摘要:目前，我國(guó)許多城市都在進(jìn)行綜合管廊的建設(shè)，但在其設(shè)計(jì)過(guò)程中各地的綜合管廊消防設(shè)計(jì)做法不一。因此，結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊消防設(shè)計(jì)，分析探討了綜合管廊電力艙自動(dòng)滅火設(shè)施的選用、計(jì)算和設(shè)計(jì)，旨在能夠?qū)ξ覈?guó)當(dāng)前城市綜合管廊消防設(shè)計(jì)起到一定促進(jìn)作用，同時(shí)也為業(yè)界提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:綜合管廊；消防設(shè)計(jì)；高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)
19世紀(jì)歐洲開(kāi)始建設(shè)綜合管廊，目前主要發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建成了許多完善的綜合管廊網(wǎng)絡(luò)。而我國(guó)綜合管廊建設(shè)發(fā)展則較慢，至2013年才開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)，科研人員對(duì)綜合管廊的滅火消防系統(tǒng)的研究與探討也較少，直至*近幾年綜合管廊修建熱潮的興起，諸多研究人員開(kāi)始對(duì)綜合管廊的消防進(jìn)行了專門(mén)研究，并取得了一系列成果。
國(guó)內(nèi)早期的研究?jī)?nèi)容主要在是否設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)方面，從初期小型綜合管廊不設(shè)自動(dòng)滅火裝置、大規(guī)模管廊建議設(shè)置自動(dòng)滅火裝置到后期業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)同設(shè)置自動(dòng)滅火裝置，直到2015年GB50838—2015《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布，電纜艙室設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)才成為設(shè)計(jì)人員的共識(shí)，但具體采用哪種自動(dòng)滅火系統(tǒng)還有很大的分歧。截至目前，諸多學(xué)者在設(shè)計(jì)以及運(yùn)維過(guò)程中，對(duì)氣溶膠系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧系統(tǒng)和超細(xì)干粉系統(tǒng)的滅火原理、設(shè)計(jì)、運(yùn)維以及投資進(jìn)行了對(duì)比，得出了許多成果。筆者結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園綜合管廊（以下簡(jiǎn)稱文通路綜合管廊）消防設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行探討。
某綜合管廊工程位于產(chǎn)業(yè)園中部沿線，主管廊總長(zhǎng)5292.824m，為3艙形式，含燃?xì)馀�、綜合艙、電力艙。根據(jù)入廊管線需求和施工工法，確定綜合管廊為多跨箱型框架結(jié)構(gòu)。各艙室布置形式如下：標(biāo)準(zhǔn)段為2.7m寬電力艙+6.5m寬綜合艙+1.8m寬燃?xì)馀摚髋撌揖?3.6 m，人行通道不小于 1 m。具體平面布置以及標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖 1。
圖1 文通路綜合管廊工程標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖
該工程燃?xì)馀搩?nèi)納入了燃?xì)夤芫�；綜合艙內(nèi)納入了給水、生態(tài)用水、通信和熱力管線，預(yù)留了直飲水、再生水管線空間；電力艙內(nèi)納入了10kV、110kV電力管線，預(yù)留了220kV電力管線空間。筆者在對(duì)上述入廊管線分析后認(rèn)為，電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)發(fā)生的主要原因。其中，引起火災(zāi)的因素有：
1）電力管線起火。①電力管線對(duì)地短路。②電力管線相位間短路。③線路過(guò)載。
2）現(xiàn)場(chǎng)施工的誤操作。
3）高壓電力管線因火災(zāi)而斷電后，仍有余壓，存在著觸電危險(xiǎn)。
4）火災(zāi)發(fā)生后，由于艙內(nèi)管線集中，著火點(diǎn)會(huì)形成火流而迅速燃燒，并沿電力管線快速蔓延至其他區(qū)域。
5）由于電力管線燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，加大了管廊火災(zāi)的撲救難度。
此外，火災(zāi)損失以電力管線、電信管線、附屬照明物等為主，人員損失的可能性較小。
根據(jù)GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》結(jié)合DL/T5221—2016《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》以及GB50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，文通路綜合管廊主要消防措施有以下幾項(xiàng)：
1）管廊防火分隔間距按照200m考慮，防火分區(qū)之間通過(guò)常閉防火門(mén)連通。
2）電力艙的防火門(mén)為常閉型防火門(mén)，在每個(gè)防火門(mén)設(shè)置1套防火門(mén)監(jiān)控模塊。防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)信號(hào)通過(guò)防火門(mén)監(jiān)控模塊反饋至防火門(mén)監(jiān)控器。電力艙采用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。
3）管廊采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)，機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，各艙風(fēng)機(jī)獨(dú)立設(shè)置。
4）綜合管廊的承重結(jié)構(gòu)體和防火墻的燃燒性能均為不燃燒體，耐火極限按照不低于3.0h設(shè)計(jì)。
5）該工程中電力艙、綜合艙、燃?xì)馀摳鶕?jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性分類劃分為不同的危險(xiǎn)類別，即：電力艙為丙類，定性為中危險(xiǎn)級(jí)；綜合艙為丙類，定性為輕危險(xiǎn)級(jí)；燃?xì)馀摓榧最�，定性為�?yán)重危險(xiǎn)級(jí)。
根據(jù)所定的危險(xiǎn)等級(jí)以及火災(zāi)情況，其中綜合艙、燃?xì)馀摮O(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機(jī)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)外不再設(shè)置其他的消防設(shè)施；電力艙除設(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機(jī)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)外還需要設(shè)置自動(dòng)消防設(shè)施。
6）設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的綜合艙、燃?xì)馀�、電力艙和連接通道均需要設(shè)置手提滅火器。其中：燃?xì)馀摪碈類氣體火災(zāi)考慮，*大保護(hù)距離不大于15m，設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5；綜合艙、電力艙按A類固體火災(zāi)考慮，*大保護(hù)距離不大于20m，設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC3。
根據(jù)綜合管廊火災(zāi)分析，綜合管廊電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)的主要原因，因此消防方案主要針對(duì)電力艙的滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)電力艙火災(zāi)特點(diǎn)以及相關(guān)主管部門(mén)意見(jiàn)，結(jié)合國(guó)家和地方相關(guān)規(guī)范和規(guī)定，能夠符合電力艙消防要求的滅火系統(tǒng)有：水噴霧滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)等。以上幾種滅火系統(tǒng)對(duì)比見(jiàn)表1。
經(jīng)對(duì)比后決定該工程不采用泡沫滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)，而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)需對(duì)以下幾方面進(jìn)行比選后，再確定*終的電力艙消防方案。
1）可靠性分析。
高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的開(kāi)啟有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和應(yīng)急操作控制3種方式，因此開(kāi)啟的可靠性較高。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定當(dāng)空間高度超過(guò)4m時(shí)要分層安裝；全淹沒(méi)保護(hù)時(shí)獨(dú)立防護(hù)區(qū)容積不宜大于2000m3、面積不宜大于500㎡，而根據(jù)文通路綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)平面圖，200m的防火分區(qū)，則需74具，當(dāng)溫感探測(cè)器探知到火警時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟防火分區(qū)內(nèi)自動(dòng)滅火器滅火。
由于超細(xì)干粉儲(chǔ)存在氣壓罐內(nèi)，有效噴灑時(shí)間不超過(guò)5s，自動(dòng)滅火器串聯(lián)使用，只要1具滅火器失效，就導(dǎo)致防火區(qū)間的噴灑濃度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，難以保證撲滅效果。而高壓細(xì)水噴霧滅火系統(tǒng)的持續(xù)噴霧時(shí)間至少為30min，即便系統(tǒng)某一個(gè)或幾個(gè)噴頭不噴水，也可以保證滅火區(qū)域的窒息滅火。
因此從產(chǎn)品可靠性分析而言，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可靠性較高。
2）后期維護(hù)管理。
根據(jù)相關(guān)消防要求，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的日常維護(hù)管理采取的是試運(yùn)行的方式進(jìn)行，每月試驗(yàn)性啟動(dòng)1次水泵，每年檢測(cè)消防控制中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置以及聯(lián)動(dòng)裝置的運(yùn)行情況，這種管理，簡(jiǎn)單方便、直接有效、工作量少。
超細(xì)干粉滅火器只能間接檢查，不能直接試用；根據(jù)相關(guān)規(guī)范，地下綜合管廊其滅火器應(yīng)每半個(gè)月檢查1次，但超細(xì)干粉自動(dòng)滅火器懸掛在綜合管廊頂部，檢查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)滅火器還需每隔一定時(shí)間維修和更換，后期維護(hù)管理繁瑣且費(fèi)用較高。
3）環(huán)保要求。
高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)滅火介質(zhì)為水，而超細(xì)干粉滅火劑平均粒徑小，不分解、不吸濕、不結(jié)塊，干粉噴灑于空氣中能見(jiàn)度低，影響管廊內(nèi)人員逃生。
因此，經(jīng)與消防部門(mén)溝通，綜合考慮滅火效果、初始投資和后期維護(hù)管理等因素，并兼顧文通路綜合管廊空間較大的特性，*終選用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。
（1）滅火機(jī)理
高壓細(xì)水霧可以快速使被噴灑的對(duì)象冷卻，隔絕外界的熱輻射，其工作壓力為10MPa，用水量卻為傳統(tǒng)的1％，但起到作用是其他系統(tǒng)的2～3倍，因此其機(jī)理可以概況為表面冷卻、窒息滅火、阻隔熱輻射、沖擊乳化以及稀釋作用。
（2）系統(tǒng)組成
1）高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由泵組單元、補(bǔ)水增壓裝置、穩(wěn)壓泵、不銹鋼水箱、區(qū)域控制閥、細(xì)水霧噴頭、供水系統(tǒng)和不銹鋼管道、閥門(mén)等組成。泵組單元由主泵、安全溢流閥、閥件、機(jī)架等組成。
2）高壓細(xì)水霧滅火裝置控制柜具有自動(dòng)、手動(dòng)2種控制方式，同自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，收到報(bào)警信號(hào)后控制泵組啟動(dòng)，并向控制中心反饋泵組運(yùn)行信息。
3）區(qū)域控制閥安裝于每個(gè)防護(hù)區(qū)的進(jìn)水管處，具有手動(dòng)和自動(dòng)2種控制方式，受消防中心控制，向消防中心反饋信息。
（3）控制方式正常情況下，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，泵組單元不啟動(dòng)，區(qū)域控制閥后的高壓管網(wǎng)內(nèi)沒(méi)有水。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，有自動(dòng)和手動(dòng)2種控制方式
（4）開(kāi)式系統(tǒng)工作原理（見(jiàn)圖2）。
（1）設(shè)計(jì)概況
該工程共設(shè)2套高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，主要防護(hù)區(qū)域?yàn)殡娏ε�、用戶支管廊。�?套系統(tǒng)作用范圍為K0+190—K2+380，第2套系統(tǒng)作用范圍為K2+380—K5+480；總保護(hù)長(zhǎng)度約為6323m，電力艙寬度為2.7m，用戶支管廊寬度為2.6m。
（2）防火分區(qū)
綜合管廊內(nèi)設(shè)防火分區(qū)，每個(gè)防火分區(qū)長(zhǎng)度不超過(guò)200m；電力艙與綜合艙分別為獨(dú)立防火分區(qū)，每個(gè)防火分區(qū)間以防火墻配防火門(mén)隔斷。各防火分區(qū)內(nèi)設(shè)1個(gè)緊急出入口。
（3）高壓細(xì)水霧用水量計(jì)算
噴頭的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用全淹沒(méi)應(yīng)用方式開(kāi)式系統(tǒng)的噴頭，其水量計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。
根據(jù)表2，確定*終計(jì)算參數(shù)：
系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型
式中：q為單個(gè)噴頭的流量，L/min；P為噴頭壓力，MPa，取*不利點(diǎn)工作壓力為10MPa；K為噴頭流量系數(shù)，取0.7。
式中：Qj為系統(tǒng)的計(jì)算流量，L/min；n為系統(tǒng)啟動(dòng)后同時(shí)噴霧的噴頭數(shù)量；qi 為某個(gè)細(xì)水霧噴頭的計(jì)算流量，L/min。
根據(jù)管廊平面設(shè)計(jì)，每個(gè)防火分區(qū)長(zhǎng)度不超過(guò)200m，所以*大分區(qū)保護(hù)長(zhǎng)度為200m，保護(hù)長(zhǎng)度分別為104m和96m，噴頭數(shù)量分別為36個(gè)和34個(gè)，其中在高壓?jiǎn)蜗蜷y相交處管道共用10個(gè)噴頭，所以*大分區(qū)噴頭數(shù)量為75個(gè)。管廊分區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)見(jiàn)圖3。
*大開(kāi)式系統(tǒng)*大流量區(qū)域設(shè)置75只K=0.7的細(xì)水霧噴頭，按該區(qū)域的末端噴頭工作壓力為10MPa計(jì)，其他噴頭壓力則高于10MPa。根據(jù)相關(guān)計(jì)算分析，該區(qū)域內(nèi)的噴頭都按照10MPa計(jì)算，總計(jì)誤差不足5%，可忽略不計(jì)。
由以上計(jì)算可知，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量Qs=525L/min。
4）泵組單元選型
選用細(xì)水霧滅火裝置1套，型號(hào)為XSW-BZ130/16；裝置配泵組單元4套，3用1備。
泵組單元參數(shù)：Q=130L/min，P=16MPa，N=37kW。
穩(wěn)壓泵2套（1用1備）：Q=10L/min，P=1.6MPa，N=0.75kW。泵組單元的進(jìn)水壓力不低于0.2MPa，不高于0.6MPa。為保證泵組單元正常工作，在其進(jìn)水口處設(shè)置補(bǔ)水增壓裝置2套（1用1備），Q≥520L/min，H≥20m。
5）儲(chǔ)水量計(jì)算
We=Qs×t。式中：We為儲(chǔ)水量，L；Qs為系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，L/min；t為持續(xù)噴霧時(shí)間，應(yīng)取15min。
系統(tǒng)用水量We=Qs×t=525×15=7875L。
根據(jù)系統(tǒng)用水量選用8m3水箱。
（3）自動(dòng)消防設(shè)計(jì)
納入電力管線的電力艙采用全淹沒(méi)式高壓細(xì)水霧滅火方式和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。
經(jīng)計(jì)算，電力艙消防設(shè)置為每3km左右設(shè)置泵房1套，共設(shè)置2套高壓細(xì)水霧泵組。高壓細(xì)水霧泵房示意圖見(jiàn)圖4。高壓細(xì)水霧噴頭安裝于電力艙艙頂正中央處，高壓細(xì)水霧斷面圖見(jiàn)圖5、6。
圖4 高壓細(xì)水霧泵房示意圖
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。
4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門(mén)禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.3馬達(dá)監(jiān)控
馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制。
4.4電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。
4.5智能照明控制
在綜合管廊工程消防設(shè)計(jì)中，電力艙自動(dòng)滅火系統(tǒng)是設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。鄭州國(guó)際文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊通過(guò)比較選擇，*終確定采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)作為電力艙的消防滅火設(shè)施。該系統(tǒng)具有良好的電絕緣性能和冷卻、窒息、隔離輻射熱的效果，其綜合滅火性能強(qiáng)且用水量小，無(wú)毒害，能較好地滿足綜合管廊設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，因此可以廣泛應(yīng)用于綜合管廊電力艙消防系統(tǒng)中。
截至目前，文通路綜合管廊工程已經(jīng)完成設(shè)計(jì)，處于施工階段，希望筆者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o同類工程案例提供一定參考。
參考文獻(xiàn)
