城市綜合管廊內(nèi)附屬設(shè)施控制方法探討*

李 高 林

[上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海　200092]

0　引　言

城市工程管線主要包含電力、通信、燃?xì)?、熱力、給排水等各種市政公用管線,傳統(tǒng)建設(shè)方式為單獨規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè),從而導(dǎo)致地下空間利用不充分,并且不利于后期維護(hù)。城市綜合管廊即在城市地下建造一個隧道空間,將各種城市工程管線部分或全部納入該空間內(nèi)敷設(shè),從而方便實施統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)及管理,有效地保障城市的良好運行。

1　綜合管廊艙室類型

綜合管廊內(nèi)容納的管線類型眾多,各種管線的性質(zhì)及敷設(shè)要求各異,有特殊要求的管線需獨立艙室敷設(shè)或者不可與某種管線共艙敷設(shè)。根據(jù)艙室內(nèi)敷設(shè)的管線類型,綜合管廊艙室大致可分為天然氣管道艙(簡稱燃?xì)馀?、熱力艙、電力艙、水艙(含給水、雨水、污水、再生水管線等)、綜合艙(含水、電信、電力等管線)、非含電綜合艙(不含電力電纜的綜合艙)等類型。

2　綜合管廊內(nèi)附屬設(shè)施的種類

根據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》[1]規(guī)定,綜合管廊內(nèi)附屬設(shè)施主要有消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控與報警系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及標(biāo)識系統(tǒng)。本文就通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的用電設(shè)備控制進(jìn)行探討。

3　管廊內(nèi)通風(fēng)機(jī)的控制要求及方案

(1) 設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)的目的。① 平時通風(fēng):為保證管廊內(nèi)溫/濕度滿足內(nèi)部敷設(shè)的管線運行要求,設(shè)置通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣,使得溫/濕度控制在要求范圍之內(nèi)。同時城市綜合管廊屬于地下密閉空間,空氣流通性較差,導(dǎo)致有害氣體沉積及氧氣含量下降,不利于人員進(jìn)入管廊內(nèi)部進(jìn)行巡視及維護(hù),設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)換氣,保障進(jìn)入人員的人身安全。② 事故通風(fēng):天然氣管道艙存在可燃?xì)怏w泄漏的可能,需要及時將可燃?xì)怏w排出管廊外,降低管廊內(nèi)可燃?xì)怏w濃度,防止爆炸事故發(fā)生及擴(kuò)散。③ 災(zāi)后排煙:電力艙或綜合艙內(nèi)含有大量的電力電纜,存在過載、短路、漏電等電氣事故,可能會引發(fā)火災(zāi)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50838—2015規(guī)定,綜合管廊艙室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)及相鄰分區(qū)的通風(fēng)設(shè)備應(yīng)能夠自動關(guān)閉,使相應(yīng)區(qū)段內(nèi)密閉隔氧,以便于自動滅火裝置實施滅火,火災(zāi)撲滅后人員進(jìn)入前需要通過通風(fēng)設(shè)備排出火災(zāi)產(chǎn)生的有毒煙氣,方便人員進(jìn)入。

(2) 通風(fēng)系統(tǒng)的控制要求。不同艙室內(nèi)設(shè)置的通風(fēng)系統(tǒng)用途不相同,燃?xì)馀搩?nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)既需要平時通風(fēng)又需要事故通風(fēng);電力艙或綜合艙內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)既需要平時通風(fēng)又需要災(zāi)后排煙;其余類型艙室內(nèi)只需要平時通風(fēng)。

根據(jù)GB 50838—2015規(guī)定,平時通風(fēng)機(jī)僅需間隔一段時間或者艙室內(nèi)溫/濕度超過某個設(shè)定值時開啟,通風(fēng)機(jī)由BA系統(tǒng)、按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)控制;事故通風(fēng)由可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)或火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動控制,當(dāng)可燃?xì)怏w探測器探測到艙室內(nèi)天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值20%時,可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)應(yīng)聯(lián)動開啟事故段及相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)機(jī),同時通風(fēng)機(jī)也可由BA系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)按鈕(箱面按鈕、遠(yuǎn)方按鈕盒)控制;平時通風(fēng)在火災(zāi)時需要關(guān)閉的通風(fēng)機(jī)由火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動控制,當(dāng)火災(zāi)探測器探測到火災(zāi)時,火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)聯(lián)動關(guān)閉發(fā)生火災(zāi)的分區(qū)及相鄰分區(qū)的通風(fēng)機(jī),火災(zāi)撲滅后人員進(jìn)入前進(jìn)行的災(zāi)后排煙應(yīng)可在風(fēng)機(jī)就近設(shè)置的按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)或者直接接送的臨時電源來開啟通風(fēng)機(jī)。

(3) 控制要求的電路實現(xiàn)。通風(fēng)機(jī)一次配電系統(tǒng)如圖1所示。

普通艙僅需平時通風(fēng),控制要求比較簡單,風(fēng)機(jī)由BA系統(tǒng)及按鈕控制,控制方式分為遠(yuǎn)方控制、就地控制,遠(yuǎn)方控制分為BA控制、按鈕盒控制,就地控制為箱面按鈕控制。

僅需平時通風(fēng)的風(fēng)機(jī)兩種接線方案如圖2所示。

圖2(a)中,按鈕盒控制與BA控制回路共用一套啟停中間繼電器KA1、KA2,通過中間繼電器來控制通風(fēng)機(jī)的啟停,如果其中一個繼電器或者繼電器線圈回路故障且通風(fēng)機(jī)為遠(yuǎn)方控制時,則不能正常開啟或者停止通風(fēng)機(jī)。圖2(b)中,按鈕盒控制與BA控制回路分別采用兩套啟停中間繼電器KA1～KA4,使得按鈕盒控制回路與BA控制回路分開,發(fā)生上述故障時通風(fēng)機(jī)仍可實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制,提高通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)方控制的可靠性,但是圖2(b)的控制回路比圖2(a)的控制回路較復(fù)雜,增加實際運行時檢修及維護(hù)的成本,設(shè)計時可根據(jù)管廊實際運行需求進(jìn)行選擇設(shè)計。

圖1　通風(fēng)機(jī)一次配電系統(tǒng)

圖2　僅需平時通風(fēng)的風(fēng)機(jī)兩種接線方案

燃?xì)馀搩?nèi)既需要平時通風(fēng)又需要事故通風(fēng),二次控制方案只需在平時通風(fēng)控制的基礎(chǔ)上增加可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)或火災(zāi)報警系統(tǒng)對通風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制開停機(jī)。

燃?xì)馀搩?nèi)通風(fēng)機(jī)的二次控制原理圖如圖3所示,具體二次控制原理圖應(yīng)根據(jù)通風(fēng)機(jī)的形式做相應(yīng)的調(diào)整。燃?xì)馀搩?nèi)通風(fēng)機(jī)平時通風(fēng)控制方案與圖2中的一樣。

圖3是在圖2(b)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的。根據(jù)GB 50838—2015規(guī)定,當(dāng)可燃?xì)怏w探測器探測到艙室內(nèi)天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值20%時,可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)應(yīng)聯(lián)動開啟事故段及相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)機(jī),圖3(a)、(b)均滿足系統(tǒng)聯(lián)動開機(jī)的要求,圖3(b)主要是增加系統(tǒng)聯(lián)動停機(jī)的功能,然而綜合管廊及涉及天燃?xì)獾南嚓P(guān)規(guī)范目前暫無條文規(guī)定需要聯(lián)動停機(jī),是否有此必要呢?一般在綜合管廊內(nèi)敷設(shè)的天然氣管道屬于城市的干、支線管道,管徑較大,一旦管道發(fā)生嚴(yán)重的破損,甚至斷裂,雖然可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)可以及時聯(lián)動關(guān)閉天然氣閥門,但是管道內(nèi)還存有大量的天然氣,相應(yīng)管廊段內(nèi)的天然氣濃度上升很快,極易超過其爆炸上限值,若此時事故風(fēng)機(jī)繼續(xù)開啟通風(fēng)排氣,一方面可能使得相應(yīng)管廊段內(nèi)天然氣的濃度又回到爆炸下限值與爆炸上限值之間,反而增大管廊內(nèi)發(fā)生爆炸事故的可能性,另一方面由于管廊內(nèi)天然氣濃度較高,此時繼續(xù)排氣會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處天然氣濃度迅速上升,使得出風(fēng)口處可能發(fā)生爆燃等二次事故,威脅地面安全。所以,當(dāng)可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)探測到管廊內(nèi)天然氣的濃度超過某一設(shè)定值或天然氣濃度增速超過某一設(shè)定值時,應(yīng)聯(lián)動關(guān)停風(fēng)機(jī)以等待專業(yè)人員進(jìn)行處理。因此,推薦采用圖3(b)的方案。

圖3　燃?xì)馀搩?nèi)通風(fēng)機(jī)二次控制原理圖

電力艙或者綜合艙內(nèi)既需要平時通風(fēng)又需要災(zāi)后排煙,同時在發(fā)生火災(zāi)時需要關(guān)閉風(fēng)機(jī),所以二次控制方案在平時通風(fēng)控制的回路中增加火災(zāi)報警系統(tǒng)強(qiáng)制停機(jī)開關(guān)觸點,當(dāng)火災(zāi)報警系統(tǒng)檢測到火災(zāi)時會聯(lián)動關(guān)閉風(fēng)機(jī)。電力艙內(nèi)通風(fēng)機(jī)二次控制原理圖如圖4所示。

圖4　電力艙內(nèi)通風(fēng)機(jī)二次控制原理圖

電力艙內(nèi)通風(fēng)機(jī)為火災(zāi)后排煙,不同于火災(zāi)時需要運行的排煙風(fēng)機(jī),該風(fēng)機(jī)不屬于消防設(shè)備,所以對其配電及控制回路在火災(zāi)中的線路完整性不作要求,火災(zāi)后若其配電回路及控制回路未受損,則可通過按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)排煙;火災(zāi)后若其配電回路或控制回路受損不能正常運行,檢修人員則可通過外部人員進(jìn)出口進(jìn)入到風(fēng)機(jī)間內(nèi),通過一次系統(tǒng)中設(shè)置的就地隔離開關(guān)箱(見圖1)接入臨時電源,直接開啟風(fēng)機(jī)。通過以上論述可知,電力艙內(nèi)通風(fēng)機(jī)的控制不需要與消防風(fēng)機(jī)那樣設(shè)計,圖4中控制方案即可滿足要求[2]。

4　管廊內(nèi)照明的控制要求及方案

按規(guī)范要求,干支型城市綜合管廊全線均應(yīng)設(shè)置正常照明和應(yīng)急照明,應(yīng)急照明可兼做平時照明。

(1) 照明系統(tǒng)的控制要求。綜合管廊絕大部分為地下空間,平時工作人員在進(jìn)入管廊前需要打開相應(yīng)段內(nèi)的照明,所以管廊內(nèi)照明系統(tǒng)應(yīng)可以在遠(yuǎn)方進(jìn)行控制(BA、出入口處按鈕箱);火災(zāi)時需要滿足消防聯(lián)動及疏散要求,當(dāng)管廊內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時需通過火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動開啟相應(yīng)段內(nèi)的應(yīng)急照明,用于協(xié)同火災(zāi)確認(rèn)及必要疏散。綜合管廊內(nèi)照明按鈕箱一般設(shè)置于每段人員出入口處及相鄰段防火門處,同時在配電箱箱面設(shè)置照明開關(guān)按鈕,以實現(xiàn)照明系統(tǒng)的就地控制。

(2) 控制要求的電路實現(xiàn)。一般照明配電系統(tǒng)及二次控制原理圖如圖5所示。應(yīng)急照明配電系統(tǒng)及二次控制原理圖如圖6所示。

圖5　一般照明配電系統(tǒng)及二次控制原理圖

圖6　應(yīng)急照明配電系統(tǒng)及二次控制原理圖

平時為滿足照度要求,需開啟管廊內(nèi)相應(yīng)區(qū)段所有的照明,包括一般照明及兼做一般照明的應(yīng)急照明,所以遠(yuǎn)方控制時BA系統(tǒng)及按鈕箱控制可合用一套開、關(guān)燈中間繼電器KA1、KA2,利用KA1、KA2中間繼電器的輔助觸點實現(xiàn)正常照明及應(yīng)急照明的同開同關(guān)。

火災(zāi)時為滿足消防聯(lián)動及疏散要求,火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)聯(lián)動點亮應(yīng)急照明,在應(yīng)急照明控制回路中跳過選擇開關(guān)直接并入火災(zāi)報警系統(tǒng)開關(guān)觸點,使得火災(zāi)時應(yīng)急照明可靠點亮(見圖6)。

5　管廊內(nèi)排水泵的控制要求及方案

綜合管廊在使用過程中可能會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏水或者管道檢修放空水的狀況。因此,為滿足排水要求,綜合管廊每段需設(shè)置排水泵。

(1) 排水泵的控制要求。設(shè)置排水泵主要是為了管廊內(nèi)集水坑水位不超越規(guī)定的水位,傳統(tǒng)控制方式是采用浮球液位開關(guān)進(jìn)行就地液位自控+BA監(jiān)視。隨著智慧管廊的逐漸興起,為滿足智能化控制,排水泵采用液位保護(hù)+BA控制的綜合控制。

(2) 控制要求的電路實現(xiàn)。排水泵一次配電系統(tǒng)及液位示意圖如圖7所示。

圖7　排水泵一次配電系統(tǒng)及液位開關(guān)示意圖

排水泵二次控制原理圖如圖8所示。

圖8(a)方案為就地液位自控,是目前排水泵常用的一種控制方式,通過集水坑內(nèi)設(shè)置的浮球液位開關(guān)來自動控制排水泵的開停,使得集水坑內(nèi)液位保持在高水位(SL2)與低水位(SL1)之間。該控制方案中BA只監(jiān)視排水泵的運行及故障狀態(tài),不參與排水泵的開?？刂?。當(dāng)綜合管廊內(nèi)水管放空時,管廊內(nèi)多臺排水泵可能會同時啟動,對于管廊配電系統(tǒng)沖擊較大。

圖8　排水泵二次控制原理圖

圖8(b)方案中水泵主要由BA系統(tǒng)進(jìn)行控制,BA系統(tǒng)在溢流液位(SL3)與超低液位(SL1)(低于該水位,水泵繼續(xù)運行會受損)之間可以獨立控制水泵的啟停,液位控制僅作為保護(hù)措施,僅在高于溢流水位(SL3)時強(qiáng)制開泵及低于超低水位(SL1)時保護(hù)停泵,液位保護(hù)控制僅作為BA控制失效后的后備措施。該方案可通過后臺PLC編程避免多臺排水泵同時啟動,以免對管廊配電系統(tǒng)造成沖擊。

目前,地下綜合管廊逐步向智慧化發(fā)展,為了更好地實現(xiàn)智能控制,推薦采用圖8(b)方案。

6　結(jié)　語

結(jié)合綜合管廊內(nèi)幾類主要附屬設(shè)施的控制要求,探討相應(yīng)的二次控制原理圖,為了使二次控制原理圖更加簡潔明了,列舉的原理圖均未列入信號反饋電路。目前,綜合管廊正處于蓬勃發(fā)展的階段,列舉的幾種控制方案應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用效果不斷改進(jìn),如雙速風(fēng)機(jī)、雙泵輪換等各工藝新需求,以滿足綜合管廊建設(shè)水平的不斷提高。