧道結(jié)構，其中容納了地面以及地下的各種公用管線，并將城市電力、熱力、通訊以及給排水等管線進行集約化管理。本文將對管廊抗火構造和管線設計進行分析，并在此基礎上就消防設計，談一下自己的觀點和認識，僅供參考。
關鍵詞：管廊抗火構造 地下城市消防設計研究 消防系統(tǒng)

1、引言
       地下城市綜合管廊，能夠有效消除電信、電力以及視頻線路在市政上空蛛網(wǎng)式的布置弊端，而且還有效地解決了建筑結(jié)構周圍影響消防、曲臂車輛動作障礙等問題。不僅可以避免路面重復挖掘現(xiàn)象，而且還確保了道路暢通，對于美化城市環(huán)境、解決管線建設和管理混亂問題，具有一定的現(xiàn)實意義。

2、管廊抗火構造設計
       地下城市綜合管廊，多為鋼筋混凝土結(jié)構、墻板結(jié)構等，以單雙艙、多艙形式為眾，通常設計成圓形、矩形以及半圓狀構造，如圖1所示。

圖1單艙與雙艙共同溝示意圖

       對于管廊而言，其構造設計時，應當注意抗火性能，建議選用不燃體，而且耐火至少2小時，檢查井的耐火等級不低于二級。在管廊抗火設計時，其中按每200米的距離布設防火分區(qū)，而且每隔大約200米的距離設防火墻以及防火門和阻火包等。預留檢查口以及疏散通道中，應當布設排水、通風系統(tǒng)。若管廊是鋼筋混凝土結(jié)構，則著火時表面溫度超過150~200攝氏度，會出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象?；趯馂臅r管廊結(jié)構強度下降考慮，可能會出現(xiàn)垮塌、損壞等現(xiàn)象，嚴重影響檢查人員安全疏散，而且對消防救援造成了不利影響。針對這一現(xiàn)象，低標混凝土表面的溫度應當控制在380攝氏度以內(nèi)，高標混凝土的表面溫度在250攝氏度以內(nèi)。

3、地下城市綜合管廊消防設計思路
       雖然地下城市綜合管廊中發(fā)生火災的概率非常小，但是綜合管廊中敷設的線路是非常重要的，直接關系著人們的生活、工作以及生產(chǎn)等，一旦出現(xiàn)火災事故，則必然會對社會以及經(jīng)濟秩序的發(fā)展造成不利影響，甚至造成人員傷亡。然而，國內(nèi)地下城市綜合管廊建設規(guī)范出臺 的相對較晚，尤其是消防設計規(guī)范還不夠健全?！冻鞘芯C合管廊工程技術規(guī)范》中，對綜合管廊消防設計給出了一些規(guī)定，然消防設計條文仍較簡單，安全設計與具體設計，主要依賴于設計人員的分析和把握。

3.1 設計思路概述一一以濟南市二環(huán)西路綜合管廊為例
       地下城市綜合管廊，是解決線路亂敷設的有效途徑。以濟南市二環(huán)西路綜合管廊為例，目前已建成通車的二環(huán)西路高架路東側(cè)地面輔道下，南起經(jīng)十路，北至濱河南路，全長度6009米，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構，寬度和高度分別是& 3米和4四米，管廊中敷設了熱力、給水、中水以及電力和通信等五類綜合管線，及消防、照明、監(jiān)控、排水、通風、安全標識等配套設施，并設有檢修車通道等，如圖2所示。
如圖2所示，該綜合管廊中安置了熱力、給水、排水以及弱電和電力等多種管道，對這些管道進行檢測、管理，日后可通過智能化管理進行及時的檢測。通過構建綜合管廊智能化監(jiān)控系統(tǒng)，利用先進的自動控制技術，實現(xiàn)實時采集綜合管廊內(nèi)的供水、供熱等管線指標，進行實時檢測，并快速發(fā)現(xiàn)管線的異常情況，避免供水、供熱管網(wǎng)爆管、電纜發(fā)熱起火等事件的發(fā)生。更為重要的是，還要對綜合管廊進行消防設計，做好消防安全防范工作。

圖2濟南二環(huán)西路綜合管廊

       地下城市綜合管廊中，存在著很多的可燃物，比如電纜、管線以及光纜等從，從上圖中也可以看到。電纜的主要構成是導體、保護包皮以及絕緣層三部分，目前國內(nèi)多采用聚氯乙烯電纜以及橡膠電纜等。對于光纜而言，其構成主要是塑料外皮、光導纖維以及塑料保護套管。相間以及對地短路、線路過載與接觸不良等，都可能會造成電纜著火。對于敷設較為密集的電纜而言，當廊道中著火時，火災會產(chǎn)生大量的熱量，并在較短的時間內(nèi)難以擴散，因此會導致綜合管廊中的溫度快速升高。管廊中電線電纜的布置層疊集中，若上層電線電纜發(fā)生火災，聚氯乙烯以及橡膠等材料就會被高溫化，然后滴下來的融化物很快就會將火焰蔓延至下層光纜、電纜以及管線。當管廊下層的電纜著火時，熱 煙氣以及熱輻射等，就會很快對上層線路造成影響。地下城市綜合管廊中內(nèi)發(fā)生火災事故時，如果不及時采取有效的措施控制，則會對當周圍的環(huán)境造成不利影響。對于集中敷設了管線的地下綜合管廊而言 發(fā)生火災時，主要表現(xiàn)出以下特點。一，火勢比較猛烈，而且燃燒的速度也比較快。管廊前后是貫通的，而且電纜敷設較為密集，如上圖所示，一旦發(fā)生火災，電纜就會形成火流，蔓延至鄰區(qū)，以致于火勢沿電纜迅速擴散。二，撲救困難。當電纜燃燒時，會產(chǎn)生非常多的有毒氣體，而且管廊中的通道有比較狹窄，通信設施受到屏蔽影響，因沒有信號與外界聯(lián)系而導致消防滅火困難。三，觸電危險性比較大。在綜合廊道中，高壓電纜斷電以后，仍可能會留有一定的余壓，不注意可能會觸電，設計時需特別注意。

3.2地下城市綜合管廊細部消防設計
       1）防火分區(qū)以及管廊構造設計。實踐中，為確保地下城市綜合管廊的安全性，綜合管廊中的承重結(jié)構燃燒性能，應當選用不燃體，而且內(nèi)部所用的裝修材料也以不燃材料為宜。地下城市綜合管廊中的可燃物，以電線電纜為重，而且電線電纜集中排置，火災荷載相對較大時，為嚴格控制火災影響，應當根據(jù)《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》規(guī)定要求，地下綜合管廊中的防火分區(qū)間距不超過200米，而且防火分區(qū)應布設防火墻、阻火包以及防火門等防火分隔設施。各防火分區(qū)，都要設直通室外的消防疏散出口，直接與逃生通道相連接，通過檢查井 向室外疏散人群。同時，檢查井口還可以作為疏散出口，在連接管廊位置，布設一個1.7平方米的前室，而且前室門以乙級防火門為宜。當單艙管廊的長在巧0米以上時，未設疏散出口艙段，一定要設計臨時的避難間，通風、通信性能良好。
       對于人行通道而言，應當布設應急疏散系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及燈光疏散標志，其照度至少應為平均工作照度的百分之十。出人口位置、設備操作點，照度至少100。同時，應當將燈光疏散標志布設在地面以下大約1米的位置，而且間距不能超過20米。布設的設置位置應當明顯可視，主要人口位置設管廊標識牌，而且內(nèi)容一定要簡易，信息一定要明確，能夠使受災人群清楚地識別管廊分區(qū)。
       2） 安全疏散設計。對于地下城市綜合管廊而言，除監(jiān)控中心以外基本上沒有人員操控。然而，日常檢修工作是*的，干線與支線綜合管廊，設計的逃生口至少能夠容納兩人。同時，逃生口引導與通風口、投料口結(jié)合設置。逃生口位置，應當布設滅火器材，比如黃沙箱、滅火器等。對于管廊防排煙、通風系統(tǒng)而言，根據(jù)防火分區(qū)布設機械通風系統(tǒng)，同時用作排煙系統(tǒng)；排風、排煙以及送風口位置，布設在管廊上方、中間位置，各防煙分區(qū)至少兩個，以縮短火災時煙霧擴散距離。
       3）自動報警系統(tǒng)設計。為及時發(fā)現(xiàn)地下城市綜合管廊內(nèi)火災事故，從源頭上減小火災事故造成的損失，應當優(yōu)化設計自動報警系統(tǒng)。結(jié)合管廊中的可燃物屬性，針對性地布設感煙報警探測設備、感溫報警器；綜合管廊中出現(xiàn)緊急情況時，探測器及時將信號發(fā)至值班室，聯(lián)動其他設施共同滅火。通常情況下，報警探測器布設在頂棚以下，一旦發(fā)生火災，則煙霧或者高溫報警?；诙鹊叵鲁鞘芯C合管廊的特殊性和重要性分析，采用線型探測器敷設于電纜之上，電纜的溫度相對較高時，立即能夠監(jiān)測出來，并且報警。比如，世博園的地下綜合管廊，即采用了該種報警設計思路。
       4）滅火系統(tǒng)設計。目前可選用的滅火系統(tǒng)種類繁多，各種類型的滅火系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)勢和不足，設計過程中應當選擇性的應用。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》之規(guī)定，綜合管廊中的技術方案、經(jīng)濟方案對比，可布設濕式、水噴霧以及氣體等類型的滅火系統(tǒng)和固定裝置。實際應用時，雖然采用濕式自動噴水滅火系統(tǒng)的成本相對較低，而且施工也比較簡單，但因綜合管廊中有很多的帶電線纜，所以不建議采用該種設計方式0對于水噴霧系統(tǒng)而言，對帶電火災的撲救效果比較顯著，然通常城市給水管道直接供水難以有效滿足大流量需求；如果選用的是泵房加壓供水方式，則供水管道的直徑就會比較大，對綜合管廊的空間要求比較高，不利于節(jié)約空間資源；一旦啟動系統(tǒng)，就會導致管廊中排水壓力過大，進行發(fā)生次生災害。實踐中，也有利于七氟丙烷氣體進行滅火的設計方案，而且滅火效率也比較高，基本上沒有殘留物。然而，利于該系統(tǒng)滅火時，會產(chǎn)生有害氣體，不僅會損害管廊內(nèi)的電纜線，而且會危及滅火人員的身體健康。對于氣溶膠滅火系統(tǒng)而言 具有環(huán)保、安裝方便以及無管網(wǎng)等優(yōu)點，然該系統(tǒng)滅火以后的分解產(chǎn)物以及噴射物成分是碳酸鉀、氧化鉀，吸收水分以后就會生產(chǎn)氫氧化鉀，具有強氧化性，而且會腐蝕管廊中的設備。氣溶膠滅火系統(tǒng)噴射物，含有導電性能的金屬鹽離子，操作不當就會導致短路。對于IG541滅火系統(tǒng)而言，環(huán)保、無毒，成本卻非常的高，需定期對滅火劑進行更換，而且后期維護成本比較高。對于細水霧滅火系統(tǒng)而言，環(huán)保且無毒，而且滅火效果也比較好。較之于水噴霧系統(tǒng)，用水量少，造價與運用維護費用較低。通過以上設計方案對比分析，為了能夠有效降低誤噴概率，地下城市綜合管廊消防滅火系統(tǒng)設計時，建議采用具有閉式預作用的細水霧滅火系統(tǒng)。

4、安科瑞管廊產(chǎn)品介紹
       防火分區(qū)以及管廊構造設計中提到對于人行通道而言，應當布設應急疏散系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及燈光疏散標志，其照度至少應為平均工作照度的百分之十。安科瑞可以提供應急疏散系統(tǒng),防火門監(jiān)控系統(tǒng),智能照明控制系統(tǒng)等。下面分別介紹產(chǎn)品選型及介紹：
4.1 應急疏散系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型
       安科瑞集中電源集中控制型消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)采用應急照明控制器（主機）+集中電源+分配電裝置+燈具四層結(jié)構組網(wǎng)模式，適用范圍廣，滿足各種環(huán)境的現(xiàn)場，便于區(qū)域化管理，燈具與分配電裝置之間采用二總線通訊，監(jiān)控器與集中電源、分配電裝置之間采用CAN總線通訊，滿足了通訊實時性高的要求。系統(tǒng)結(jié)構圖如下圖：

1)應急照明控制器

 

2)應急照明集中電源

3)應急照明分配電裝置

 4)監(jiān)控模塊

4.2 防火門監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型

       AFRD100/B防火門監(jiān)控器能夠通過二總線與多個防火門監(jiān)控模塊相連，構成集散式防火門監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控器能實時接收處理各路監(jiān)控設備發(fā)送的斷路、短路、故障信號，同時在液晶屏幕上顯示，當斷路、短路及通訊故障發(fā)生時，監(jiān)控器能發(fā)出聲光故障信號，在屏幕上顯示故障位置及故障類型，并具有數(shù)據(jù)存儲、查詢和報警信號控制輸出等功能，還具備對監(jiān)控模塊的遠程復位功能。
AFRD100/B防火門監(jiān)控器簡介

防火門監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

4.3 智能照明控制系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型
       Acrel-Bus智能照明控制系統(tǒng)一般采用分層結(jié)構，劃分成域和支線這種分布式總線結(jié)構，一方面其布局清晰，布線簡單，容量大。另一方面有效提高了系統(tǒng)的可靠性。由于每個域和每條支路分別分配了KNX電源，這種電氣的隔離使得系統(tǒng)的某個部分出現(xiàn)故障時，其他部分仍能繼續(xù)工作。一條線路或一個域內(nèi)的數(shù)據(jù)通信不會影響到其它范圍的數(shù)據(jù)通信。

圖3 系統(tǒng)框架圖

產(chǎn)品選型
4.3.1開關驅(qū)動器

4.3.2調(diào)光驅(qū)動器

4.3.3可控硅調(diào)光模塊
 

4.3.4傳感器

4.3.5總線電源

4.3.6智能面板

4.3.7干接點、濕接點輸入模塊

系統(tǒng)功能
       1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測，對利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進行照明控制和調(diào)節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；
       2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結(jié)合智能控制面板，實現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間；
       3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；
       4）設備房、設備房走道采用分組就地控制；
       5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結(jié)合時控的集中控制方式；
       6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實時顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
       7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；

5 結(jié)語
       總而言之，地下城市綜合管廊是一種趨勢，建設與運維管理過程中，該種系統(tǒng)非常的復雜，特別是綜合管廊設計初期階段的成本投人加大，若想進行大規(guī)模的建設和利用，仍有待進一步研究和論證。實踐中，應當結(jié)合擬建城市的近遠期規(guī)劃目標，預留合適的出人口和發(fā)展空間。這對地方而言，應當加強重視，提高城市規(guī)劃設計的前瞻性、可能性，借鑒成功*，立足實際，堅持人本理念、統(tǒng)籌兼顧，以此來設計科學合理的地下城市綜合管廊抗火和消防系統(tǒng)，以確保城市建設與持續(xù)發(fā)展。

參考文獻
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【2】陳武生 地下城市綜合管廊抗火構造與消防設計研究
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2019.11版
【4】吳恩遠 周中 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用圖集  2012.8