淺談地下城市綜合管廊抗火構造與消防系統設計研究

摘要: 地下綜合管廊是種整體隧道結構，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

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式的布置弊端，而且還有效地解決了建筑結構周圍影響消防、曲臂車輛動作障礙等問題。不僅可以避免路面重復挖掘現象，而且還確保了道路暢通，對于美化城市環境、解決管線建設和管理混亂問題，具有定的現實意義。

2、管廊抗火構造設計
       地下城市綜合管廊，多為鋼筋混凝土結構、墻板結構等，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，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。若管廊是鋼筋混凝土結構，則著火時表面溫度超過150~200攝氏度，會出現爆裂現象。基于對火災時管廊結構強度下降考慮，可能會出現垮塌、損壞等現象，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。針對這現象，低標混凝土表面的溫度應當控制在380攝氏度以內，高標混凝土的表面溫度在250攝氏度以內。

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、工作以及生產等，旦出現火災事故，則必然會對社會以及經濟秩序的發展造成不利影響，甚至造成人員傷亡。然而，內地下城市綜合管廊建設規范出臺 的相對較晚，尤其是消防設計規范還不夠健全。《城市綜合管廊工程技術規范》中，對綜合管廊消防設計給出了些規定，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 設計思路概述以濟南市二環西路綜合管廊為例
       地下城市綜合管廊，是解決線路亂敷設的有效途徑。以濟南市二環西路綜合管廊為例，目已建成通車的二環西路高架路東側地面輔道下，南起經十路，北至濱河南路，全長度6009米，采用現澆鋼筋混凝土結構，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控系統，利用自動控制技術，實現實時采集綜合管廊內的供水、供熱等管線指標，進行實時檢測，并快速發現管線的異常情況，避免供水、供熱管網爆管、電纜發熱起火等事件的發生。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、保護以及絕緣層三部分，目內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，火災會產生大量的熱量，并在較短的時間內難以擴散，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發生火災事故時，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 發生火災時，主要表現出以下特點。，火勢比較猛烈，而且燃燒的速度也比較快。管廊后是貫通的，而且電纜敷設較為密集，如上圖所示，旦發生火災，電纜就會形成火流，蔓延至鄰區，以致于火勢沿電纜迅速擴散。二，撲救困難。當電纜燃燒時，會產生非常多的，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構燃燒性能，應當選用不燃體，而且內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《城市綜合管廊工程技術規范》規定要求，地下綜合管廊中的防火分區間距不超過200米，而且防火分區應布設防火墻、阻火包以及防火門等防火分隔設施。各防火分區，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，布設個1.7平方米的室，而且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，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、照明系統以及燈光疏散標志，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，而且內容定要簡易，信息定要明確，能夠使受災人群清楚地識別管廊分區。
       2） 安全疏散設計。對于地下城市綜合管廊而言，除監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、通風系統而言，根據防火分區布設機械通風系統，同時用作排煙系統；排風、排煙以及送風口位置，布設在管廊上方、中間位置，各防煙分區至少兩個，以縮短火災時煙霧擴散距離。
       3）自動報警系統設計。為及時發現地下城市綜合管廊內火災事故，從源頭上減小火災事故造成的損失，應當化設計自動報警系統。結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；綜合管廊中出現緊急情況時，探測器及時將信號發至值班室，聯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，旦發生火災，則煙霧或者高溫報警。基于度地下城市綜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）滅火系統設計。目可選用的滅火系統種類繁多，各種類型的滅火系統都有其自身的勢和不足，設計過程中應當選擇性的應用。根據《城市綜合管廊工程技術規范》之規定，綜合管廊中的技術方案、經濟方案對比，可布設濕式、水噴霧以及氣體等類型的滅火系統和固定裝置。實際應用時，雖然采用濕式自動噴水滅火系統的成本相對較低，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，不利于節約空間資源；旦啟動系統，就會導致管廊中排水壓力過大，進行發生次生災害。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，利于該系統滅火時，會產生有害氣體，不僅會損害管廊內的電纜線，而且會危及滅火人員的身體健康。對于氣溶膠滅火系統而言 具有環保、安裝方便以及無管網等點，然該系統滅火以后的分解產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滅火系統而言，環保、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而言，環保且無毒，而且滅火效果也比較好。較之于水噴霧系統，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設計時，建議采用具有閉式預作用的細水霧滅火系統。

4、安科瑞管廊產品介紹
       防火分區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、照明系統以及燈光疏散標志，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,防火門監控系統,智能照明控制系統等。下面分別介紹產品選型及介紹：
4.1 應急疏散系統（管廊地下部分）產品選型
       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+燈具四層結構組網模式，適用范圍廣，滿足各種環境的現場，便于區域化管理，燈具與分配電裝置之間采用二總線通訊，監控器與集中電源、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。系統結構圖如下圖：

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)監控模塊

4.2 防火門監控系統（管廊地下部分）產品選型

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

防火門監控系統組網

4.3 智能照明控制系統（管廊地下部分）產品選型
       Acrel-Bus智能照明控制系統般采用分層結構，劃分成域和支線這種分布式總線結構，方面其布局清晰，布線簡單，容量大。另方面有效提高了系統的可靠性。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的某個部分出現故障時，其他部分仍能繼續工作。條線路或個域內的數據通信不會影響到其它范圍的數據通信。

圖3 系統框架圖

產品選型
4.3.1開關驅動器

4.3.2調光驅動器

4.3.3可控硅調光模塊
 

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

系統功能
       1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進行照明控制和調節，滿足照明和節能要求；
       2）公共區域、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，并結合智能控制面板，實現各種場景照明控制，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合時控的集中控制方式；
       6）監控系統界面友好，畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態；
       7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；

5 結語
       總而言之，地下城市綜合管廊是種趨勢，建設與運維管理過程中，該種系統非常的復雜，特別是綜合管廊設計初期階段的成本投人加大，若想進行大規模的建設和利用，仍有待進步研究和論證。實踐中，應當結合擬建城市的近遠期規劃目標，預留合適的出人口和發展空間。這對地方而言，應當加強重視，提高城市規劃設計的瞻性、可能性，借鑒成功*，立足實際，堅持人本理念、統籌兼顧，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，以確保城市建設與持續發展。

參考文獻
【1】鄧惠晗 淺談綜合管廊在市政工程中的設計應用[ J ]城市道橋與防洪，2013（07）
【2】陳武生 地下城市綜合管廊抗火構造與消防設計研究
【3】安科瑞企業微電網設計及應用手冊.2019.11版
【4】吳恩遠 周中 電氣火災監控系統設計與應用圖集  2012.8

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發與應用