某地区综合管廊消防设计分析探究

段翔晖

甘肃省兰州新区公安消防支队

某地区综合管廊消防设计分析探究

段翔晖

甘肃省兰州新区公安消防支队

综合管廊在未来的发展过程当中已经成为了一个建设的根本，为消除目前城市里面出现的马路拉链、空中蜘蛛网，使城市的天空变得更加干净、地面更加整洁，综合管廊的建设已经刻不容缓。通过分析研究，探讨有效降低综合管廊火灾危害的消防设计，提升管廊抗御火灾能力。

消防；综合管廊；消防设计；分析探究

1.前言

所谓综合管廊，是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施，称作“地下城市管道综合走廊”。即在城市地下建造一个隧道空间，将市政、电力、通信、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和检测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。通过建设，进一步发挥综合管廊信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排气等功能的管网效能，减少建设、维护的资源浪费，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。综合管廊在不同的国家和地区有着不同的名称。在日本称为“共同沟”，在台湾称为“共同管道”，在欧美称为“Com⁃mon Service Tunnel”。根据《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015），综合管廊根据其所收容的管线不同，其性质及结构亦有所不同，大致可区分为干线综合管廊、支线综合管廊、缆线综合管廊三种。综合管廊主要火灾危险因素有燃气管道、电线电缆遇高温或明火可能发生火灾；电器设备短路引起火灾等。笔者根据其火灾危险性分别对建构筑物防火措施、自动灭火及火灾自动报警措施、化学消防及电气消防措施等方面进行分析探究，以保证此类建设工程的消防安全。

图1 综合管廊分类

2.综合管廊概况

图2 某地区综合管廊总布局图

该综合管廊位于国家级新区职教园区组团、综合服务组团、综合产业片区。新建主廊79.39km，支廊24.142km。管廊主要容纳给水、中水、热力、燃气、电力、通讯、广播电视等管线，根据管线专项规划和可行性研究报告的管线种类布置管廊舱室，主廊舱室为1-3舱，支廊为1-2舱。区域内设置一层框架结构中控室、监控中心和分控中心各1间。（见图2所示）

3.综合管廊火灾危险性

综合管廊主要容纳给水、中水、热力、燃气、电力、通讯、广播电视等管线，此外可能还设置有部分自用缆线设施。综合考虑，建构筑物燃烧性能的可靠性、电气火灾的危险性、防火分隔设置的合理性、灭火及报警系统选型的准确性、用电及通风排烟系统设计的合理性等在综合管廊抗御火灾方面起到了至关重要的作用。

4.有效降低火灾危害的措施

4.1 结构燃烧性能

综合管廊内的防火墙、承重墙、柱、梁等建筑构建的燃烧性能决定了综合管廊内的安全，按照《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）明确舱室火灾危险类别，耐火等级一级，主结构应为耐火极限不低于3.0h的不燃性结构，不同舱室之间应采用不低于3.0h的不燃性结构进行分隔，内部装修材料（除嵌缝材料外）应采用不然材料。

图3 舱室火灾危险类别

4.2 电气火灾危险

综合管廊内敷设的可燃物主要是电线电缆，且电线电缆往往集中成排布置，火灾荷载较大，危险性较高。电气线路发生火灾，主要是由于线路的短路、过载火灾接触电阻过大等原因，产生电火花、电弧或引起电线、电缆过热造成火灾。因此，选取合适的电缆类型、采取必要的保护措施，不仅能够降低火灾发生的可能性，还能延长电缆的寿命。

4.3 防火分隔设置

在综合管廊内部采用防火墙、防火包等防火设施进行防火分隔，能在一定时间内防止火灾向其余部分的局部空间蔓延，对于控制火灾具有十分重要的意义。根据《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015），综合管廊的燃气舱、电力舱、通信舱以及综合舱等，均按不超过200m设一个防火分区。各舱室之间采用防火墙进行隔离，防火墙上供人员通行的门采用甲级防火门，管线穿越防火墙部分采用防火包进行严密封堵。同时，应严格按照规范要求进行人员出入口、逃生口等接点设计，确保每个防火分区安全疏散符合要求。

4.4 灭火系统选型

综合管廊不同于普通民用建筑、工业建筑，有效的灭火系统选型对扑救电力舱、综合舱等舱室初期火灾将起到至关重要的作用。

水喷雾灭火系统：通过对电缆火灾设计喷雾强度、持续喷雾时间和喷头工作压力等多个项目计算得出，水喷雾灭火系统的设计流量较大，一般市政给水管道无法直接供水，且供水干管过大，在综合管廊内施工建设难度大。同时，系统动作后排水量大，容易造成次生灾害。

气体灭火系统：气体灭火系统常用的有七氟丙烷灭火系统、二氧化碳灭火系统、IG541混合气体灭火系统等。储压式七氟丙烷遇热分解产物与空气中的水蒸气结合形成氢氟酸，易对电缆及其他管线造成损害，且不适合长距离输送。二氧化碳灭火系统和IG541混合气体灭火系统所需灭火浓度较高，瓶组设置数量多，不适宜在综合管廊内设置，且造价较高。

超细干粉灭火系统：超细干粉灭火系统灭火效能强，系统安装方便、成本较低，且灭火药剂用量小，灭火成本低。但综合管廊内电力舱每一个防火分区的设置不能超过200m，所需灭火装置安装数量多，维护保养成本较高，喷射后现场清理困难。

细水雾灭火系统：细水雾粒径小，表面积比相同体积的水更大，吸收火焰的热量快，小粒径的雾滴遇火焰高温迅速气化，也吸收大量热量，能使火灾温度迅速降低。同时，细水雾灭火系统动作后对环境无污染。

S型热气溶胶灭火系统：S型热气溶胶灭火系统主要由锶盐作为主氧化剂，锶离子不吸湿，不会形成导电溶液，不会对电器设备造成损坏，且该系统不用铺设管网以节省空间，安装简单方便，灭火剂用量少，维修成本低。

目前，国内综合管廊内设置灭火系统，选型不统一，需因地制宜，根据实际选择可靠的灭火设施，本工程设计选用S型热气溶胶预制灭火系统。

4.4.1 灭火装置参数

工作环境：温度-20℃～+55℃，相对湿度≤95%；

喷射时间：≤2min；

喷口温度：≤180℃；

启动条件：DC24V 1A；

多台装置连接方式：串联。

4.4.2 灭火流程

S型热气溶胶灭火系统设有自动控制和手动控制两种启动形式，可相互转换。当发生火灾时，火灾探测器将信号传给火灾报警控制器，火灾报警控制器收到信号后，立即启动声光报警器，S型热气溶胶灭火系统进行全淹没灭火（手动或者自动模式启动）。

4.4.3 设计选型

S型热气溶胶预制灭火装置一般分为落地柜式和悬挂式。为确保灭火效果，热气溶胶预制灭火装置的喷口宜高于防护区地面2m。考虑到综合舱及电力舱较为狭窄，同时减少热气溶胶灭火装置对管廊空间的占用，设计采用悬挂式S型热气溶胶预制灭火装置，吊顶安装或设置在导烟管隐藏在房间吊顶内。

针对综合管廊的防火分区相对较长的实际情况，为使灭火剂以合理的速度进行扩散，除了均匀、合理的布置灭火装置外，适当增加灭火剂浓度是较为有效的办法，在设计用量计算中通过引入容积修正系数Kv来解决此问题。

W=C2×Kv×V

式中W—灭火剂设计用量（kg）；

C2—灭火设计密度（kg/m3）；

V—防护区净容积（m3）；

Kv—容积修正系数（V＜500m3，Kv=1.0；500m3≤V＜1000m3，Kv=1.1；V≥500m3，Kv=1.2）。

在综合管廊舱室内，其灭火设计密度参照电缆隧道灭火时S型热气溶胶的灭火设计密度选取，为140g/m3；监控中心的统一管理信息平台机房，其灭火设计密度参照电子计算机房灭火时S型热气溶胶的灭火设计密度选取，为130g/m3。综合管廊综合舱、电力电缆舱的每一个防火分区及统一管理信息平台机房内均设置一套悬挂式S型热气溶胶灭火装置，由多台灭火装置串联组成，设计选用S型热气溶胶灭火装置的灭火剂充装量为10kg/台。

4.4.4 消火栓系统设置

分控中心、监控中心均设室内消火栓系统，采用常高压室内消火栓系统。分控中心、监控中心室内消火栓设计水量10L/s，分控中心室外消防用水量按15L/s设计，监控中心室外消防用水按20L/ s设计。

4.4.5 灭火器配置

综合管廊各舱室、变电站、监控中心及分控中心等各房间内均设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器。

4.5 报警系统设计

综合管廊主要设计有火灾自动报警系统和可燃气体报警系统。

4.5.1 火灾自动报警系统

图4 火灾自动报警系统及光纤测温系统图

综合管廊火灾自动报警系统采用控制中心报警系统，监控中心监控室兼做消防控制室。在电力舱或含电力电缆的综合舱及设备间、各分变电站、人员出入口、监控中心统一管理信息平台机房、监控室、高低压配电室等部位设置火灾探测器（电力舱或含电力电缆的综合舱，在其舱顶设置线性光纤感温火灾探测器，在电力电缆上设置光纤感温探测器；其余火灾检测场所设置点式感烟探测器；如有防潮要求，可采取防潮性点式感烟探测器）、手动报警按钮（在电力舱或含电力电缆的综合舱，监控中心、分控中心及各变电站设置手动报警按钮）及声光报警器/警铃（在电力舱或含电力电缆的综合舱设置警铃，监控中心、分控中心及各变电站设置声光报警器）。在各变电所设置线性光纤感温火灾探测系统主机，当管廊内温度超过一定值，由光纤感温火灾探测系统主机向火灾报警控制器发出火灾报警信号。同时，综合管廊内紧急电话通信系统与消防专用电话系统合用，系统的备用电源时间不少于3h。

当电力舱或含电力电缆的综合舱内发生火灾，火灾报警探测器动作，启动相应防火分区及相邻防火分区的声光报警器/警铃；同时，将火灾报警信号反馈至火灾报警控制器，发出报警信号，并在其图像显示装置上显示报警位置；系统关闭相应防火分区及其相邻防火分区的防火阀及风机，并接受其动作后的反馈信号，联动气体灭火控制器发出动作信号，延时0～30s后喷放灭火剂；舱内防火门的状态信号，反馈至防火门监控器。

火灾自动报警系统配备备用电源，备用供电时间不少于3h。(见图4所示)

4.5.2 可燃气体探测报警系统

燃气舱设置总线式可燃气体探测报警系统，每隔15米设置1台具有地址编码的防爆天然气探测器，由总线接入可燃气体报警控制器，实时监测各燃气舱内可燃气体浓度。

当燃气舱内泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的20%时，声光报警器动作，同时燃气舱事故段分区及其相邻分区的防爆事故通风机自动启动强制通风。当燃气舱内泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的25%并经确认后，通过统一管理信息平台向燃气公司监控系统发出报警信息并要求其切断相应区域的紧急切断阀。

可燃气体探测报警系统配备备用电源，备用供电时间不少于3h。

4.6 消防用电设置

综合管廊附属设备中消防设备、监控与报警设备、应急照明按二级负荷供电，天然气管道舱的监控与报警设备、管道紧急切断阀、事故风机按二级负荷供电，其余用电设备均按三级负荷供电。

消防用电设备均采用专用的供电回路，并在其配电电路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。在综合管廊每隔防火分区各人员进出口处均设置有本防火分区通风设备、照明灯具的控制按钮，通风设备应在火灾时自动关闭。

监控中心、分控中心和综合管廊应设置消防应急照明系统。综合管廊内人行道上的一般照明的平均照度不小于15lx，最低照度不小于5lx；疏散应急照明照度不小于5lx；出入口及设备操作处的局部照度可为100lx；监控室一般照明照度为300lx。

4.7 通风系统设置

图5 各舱室通风设计参数

综合管廊为相对封闭的地下构筑物，宜采用自然进风和机械排风相结合的通风方式，以解决火灾发生时产生的烟气排出不畅从而直接影响火灾扑救效果，导致火灾蔓延的问题。各舱室通风量应满足消除电缆余热、控制舱室内温度的要求，同时还应满足换气次数要求，设计参数见图5。

综合管廊燃气舱采用机械进风与机械排风的通风方式，在每一个防火分区的一端设置进风口和通风机，另一端设置排风口和通风机；其余舱室采用自然进风与机械排风相结合的通风方式，在每一个防火分区的一端设置自然进风口，另一端设置排风口和通风机。各舱室的进风口处均设70℃自熔断关闭、远程电控关闭和复位功能的防火阀，排风口处均设280℃自熔断关闭、远程电控关闭和复位功能的防火阀。

排风口、进风口均设置在道路绿化带或绿化隔离带内，地面均设风亭和不锈钢防水百叶，并加装防小动物进入的金属网格。通风机主要采用低噪音、节能高效的双速混流式通风机，低速供正常通风散热，高速供高负荷时散热、巡视通风及灾后排烟。

通风系统需按预设的火灾控制模块进行设计，以便在火灾发生时，联动关闭防护区及其相邻防护区域内的防火阀和通风机，保持防护区的相对封闭，以便控制火灾蔓延，并减少着火区域氧气含量，加快灭火效能。同时，火灾熄灭后，起到通风换气和机械排烟的作用。

5.结语

综合管廊系统不仅解决城市交通拥堵问题，还极大方便力电力、通信、燃气、给排水等市政设施的维护和检修。此外，该系统还具有一定的防震减灾作用。综合管廊是城市基础设施建设的配套工程，是现代化城市的发展趋势。进一步深化综合管廊消防设计，通过合理选型灭火及火灾报警系统、优化通风排烟系统设计、提升电器火灾防控水平等举措，尽可能杜绝火灾事故发生、减小火灾引起的危害损失以及火灾产生的社会影响，推动综合管廊建设安全可持续发展。

[1]GB50838-2015.城市综合管廊工程技术规范

[2]孙磊，刘澄波.综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J].地下空间与工程学报，2009，（6）.

[3]季洪金，白海龙.合肥滨湖城市天地综合管廊消防系统设计[J].中国市政工程，2011，（8）.

[4]孙宇.地下城市综合管廊的抗火构造与消防设计[J].防灾减灾工程学报，2012，（5）.

段翔晖，男，甘肃省兰州新区公安消防支队防火处助理工程师，理学学士，主要从事建筑工程消防监督管理工作。