浅述城市综合管廊消防标准及火灾研究

摘要:为系统把握当前消防标准化及火灾研究工作的成果及其不足，简述城市综合管廊基本概念，回顾国内外综合管廊发展历程，分析综合管廊火灾危险性，论述综合管廊火灾与交通隧道火灾的区别;从基础问题和实践应用2个层面，综述综合管廊火灾研究的成果和总体进展;总结国内外消防设计规范要求的差异和国内标准的发展情况，全面展望未来综合管廊火灾研究方向。研究结果表明:基础问题的研究方法以借鉴交通隧道领域为主，研究内容有局限性，研究课题间联系不紧密;实践应用研究局限于工程经验探讨，消防规范普遍缺乏专项标准。

关键词:城市综合管廊;消防标准;火灾研究;消防设计;交通隧道

0引言

城市综合管廊作为一类集约使用的新型隧道，提供了市政管线可持续发展的新途径，但其潜在的火灾危害也不容小觑。近年来发生了多起综合管廊火灾案例，如日本世田谷电缆管廊因用火不慎酿成火灾;韩国1994—1997年发生4起线缆故障短路引发管廊火灾事故。

公路隧道、地铁隧道等传统交通隧道火灾研究已取得一些系统性成果。BEAＲD等*早从工程实践的角度总结了火灾探测和各类主、被动防火策略的问题、要求、当前科学技术发展，提出了交通隧道火灾下的人员应急措施、消防安全管理方案和工程应急程序的建议。INGASON等着重于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)，同时引申出相应的预测方法指南。这2本专著为隧道火灾研究与消防实践提供了详实的指导，但都未涉及综合管廊火灾问题。当前对综合管廊这类新型隧道火灾的研究仍处于起步阶段。早期管廊火灾的研究内容局限于工程经验探讨，近年来，开始利用试验、仿真等科学手段进行论证，探索相应的火灾规律，但相比成熟系统的交通隧道火灾研究还不够完善，未曾明确综合管廊与交通隧道两者的差异带来的火灾问题和研究方法的区别。张书豪综述了综合管廊燃气火灾和爆炸安全的相关研究成果，但是缺乏对综合管廊普遍发生电缆火灾的研究成果的归纳和探讨。

鉴于此，首先从综合管廊基本概念、发展历程和火灾危险性3个角度简述本文研究对象，接着通过对比交通隧道火灾问题，突出综合管廊火灾问题的特殊性。然后从基础问题和实践应用2个层面，综述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规范要求与发展情况。*后提出当前综合管廊火灾研究的不足，展望未来的研究方向，以期为管廊消防规范体系建设、开展实践应用研究，以及保障城市生命线长治久安提供参考。

1城市综合管廊的概念

综合管廊定义为建于城市地下用于容纳2类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施，一般容纳的市政管线有供水管道(包括给水管道、中水管道和消防管道)、排水管道(包括雨水管道和污水管道)、燃气管线、电力电缆、通信电缆和热力管道等。

根据管廊收容的管线等级、数量、输送性质，可将其分为干线综合管廊、支线综合管廊和缆线管廊。根据不同工程条件，综合管廊可以采用矩形断面、圆形断面和马蹄形断面等形式。综合管廊内容纳的管线具有不同的火灾危险性，通常将不同危险等级的管线分开收容在相互独立的舱室，采用具有一定耐火极限的不燃性结构分隔不同的舱室。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

建设综合管廊来整合市政设施*早可追溯到罗马帝国时代，当时的工程师将给水管线和污水系统合并设置。该设计理念此后被忽视，直到19世纪法国将巴黎的市政设施改造成可容人通过的隧道，同时容纳多种管线，现代管廊系统的雏形由此诞生。此后综合管廊在世界各国得到飞速的发展。张竹村梳理了世界综合管廊发展史后总结出3个阶段及其特点，我国综合管廊建设也经历了4个阶段。

借鉴综合管廊在世界各国近200年的发展经验，我国当前稳步推进管廊建设的启示包括:充分借鉴管廊发展的欧洲模式和日本模式，促进绿色发展;完善法律法规体系，规范管廊建设和改造;统筹管廊建设时序和地域，实现地上地下统一规划;推进新工艺(大数据、物联网、建筑信息模型、地理信息系统、机器人及智慧运维平台)的开发和使用;实现规划、建设、运维全过程综合化管理。

3城市综合管廊的火灾危险性

根据综合管廊灾害事故统计，地震和火灾是其面临的2大主要灾害。潜在的火灾危险类型主要有电力电缆火灾、燃气火灾和污水管道火灾等。基于综合管廊火灾案例研究，发现综合管廊内起火原因多样，通常有电气火灾(短路、接触不良、线路超负荷和漏电)、明火火灾(人为入侵、非标准化作业)和可燃物泄漏火灾。综合管廊火灾特点为:可燃物种类多，数量大，燃烧时间长;空间受限，燃烧过程复杂;火场环境恶劣，扑救困难;影响范围广。

4城市综合管廊火灾研究进展

4.1基础问题研究

4.1.1综合管廊火灾问题的特殊性

近年来，针对综合管廊火灾问题的研究刚起步，而之前国内外学者已在相关的电力电缆燃烧特性及行为和隧道火灾动力学等方向开展了丰富的研究，取得了丰硕的研究成果。对隧道火灾的研究，着重于交通隧道火灾领域，其中封堵隧道火灾这类场景与综合管廊存在相似之处，但综合管廊作为一类特殊的市政隧道，与隧道在以下方面仍有所区别。

1)管廊结构。综合管廊的断面尺寸相比公路隧道通常更小，我国每个舱室根据规范划分为多个不超过200m的防火分区，因此，综合管廊内会存在封堵端墙。

2)可燃物种类及布置。管廊内可燃物如高压电缆和通信线缆，一般自顶棚至地面以一定间距成层布置，容易诱发强羽流撞击顶棚的热物理现象以及蔓延扩大。交通隧道内的交通工具发生火灾，一般更贴近地面。

3)通风排烟设计。交通隧道排烟设计是通过持续高效地控烟、排烟协助受困人员、车辆进行紧急疏散。而综合管廊排烟的首要目标是保障管线和结构安全，辅助消防扑救工作。目前综合管廊的通风排烟设计有事故中排烟模式和事故后排烟模式。

4.1.2综合管廊火灾研究现状

近2年，在国内外研究者的持续推动下，深层次研究自动灭火系统、通风排烟、探测报警、燃气爆炸及基础火灾动力学。

自动灭火系统的研究基本以数值模拟研究为主，实体试验作为验证。细水雾系统优异的灭火效果和避免2次污染的优势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灭火能力，促进火源区的空气补充。细水雾系统灭火时也会使管廊顶棚烟气浓度增加，降低烟气层高度，需避免强行抢修。

事故中通风模式研究中，刘浩男等认为，管廊火灾临界风速符合烟气逆流长度经典经验公式。也有学者从烟气层的温度和一氧化碳浓度角度判定当换气率达到11.8次/h时，烟气层具有足够的稳定性，不会对人造成很大伤害，风速达到5m/s时，会出现吸穿现象；如果关闭防火门，则机械进、排风模式是*佳安全模式，如打开防火门，则自然进风、机械排风模式*安全。在电力舱事故后排烟研究中，郝冠宇论证了综合管廊灭火采用密闭自熄的方式是有效可行的；1进1排比1进2排的模式有利于提高排烟效果。陈立清建议采用机械进风和排风或采用自然进风\机械排风。工程实践中，黄胜元等提出非燃气舱将2个防火分区作为独立通风区间的方案，减少地面通风口数量，降低工程造价，减小日常维护管理，但未作试验论证。

在探测报警方面，蔡宙、李陈莹等对比点型感烟探测器、线型感温电缆探测器、分布式光纤探测器和图像型探测器试验，分别考量了核电厂综合管廊电缆密集交叉区、普通电力舱火灾场景，建议考虑日常管廊实时温度场监测，结合布置分布式光纤感温火灾探测器和图像型火灾探测器。

自从燃气管线入廊被论证可行并纳入《城市综合管廊工程技术规范》后，燃气舱火灾安全吸引了众多的研究。陈宏磊认为，为保险起见，应当保持火灾区域为密闭空间，3min火灾即可窒息熄灭；钱喜玲强调火灾发生后的60s是逃生关键时间，建议逃生口应设置在离末端5～8m处；何乐平等探讨了甲烷气体探头的布置位置要求。泄漏火灾研究的结论为人员需要距离泄漏口10m以外避免高温灼伤或热辐射。张书豪等从泄漏扩散、火灾消防、爆炸、监控、报警与通风等方面，综述了燃气舱安全研究成果。LIZexu等探讨了燃气舱火灾蔓延特点；王雪梅等建议在顶棚每隔15m安装气体探测装置时，将*后一个装置、排风口尽可能靠近防火墙。

5城市综合管廊消防规范要求

我国在统筹、指导新建、扩建和改建的综合管廊指南是《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838—2015)(简称新版)。在消防安全方面，相对于《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838—2012)(简称旧版)，新版规定更明确，同时体现了规划先行、适度超前、因地制宜、统筹兼顾的原则。

世界范围内，综合管廊的消防设计应根据国情和实践情况研究制定，当涉及具体消防设计时，不同的规范要求，乃至工程实施存在较大差异。在结构设计上，类似我国要求，西班牙Lezkairu综合管廊工程、卡塔尔Lusail城市综合管廊采用防火墙结合防火门划分防火分区。但Lezkairu管廊分区长度达到400m;韩国20世纪建造的管廊甚至不设防火分区，某些研究者提出的建议也是*低500m。阿布扎比管廊设计手册指出防火墙的设置根据地方当局的要求，可能需要，并非强制。中国台湾的《共同管道工程设计规范》也未对设置防火分区作出明确要求。通风排烟设计上，我国推拉型纵向通风方式与日本的要求以及其他多数国家的实际案例基本一致。印度不设置防火分区，采用更为经济的射流风机形式。相比我国执行事故后机械排烟，西班牙、马来西亚则依据烟气探测自动触发排烟系统，进行火灾事故中排烟。Lezkairu管廊要求排烟风机在400℃以内持续工作2h。

近年来，我国连续发布了《城市工程管线综合规划规范》、《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术标准》、《城市地下综合管廊建设规划技术导则》和《城市地下综合管廊运行维护及安全技术标准》，与此同时，一些行业协会，如中国工程建设标准化协会牵头制定《城市地下综合管廊管线工程技术规程》、《装配式钢结构地下综合管廊工程技术规程》也正在编制，推动综合管廊规范化进程。中国市政工程协会也立项了《城市综合管廊消防设施技术规程》和《城市综合管廊通风设施技术规程》等专业标准编制。

地方层面，各省级甚至地级市建设部门都在修订适宜当地实施的综合管廊规程，统计见表1。

表1我国地方综合管廊工程设计地方标准

*近，海南省和深圳市分别颁布了《城市综合管廊消防安全技术规程》、《城市综合管廊消防系统工程技术规范》(征求意见稿)，这是目前仅有的专业消防规范。

6 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、高效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度集成的自动化平台，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、高效、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。