国内公路隧道消防灭火系统设计规范的梳理

2019-04-08黄裕上海市政工程设计研究总院集团有限公司上海200092

中国房地产业 2019年6期

文/黄裕上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司上海 200092

我国已经成为世界最大的地上地下空间和隧道市场国家。为落实扩大内需、促进经济发展、改善人民群众的出行条件，我国公路铁路隧道、城市轨交、海底隧道都在进行大规模的建设推进。故对公路隧道的设计技术、安全风险的保障均提出了更高层面的要求。特别是近年来国内外有关隧道火灾的报道屡见不鲜，提高了大家对隧道消防安全的重视。

与发达国家相比，我国公路隧道建设起步较晚，公路隧道消防相关规范、标准还不完善，公路隧道内灭火设施的设置情况与发达国家相比还有较大的差距。近年来某些省市、行业相继发布了一些标准来约束设计，但国家层面还尚未出台针对公路隧道消防的设计规范，使得设计过程中产生了不少困惑和争议之处。因此，开展现有规范、标准的分析研究，可为我国公路隧道消防灭火规范、标准的制定、完善提供借鉴和参考。

1、规范简读

目前已实施的与公路隧道消防灭火系统设计相关的规范、标准大致分以下几类：

第一类是国家规范如：建筑设计防火规范（GB50016-2014 2018版[1] 以下简称建规）；消防给水及消火栓系统技术规范（GB50794-2014）[2]，这两本规范适用于城市交通隧道；第二类是行业标准：公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施（JTGD70/2-2014[3] 以下简称隧规），适用于各等级公路隧道；第三类是地方标准：1.上海市地方标准：道路隧道设计标准（DG/TJ08-2033-2017）[4]，适用于采用盾构法、沉管法、明挖法建造的城市和公路机动车专用道路隧道；2.北京市地方标准：城市地下联系隧道防火设计规范（DB11/T1246—2015）[5]，适用于通行非危险化学品机动车的新建、改建和扩建的城市地下联系隧道；云南省地方标准：公路隧道消防技术规程（DBJ53-14-2005）[61]，适用于高速公路和一级公路隧道，以及长度超过1000m的二级公路隧道，不适用于城市隧道、水下隧道；湖南省地方标准：公路隧道消防技术规范（DB43/729-2012）[7]，适用于高速公路隧道、一级隧道、城市交通隧道以及水下交通隧道。

2、隧道的防火分级及消防灭火系统的确定

2.1 防火分级

建规将单孔和双孔隧道按照封闭段长度和交通情况分为一、二、三、四类；隧规根据隧道单洞长度和设计年度预测单洞年平均日交通量划分为A+ A B C D 五级（单洞和双洞不同）。上海地方标准将隧道根据封闭段长度和预测单洞年平均日交通量分为一、二、三、四、五 5个等级（单洞和双洞相同）。北京地方标准根据封闭段长度和交通情况将隧道分为一、二、三、四类。云南省地方标准将隧道的防火等级根据公路等级、隧道长度和交通量划分为I II III 3个等级。湖南省地方标准根据隧道类型、火灾规模、隧道长度、日均交通量将防火等级划分为I II III IV 4个等级。

综上来看，目前国内还没有一个统一的标准来明确隧道的防火等级，虽基本根据隧道封闭段长度、交通量、交通情况（含火灾规模）进行分类，但也各有说法。另外，并非每条隧道道路专业都能提供较为准确的年平均日交通量。而对于交通情况而言，是否可进行交通管制，是否通行危险化学品，通行危险化学品的种类都需相关部门进行评估来确定，这就使防火等级的划分增加了很多的变数。所以笔者认为，在隧道的定性过程中，从严而定防火等级是比较可靠的做法。

2.2 消防灭火系统的确定

表1 消防灭火系统的比较

从表1可以看出，隧道消防的灭火设施主要分为二类，第一类为人工手动灭火系统，包括灭火器、消火栓系统和固定式泡沫灭火装置。灭火器和消火栓系统均为消防灭火中最经济有效的设施，两者造价低廉，可靠性高，对初起火灾有非常好的控制作用，灭火器更是操作简单，行车人员都能迅速使用。固定式泡沫灭火装置，可弥补灭火器喷射时间较短的缺点，增加行车人员对于初期汽油类火灾的自救扑灭能力。第二类为自动灭火系统，包括水喷雾系统、细水雾系统和泡沫-水喷雾联用灭火系统等。水喷雾系统和细水雾系统具有控制初期火灾，阻止火势蔓延，冷却降温的效果。泡沫-水喷雾联用灭火系统既可控制又可扑灭初期火灾。在设计中，根据隧道类型、防火等级对灭火设施进行选择，隧道防火分级越高，使用的系统越多且越复杂。

值得注意的是，仅湖南地标提到了细水雾灭火系统，但并没有明确采用低压、中压或高压中的哪一类。细水雾系统的原理与水喷雾系统一致，但压力更高，产生的水滴粒径更细，更容易汽化，有良好的除烟、防毒与降温作用，用水量少于水喷雾系统，水渍损失小，但造价昂贵，系统复杂。近来有试验指出，低压细水雾系统比高压细水雾系统更适用于隧道消防[8,9]。目前，细水雾系统在铁路隧道消防中已有不少应用[10,11,12]，在公路隧道中的应用暂时还较少。

在有明确地方标准的几个省市，灭火设施的选择较有约束性，而国内的其他大部分省市地区，主要还是以隧规、消规为参考依据，在自动灭火系统的选择上随意性较大，即使是我国已建成的最长秦岭终南山隧道（18.02km）也仅仅设置了灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置这三种[8,9]，而其他长度较短，交通情况比较简单的隧道而言，通常仅设置灭火器和消火栓。笔者建议可结合隧道的实际用途、交通流量和火灾危险性来确定需设置的自动灭火系统类型，并尽早征询消防局、交通局等管理部门的意见，综合考虑当地的实际消防力量，保证隧道消防的安全性下，适当考虑经济性。

2.3 主要消防灭火系统参数的比较

2.3.1 室内外消火栓系统

表2 室内外消火栓系统的主要参数比较

一般封闭段在500m以上的隧道，均应考虑设置室内外消火栓系统，但是从表2也可以看出，各地的消火栓系统对于主要设计参数的规定是有一定区别的。其中隧规与其他标准有两个明显的区别。第一个区别：隧规对室外消火栓系统的用水量没有明确的规定，仅仅在10.2.9条内提到了“在洞口附近应设置室外消火栓和消防水泵接合器，其数量应根据隧道消防用水量计算确定。”此易引起设计上的歧义，导致部分设计人员计算消防水池容积时的一次火灾用水量只考虑室内消火栓用水量而忽略室外消火栓用水量。另外，笔者认为，水泵接合器的作用是向室内管网输水，故水泵接合器的数量应与室内消火栓的用水量一致。而室外消火栓的设置，除了灭火以外，还应满足消防队员前来扑救隧道火灾时作为首先进攻、火灾侦查和自我保护的作用，其数量并不应根据室内消防用水量简单确定，所以这样的规定是值得商榷的，应补充具体的室外消火栓用水量标准。第二个区别：隧规对于封闭段长度大于3km的隧道，火灾延续时间规定为4h，均大于其他规范和标准。比如，同样3km的城市隧道，按照云南地标，若市政供水不能提供两路供水，则室内外消火栓系统在消防水池内的储水量为20×3.6×3+30×3.6×3=540m3，按照隧规的标准，则为20×3.6×4+30×3.6×4=720m3，多了180m3的储水量，如再叠加水喷雾等其他消防系统的用水量，消防水池的储水量将达1000m3以上。这么巨大的消防水池若需建造在山体上，那开挖量、施工难度、建设成本将会相当高。

除了室内外消火栓用水量各地略有区别外，上海、云南、湖南三地的标准对室内消火栓的充实水柱规定也有所不同。云南地标为13m；上海的规定为≮0.3MPa，根据消火栓水龙带等的配置，换算成充实水柱为15m左右；湖南标准是按计算确定，一般隧道的高度界限在5m，换算成充实水柱长度为5.7m，若要保证火灾发生时有2股充实水柱同时达到，则消火栓的布置间距根据隧道宽度需要适当减小，消火栓数量则会增多，而提高充实水柱，消火栓泵的扬程就需要适当取大。笔者认为，相较而言还是应该适当提高水枪的充实水柱，按不小于13m设计比较合适。

2.3.2 固定式水成膜泡沫灭火系统

此系统在各规范和标准中的表述不同，隧规称之为固定式水成膜泡沫灭火装置；上海地标称之为泡沫消火栓系统；云南地标称之为水成膜泡沫灭火装置；湖南地标称之为固定泡沫灭火装置。实际在隧道中的应用均为介质为3%水成膜泡沫液的泡沫消火栓，可与消火栓箱协调安装在同一洞室内。

从表3可看出，隧规和上海地标在主要参数上的规定较为一致，但云南地标区别较大，云南地标有泡沫混合液供给强度的要求，其他两地均为流量的要求。但笔者认为隧道内发生火灾的范围及物品有不确定性，难以计算出最大流淌面积，对于泡沫消火栓来说，流量比强度的规定更为合适。重要的是，云南地标的实施时间为2005年，其参考的是已作废的《低倍数泡沫灭火系统设计规范（GB50151-92》，而新版《泡沫灭火系统设计规范（GB50151-2010）》已于2010年实施，且此新规范中的4.5.4条明确了公路隧道泡沫消火栓箱的设置规定。故笔者认为云南地标在此系统中的参数规定已不具有约束意义，在固定式水成膜泡沫灭火系统的设计中，参考隧规和上海地标较为合适。

2.3.3 水喷雾灭火系统和泡沫-水喷雾联用灭火系统

隧规和建规中并无提到水喷雾系统和泡沫-水喷雾联用灭火系统。湖南地标只提到了泡沫-水喷雾联用灭火系统。从表4可以看出，上海地标和北京地标在水喷雾系统设计中的参数规定区别较大。因为水喷雾灭火系统既可用于扑救固体物质火灾、丙类液体火灾、饮料酒火灾和电气火灾，并可用于可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储存装置或装卸设施的防护冷却[14]。从各参数的确定上来看，北京地标将水喷雾系统作为独立的灭火系统进行设计，而上海地标则将此系统仅用于防护冷却，起灭火作用还是考虑采用泡沫-水喷雾联用灭火系统。但上海地标的参数规定与《水喷雾灭火系统设计规范（GB50219-95）已作废》这本规范较为一致，而新版《水喷雾灭火系统设计规范（GB50219-2014）》[14]中则提高了水喷雾系统用于防护冷却作用时的持续时间，同时加快了响应时间，笔者认为在设计中应从严而选。

从表5可看出，上海、北京、湖南三地在泡沫-水喷雾联用灭火系统中各项参数的规定区别不大。对于灭火系统的响应时间，上海较湖南的规定更严格一些。值得一提的是，泡沫-水喷雾系统的保护区面积在三地标准中均没有确定值，和常规水喷雾系统一致，均按实际保护对象的具体情况进行设计。综合几本标准来看，可根据隧道的结构特点和隧道路面宽度、高度，以25m长度为一个保护区，火灾时开启相邻的2个保护区来进行划分，总面积不大于600m2。现今，市面上已有不少消防设备厂家对隧道专用泡沫喷雾喷头进行了比较深入的试验研究，对于常见的单车道、双车道和三车道的隧道宽度都有相应不同流量系数、保护面积的喷头与之匹配，可在设计中充分考虑环境特点，在保证灭火效果的同时，选取经济合理的喷头组合方案。

2.3.4 灭火器的配置

除隧规以外，所有规范和标准均只规定了隧道需要配置适用A、B、C类型火灾的灭火器，而未规定具体的充装材质，常规使用的为磷酸铵盐干粉灭火器。

表6中可看出，对于每个灭火器设置点的灭火器数量有两种表述类型。建规、上海地标、北京地标根据隧道分级规定了不少于2具或者4具，而遂规、云南和湖南地标规定灭火器的数量为2-3具或者2-5具。笔者认为，“不少于”这个表达太为宽泛，令设计难以下手，随意性大。参考《建筑灭火器配置设计规范（GB50140-2005）》[15]6.1.2条规定“每个设置点的灭火器数量不宜多于5具。”故综合考虑明确设置2-5具更为合适。另外，从表5也可看出，仅隧规和北京地标规定了灭火器的充装量，云南地标则在条文解释推荐了灭火器的型号，其他几本规范标准未提及此参数。而充装量是灭火器配置中很重要的参数，充装量代表了每具灭火器的灭火级别，如5-8kg充装量可满足A、B、C类火灾严重危险级的配置基准，而若使用3kg的充装量只可满足中危险级的配置基准，所以无充装量的具体规定，只讲配置点灭火器数量和配置点间距则意义不大也不合理。笔者更为推荐云南地标的灭火器设计方法，与建筑设计中灭火器的设计方法类似：根据隧道通行车辆的种类不同分为不同的危险等级，根据隧道长度类型、隧道内灭火系统设置情况（是否设置消火栓系统等）、灭火器设置距离、单洞隧道建筑净宽和每具灭火器最小配置灭火级别进行灭火器种类和数量选择。

结语：

由于国内尚无公路隧道消防设计的国家规范，故在设计过程中需要交叉查阅多本规范，而各本规范的实施有先后性、各地编制规范考量的角度也不同，难免让设计人员在设计过程中有各种疑惑之处。建议国家相关部委可以尽快将《公路隧道消防技术规范》的实施提上日程，统一各类隧道消防中的设计参数，从工程源头保证隧道消防的安全性和经济性。