綜合管廊火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

章 海 玲

[上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海　200125]

0　引　言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,原有的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化管網(wǎng)體系建設(shè)中遇到各種問題,諸如因管線增容和維修而反復(fù)開挖,嚴(yán)重影響市民交通出行(經(jīng)濟(jì)損失巨大),且伴有安全隱患及架空管線影響市容等不利影響。在這種背景下,為提升管線建設(shè)水平和保障市政管線的安全運(yùn)行,2013 年以來相繼出臺(tái)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》、《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》等一系列政策和法規(guī),全國(guó)各地紛紛加大規(guī)劃和建設(shè)力度,僅2016年住建部就在全國(guó)范圍內(nèi)部署開工建設(shè)2 000 km的綜合管廊,2017年建設(shè)里程超6 500 km。在綜合管廊的建設(shè)過程中,隨著電力電纜、燃?xì)夤芫€的引入,帶來火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

1　綜合管廊火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及特點(diǎn)

綜合管廊內(nèi)部安裝多種管線,火災(zāi)危險(xiǎn)性類別不同。根據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》[1]中第7.1.1條,各管線的綜合管廊艙室火災(zāi)危險(xiǎn)性分類如表1所示。

表1　各管線的綜合管廊艙室火災(zāi)危險(xiǎn)性分類

由表1可知,天然氣管道火災(zāi)危險(xiǎn)類別屬于甲類(天然氣管道發(fā)生泄漏擴(kuò)散,容易引發(fā)火災(zāi)和爆炸等嚴(yán)重后果),故一般需單艙布置。除天然氣火災(zāi)外,電纜火災(zāi)是最大安全隱患。

電纜火災(zāi)具有如下特點(diǎn):

(1) 一般共同溝斷面布置上會(huì)為電力電纜設(shè)置專用通道,電纜通道內(nèi)除了電線電纜的保護(hù)層可以被動(dòng)燃燒(根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中第12.3.1條規(guī)定,隧道內(nèi)所有電纜的燃燒性能均為A級(jí))外,無其他可燃物,因此共同溝內(nèi)在排除認(rèn)為破壞(縱火)的情況下,僅在電纜接頭處接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱、電纜短路(短路故障點(diǎn)在共同溝外)等故障情況下,才可能引起電線電纜保護(hù)材料燃燒,燃燒的必然結(jié)果是電力保護(hù)層破壞,導(dǎo)致電纜短路,從而短時(shí)間內(nèi)(一般為幾秒)觸發(fā)保護(hù)跳閘,使故障電纜退出運(yùn)行,已經(jīng)燃燒的電纜在失去火源(故障發(fā)熱)后自行熄滅(阻燃特性)。由于綜合管廊電力電纜數(shù)量多、敷設(shè)密集,且電纜艙內(nèi)電纜敷設(shè)集中,當(dāng)一條電纜發(fā)生故障時(shí)易造成周圍其他電纜燃燒(電纜的成束燃燒),并引起二次短路,加快火勢(shì)蔓延。

(2) 高溫有毒煙霧聚集,嚴(yán)重威脅人員生命安全。電纜燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高溫有毒濃煙(CO、氰化氫(HCN)、氮的氧化物(NOx)、含有硫有機(jī)物燃燒產(chǎn)生硫的氧化物(SOx)等),這些有毒有害氣體會(huì)使人窒息,甚至死亡,嚴(yán)重妨礙救火工作的進(jìn)行和人員疏散。

(3) 管廊空間狹長(zhǎng),撲救和搶修困難,火災(zāi)后恢復(fù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),容易造成城市大面積停電停產(chǎn)。

因此,綜合管廊作為城市工業(yè)、商業(yè)電力、通信的輸送通道,是火災(zāi)防控中的重中之重,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)綜合管廊意義重大[3-4]。

2　設(shè)計(jì)內(nèi)容

GB 50838—2015《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中第7.5.7條規(guī)定,干線、支線綜合管廊含電力電纜的艙室應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),并應(yīng)設(shè)置防火門監(jiān)控系統(tǒng);第7.1.9條規(guī)定,干線綜合管廊中容納電力電纜的艙室,支線綜合管廊中容納6根及以上電力電纜的艙室應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng);其他容納電力電纜的艙室宜設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

因此,一般在管廊項(xiàng)目的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:常規(guī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),防火門監(jiān)控系統(tǒng),自動(dòng)滅火系統(tǒng),可燃?xì)怏w火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。其中自動(dòng)滅火系統(tǒng)在滅火劑類型上一般有高壓細(xì)水霧和超細(xì)干粉等,自動(dòng)滅火系統(tǒng)的滅火劑選型及管網(wǎng)設(shè)計(jì)一般由消防水系統(tǒng)完成。本文對(duì)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討只限于控制系統(tǒng)部分,管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不作探討。

3　方案設(shè)計(jì)

某工程綜合管廊總長(zhǎng)度為7.5 km,斷面為3艙,納入管線情況:燃?xì)馀?1根DN500燃?xì)夤艿?綜合艙,1根DN1000給水管,1 根DN500給水管,32孔通信線纜(含自用),20孔10 kV電力線纜;電力艙,6回路110 kV高壓電力線纜,8孔10 kV電力線纜(自用)。外包結(jié)構(gòu)尺寸為9.3 m×4.1 m。

該工程以不大于400 m設(shè)通風(fēng)區(qū)間,以不大于200 m設(shè)防火區(qū)間,以每約1.5 km設(shè)分變電所。每個(gè)通風(fēng)區(qū)間兩端設(shè)通風(fēng)口,每個(gè)防火區(qū)間兩端設(shè)逃生口,分變電所及通風(fēng)區(qū)間兩端的逃生口與通風(fēng)口合建。

綜合管廊節(jié)點(diǎn)有端頭井、吊裝口、管線分支口、通風(fēng)口、逃生口、人員出入口、交叉節(jié)點(diǎn)等,吊裝口、通風(fēng)口、逃生口等節(jié)點(diǎn)可合并設(shè)置。

某綜合管廊艙室斷面圖如圖1所示。

圖1　某綜合管廊艙室斷面圖

3.1　系統(tǒng)要求

(1) 自動(dòng)分析報(bào)警:根據(jù)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)前端探測(cè)設(shè)備(感煙探測(cè)器、線型感溫火災(zāi)探測(cè)器等)或測(cè)溫系統(tǒng)檢測(cè)分析火災(zāi)危險(xiǎn)情況后,及時(shí)向控制中心發(fā)送報(bào)警信息,聯(lián)動(dòng)相關(guān)消防設(shè)備。

(2) 人工報(bào)警:當(dāng)檢修人員發(fā)現(xiàn)火情時(shí),檢修人員可以手動(dòng)報(bào)警,關(guān)閉區(qū)域防火門,聯(lián)動(dòng)相應(yīng)消防設(shè)備。

(3) 控制及反饋:控制中心是火災(zāi)報(bào)警中心,負(fù)責(zé)接收并記錄危險(xiǎn)警報(bào)信息,包括系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備維護(hù)報(bào)告等。根據(jù)火災(zāi)報(bào)警的地點(diǎn),對(duì)相關(guān)設(shè)備作相應(yīng)的控制(可自動(dòng)、人工遙控操作)。

(4) 顯示:報(bào)警點(diǎn)及設(shè)備狀態(tài)在智能火災(zāi)報(bào)警控制器上顯示,同時(shí)也可在中文彩色圖形終端上顯示。

3.2　常規(guī)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

(1) 系統(tǒng)方案。

① 火災(zāi)檢測(cè)方案。按照規(guī)范,該工程三艙均應(yīng)作為火災(zāi)探測(cè)對(duì)象。對(duì)于電力艙/綜合艙,根據(jù)GB 50838—2015《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第7.5.7條,應(yīng)在電力電纜表層設(shè)置線型感溫火災(zāi)探測(cè)器,并應(yīng)在艙室頂部設(shè)置線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器或感煙火災(zāi)探測(cè)器;對(duì)于燃?xì)馀?根據(jù)GB 50838—2015第7.5.8條規(guī)定:天然氣管道艙應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng),且應(yīng)接入可燃?xì)怏w報(bào)警控制器;對(duì)于其他節(jié)點(diǎn),設(shè)備用房、管理用房設(shè)置地址式光電感煙探測(cè)器。

② 系統(tǒng)架構(gòu)方案。目前,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)總線、電話總線和CAN總線等信號(hào)傳輸距離一般都在2 km以內(nèi),采用光纖通信能夠完成遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。該綜合管廊長(zhǎng)度為7.5 km,報(bào)警形式選擇控制中心報(bào)警系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng),結(jié)合運(yùn)營(yíng)管理,選一處控制室FAS控制器作為主站,其余4座FAS控制器作為從站,主從站通過光纖通信完成。FAS全線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　FAS全線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每個(gè)區(qū)段內(nèi)設(shè)置1臺(tái)FAS控制器,另設(shè)置l臺(tái)防火門監(jiān)控器,后者通過CAN總線與火災(zāi)報(bào)警控制器連接。此外,區(qū)段內(nèi)各防火分區(qū)的氣體滅火裝置也通過CAN總線接入本區(qū)段控制站火災(zāi)報(bào)警控制器,最終每段區(qū)段內(nèi)的控制站形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元系統(tǒng),并能與其余控制站通信。各防火分區(qū)內(nèi)設(shè)模塊箱(模塊箱內(nèi)設(shè)輸入、輸出模塊),將各防火分區(qū)的各受控設(shè)備接入?yún)^(qū)段火災(zāi)報(bào)警控制器。一般在綜合管廊的設(shè)計(jì)中還會(huì)設(shè)置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),通過火災(zāi)報(bào)警控制器的數(shù)據(jù)通信接口,向設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息和模式指令,設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)按照火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的模式指令將其所監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換為預(yù)定的火災(zāi)模式,火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出的指令具有最高優(yōu)先權(quán)。此外,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)預(yù)留接口,接入綜合管廊的統(tǒng)一管理信息平臺(tái)。

(2) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器(聯(lián)動(dòng)型)、火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光警報(bào)器、電氣火災(zāi)監(jiān)控器、可燃?xì)怏w報(bào)警控制器、模塊箱、總線電纜等組成。當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí),將發(fā)生位置、檢測(cè)溫度等信息即時(shí)發(fā)送至中心系統(tǒng),中心系統(tǒng)即時(shí)啟動(dòng)消防響應(yīng)預(yù)案,聯(lián)動(dòng)消防設(shè)施。

在管廊控制中心內(nèi)設(shè)火災(zāi)報(bào)警上位機(jī)及圖形控制系統(tǒng)。圖形控制系統(tǒng)可以顯示整個(gè)火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。在控制中心建筑物內(nèi)采用點(diǎn)式感溫/感煙探頭;因電纜綜合管廊為連續(xù)的狹長(zhǎng)空間,在綜合管廊干/支線電力電纜艙內(nèi)設(shè)置感溫光纖及可恢復(fù)式(或不可恢復(fù)式)纜式感溫探測(cè)器作為火災(zāi)探測(cè)設(shè)備,實(shí)時(shí)對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),感溫光纖探測(cè)主機(jī)通過不斷地向敷設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)的傳輸光纜發(fā)射激光,同時(shí)對(duì)傳輸光纜返回的光信號(hào)進(jìn)行光譜分析,將處理好的信號(hào)在顯示屏上顯示并接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng);在燃?xì)馀搩?nèi)采用可燃?xì)怏w探測(cè)器作為探測(cè)設(shè)備,設(shè)置間距為15 m,報(bào)警信號(hào)接入可燃?xì)怏w報(bào)警控制器,并由可燃?xì)怏w報(bào)警控制器接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

火災(zāi)檢測(cè)和報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制分為兩類,手動(dòng)控制方案和自動(dòng)控制方案,兩種方案可交替采用。兩種方案控制流程如下:

對(duì)于一次完整的自動(dòng)火災(zāi)檢測(cè)和報(bào)警控制,應(yīng)執(zhí)行如下流程:

① 正常情況下,火災(zāi)檢測(cè)設(shè)備和火災(zāi)報(bào)警設(shè)備均處于火災(zāi)監(jiān)視狀態(tài)。

② 綜合管廊某處發(fā)生火災(zāi)時(shí),火災(zāi)探測(cè)設(shè)備向火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)送火災(zāi)信息。

③ 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器通過通信鏈路向控制中心發(fā)送火災(zāi)信息,包括火災(zāi)位置、溫度信息、報(bào)警信息等。

④ 中心火災(zāi)報(bào)警主機(jī)接收到火災(zāi)信息,控制控制中心火災(zāi)聲光警報(bào)器進(jìn)行報(bào)警,同時(shí)通過軟硬件警示控制中心工作人員。

⑤ 在自動(dòng)控制模式下,系統(tǒng)啟動(dòng)預(yù)先設(shè)置好的消防自動(dòng)控制預(yù)案,通過設(shè)定的聯(lián)動(dòng)控制邏輯對(duì)火災(zāi)報(bào)警前端設(shè)備和消防設(shè)備下達(dá)控制指令;在手動(dòng)控制模式下,中心工作人員通過人工方式(視頻、應(yīng)急電話、無線對(duì)講等)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)進(jìn)行確認(rèn),手動(dòng)啟動(dòng)消防控制預(yù)案,通過設(shè)定的聯(lián)動(dòng)控制邏輯對(duì)火災(zāi)報(bào)警前端設(shè)備和消防設(shè)備下達(dá)控制指令。

⑥ 綜合管廊內(nèi)部的相關(guān)火災(zāi)報(bào)警控制分機(jī)通過通信鏈路接收到主機(jī)的控制指令,控制設(shè)備所管轄的火災(zāi)聲光報(bào)警器(開啟報(bào)警功能),警示管廊內(nèi)部工作人員;控制相關(guān)防火分區(qū)設(shè)備啟動(dòng),門禁解鎖,切斷非消防電源,消防設(shè)備進(jìn)行滅火等。

⑦ 當(dāng)火情結(jié)束后需開啟相關(guān)防火分區(qū)防煙防火閥,啟動(dòng)風(fēng)機(jī)設(shè)備對(duì)防火分區(qū)排煙。

3.3　防火門監(jiān)控系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)以不大于200 m設(shè)防火區(qū)間,防火門主要設(shè)置于防火分區(qū)軸處,管廊內(nèi)的防火門數(shù)量較多且分布分散?？紤]到綜合管廊狹長(zhǎng)的特點(diǎn),每個(gè)區(qū)段設(shè)置1臺(tái)防火門監(jiān)控器,通過CAN總線接入該區(qū)段火災(zāi)報(bào)警控制器。防火門門磁開關(guān)、電動(dòng)閉門器通過監(jiān)控模塊以總線接入監(jiān)控器。當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)后,火災(zāi)報(bào)警控制器給防火門監(jiān)控器下達(dá)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉常開防火門指令,并接收反饋指令。

3.4　自動(dòng)滅火系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)范GB 50838—2015,含電力管的艙室設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng),同時(shí)設(shè)置手提式滅火器。通常對(duì)于密閉環(huán)境內(nèi)的電氣火災(zāi)可采用如下一些滅火措施:氣體滅火,高倍數(shù)泡沬滅火,水噴霧滅火,高壓細(xì)水霧滅火,超細(xì)干粉滅火。

每套滅火系統(tǒng)由控制子系統(tǒng)和管網(wǎng)子系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)應(yīng)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作三種啟動(dòng)方式,與FAS系統(tǒng)相關(guān)的即為自動(dòng)控制。正常情況下,系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài),自動(dòng)完成火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、聯(lián)動(dòng)控制及滅火整個(gè)過程,應(yīng)由同一防護(hù)區(qū)內(nèi)兩類獨(dú)立火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)作為系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。

3.5　可燃?xì)怏w火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

在天然氣艙內(nèi)頂部和人員出入口、逃生口、吊裝口、通風(fēng)口等艙室內(nèi)最高點(diǎn)氣體易于聚集處設(shè)置天然氣探測(cè)器,且設(shè)置間隔≤15 m。區(qū)間內(nèi)的天然氣探測(cè)器通過總線設(shè)置在每個(gè)監(jiān)控與報(bào)警區(qū)間的工作井或盾構(gòu)井的弱電機(jī)房的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器內(nèi)?？扇?xì)怏w報(bào)警控制器通過光纖將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心可燃?xì)怏w報(bào)警主機(jī),再通過CAN總線將相關(guān)報(bào)警信息接至控制中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)。

天然氣艙內(nèi)的天然氣濃度超過報(bào)警濃度設(shè)定值(爆炸下限的20%)時(shí),由可燃?xì)怏w報(bào)警控制器聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)天然氣艙事故段區(qū)間及其相鄰區(qū)間的事故風(fēng)機(jī)。

4　結(jié)　語(yǔ)

從綜合管廊的火災(zāi)特點(diǎn)和現(xiàn)行消防規(guī)范要求的角度,分析綜合管廊火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),結(jié)合某項(xiàng)目工程,詳細(xì)描述了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)火災(zāi)檢測(cè)方案、系統(tǒng)架構(gòu)方案以及各分系統(tǒng)的建設(shè)方案,可為今后類似項(xiàng)目提供參考。