成都東部新區(qū)絳溪二線（3號路）綜合管廊自動滅火系統(tǒng)設(shè)計

李馳昊， 許江城， 吳玥含， 江利， 伍小林

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 成都 610072）

城市綜合管廊是將電力、 通信、 熱力、 燃?xì)?、雨污水等多種市政管線集中敷設(shè)于同一地下空間，艙室內(nèi)管線種類多， 運行過程相互影響， 所以存在多種火災(zāi)風(fēng)險因素。 廊內(nèi)設(shè)有大量電器設(shè)備和電纜， 這些都可能導(dǎo)致帶電火災(zāi)（E 類）。 管廊建設(shè)水平提升也將燃?xì)夤艿兰{入綜合管廊， 但燃?xì)夤艿罋怏w泄漏可能引發(fā)氣體火災(zāi)（C 類）或爆炸。 此外， 運行的排水管道由于污水流動而釋放出可燃?xì)怏w， 這也是導(dǎo)致C 類火災(zāi)的原因之一。 廊內(nèi)熱水管和空調(diào)管線的保溫層和屏蔽層的材料易燃， 可能引起固體火災(zāi)（A 類）。 由此分析， 綜合管廊內(nèi)各種運行管線都是潛在的火災(zāi)風(fēng)險。 除此之外， 維修人員進(jìn)入管廊進(jìn)行日常維護(hù)和管理時， 可能會帶一些易燃材料和物品， 可能會引起A 類火災(zāi)或B 類火災(zāi)（液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)）。 綜上， 綜合管廊火災(zāi)原因有很多， 既有運行管道因素， 也有外部等因素。

結(jié)合規(guī)范要求及設(shè)計經(jīng)驗， 管廊內(nèi)容易引發(fā)火災(zāi)的主要是天然氣管道、 電力電纜兩類， 當(dāng)管廊艙室內(nèi)同時有兩類及以上的管線時， 火災(zāi)危險類別應(yīng)按危險性較大管線確定［1］。

本文以成都東部新區(qū)南中心絳溪二線（3 號路）綜合管廊為例， 介紹管廊消防措施及自動滅火系統(tǒng)選型計算， 進(jìn)行不同滅火系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟比較分析。

1 工程概況

成都東部新區(qū)南中心絳溪二線（3 號路）綜合管廊建設(shè)長度約1.8 km。 結(jié)合《空港新城綜合管廊規(guī)劃》要求和各市政管線等需求， 確定絳溪二線（3 號路）管廊凈空橫斷面尺寸為： （3.4 m ＋1.8 m） ×3.5 m， 包含綜合艙和電力艙。 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1 所示。

圖1 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig. 1 Standard cross-section of utility tunnel

其中， 綜合艙管線放置20 回10 kV 電力線纜、DN 400 mm 再生水管、 DN 600 mm 輸水管和40 孔通信線纜， 電力艙放置32 回10 kV 電力線纜。 根據(jù)火災(zāi)危險性分類， 結(jié)合艙內(nèi)管線布置情況， 綜合艙和電力艙危險類別均為丙類， 綜合艙定性為輕危險級， 電力艙則為中危險級。

2 綜合管廊內(nèi)消防措施

根據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定， 并結(jié)合管廊建設(shè)經(jīng)驗， 絳溪二線（3 號路）管廊主要的消防措施有：

（1） 防火分區(qū)。 防火分區(qū)按不超過200 m 設(shè)置， 共劃分11 個防火分區(qū)， 不同分區(qū)間利用常閉甲級防火門連通。

（2） 自動報警系統(tǒng)。 每個防火分區(qū)內(nèi)布置感溫光纜、 手動報警按鈕、 消防電話、 聲光報警器， 配電間布置差定溫探測器、 感煙探測器等設(shè)備。 每2個防火分區(qū)設(shè)置1 臺區(qū)域火災(zāi)報警控制器， 在控制中心設(shè)置火災(zāi)集中報警控制器， 區(qū)域及集中報警器之間采用光纜連接。 當(dāng)探測器及測溫光（電）纜發(fā)出檢測信號， 火災(zāi)報警裝置聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 跳出該防火分區(qū)的視頻畫面， 火災(zāi)報警控制主機可自動或通過人工確認(rèn)報警， 進(jìn)入火災(zāi)處理程序。

（3） 通風(fēng)系統(tǒng)。 管廊內(nèi)各艙室運行工況采用機械進(jìn)風(fēng)、 機械排風(fēng)的通風(fēng)方式。 大約每隔200 m 設(shè)為一個通風(fēng)區(qū)間， 區(qū)間內(nèi)一端設(shè)進(jìn)風(fēng)口另一端設(shè)出風(fēng)口， 形成推拉式的縱向通風(fēng)系統(tǒng)。 火災(zāi)工況時可關(guān)閉相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施， 確保發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)的密閉。 待確認(rèn)火災(zāi)熄滅并冷卻后， 啟動火災(zāi)后通風(fēng)系統(tǒng)排除火災(zāi)后殘余的有毒煙氣。

（4） 自動滅火系統(tǒng)。 自動滅火系統(tǒng)由超細(xì)干粉滅火劑、 滅火裝置智能控制主機、 區(qū)域控制單元、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等組成。 電力艙和綜合艙標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)1 排滅火裝置， 分別間距3 m 和2 m 布置， 對特殊節(jié)點設(shè)2 排滅火裝置， 排間距1.5 m 布置。 通過控制主機和控制單元對接外部控制信號， 實現(xiàn)火災(zāi)工況時啟動滅火裝置噴灑超細(xì)干粉滅火。

（5） 手動滅火器。 滅火器型號為手提式磷酸銨鹽干粉滅火器（MF／ABC6）， 充裝6 kg 滅火劑。 電力艙和綜合艙分別間隔40 m 和30 m 設(shè)置2 具滅火器，通風(fēng)口防火門處、 投料口等所有節(jié)點均設(shè)置滅火器。

3 綜合管廊自動滅火系統(tǒng)比較

目前， 國內(nèi)綜合管廊采用的自動滅火方式有：氣體、 水噴霧、 超細(xì)干粉、 高壓細(xì)水霧、 氣溶膠等方式。 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及工程案例， 對常見滅火方式進(jìn)行設(shè)計參數(shù)計算和工程建設(shè)內(nèi)容分析比較。

3.1 氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火系統(tǒng)由輸氣管道、 儲存裝置、 啟動裝置、 控制系統(tǒng)和外儲壓式滅火劑等組成。 鹵代烷烴滅火劑（七氟丙烷等）易保存， 可用于撲滅A、 B、E 類火災(zāi)以及滅火前能切斷氣源的氣體火災(zāi)， 目前國內(nèi)應(yīng)用的實例有沈陽南運河綜合管廊、 武漢市中央商務(wù)區(qū)綜合管廊等［2］。

氣體滅火以七氟丙烷為介質(zhì)， 設(shè)計以GB50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》為根據(jù)， 參考該規(guī)范的3.3.14 公式計算， 對單個防火分區(qū)進(jìn)行設(shè)計。 海拔高度修正系數(shù)K ＝0.885， 實際容積V ＝2 380 m3， 質(zhì)量體積S ＝0.137 16 m3／kg， 滅火劑設(shè)計濃度C1＝9%， 計算得到滅火劑設(shè)計用量W ＝1 518.78 kg。 根據(jù)儲存容器內(nèi)剩余量ΔW1＝40.81 kg、 管網(wǎng)內(nèi)剩余量ΔW2＝0， 計算得儲存量W0＝1 559.59 kg， 每個防火分區(qū)需設(shè)置1 套外儲壓式氣體滅火系統(tǒng)， 10 個儲氣瓶， 儲氣瓶約占用15.5 m2。 本項目共需設(shè)置100 個158.76 kg 鋼瓶， 需占用155 m2的儲氣瓶儲存空間。 計算分析可知， 七氟丙烷氣體滅火存在占地空間大、 藥劑量多， 需專門設(shè)置土建存儲空間， 對保護(hù)長距離綜合管廊經(jīng)濟成本較高。

3.2 水噴霧滅火系統(tǒng)

水噴霧滅火系統(tǒng)由加壓供水泵組、 雨淋閥組、供水管道和噴頭等組成［3］， 通過水壓作用將水流分解成細(xì)小的霧狀水滴噴向燃燒物， 可高效撲救A、B 和E 類火災(zāi)等。 管廊工程應(yīng)用水噴霧滅火系統(tǒng)的實例有合肥市濱湖城市天地綜合管廊、 廣州市疾控中心道路管溝、 上海安亭新鎮(zhèn)管廊等［4］。

水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計以GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》為根據(jù)， 參考該規(guī)范的7.1～7.2 公式計算， 設(shè)計噴霧強度q1＝13 L／（min·m2），持續(xù)供給時間t ＝0.4 h， 計算得出200 m 防火分區(qū)水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計流量Q ＝154.86 L／s， 水箱容量V ＝223 m3。 系統(tǒng)采用DN 150 mm 管道， 根據(jù)管道內(nèi)水的平均流速v ≤5 m／s， 計算得到單位長度水頭損失i ＝0.003 2 MPa／m。 根據(jù)噴頭工作壓力不小于0.35 MPa、 管道工作壓力不大于1.6 MPa， 推算出1 套水噴霧系統(tǒng)的保護(hù)半徑不超過386 m。 故本項目需設(shè)置7 套泵組， 水箱總體積達(dá)1 631 m3。水噴霧滅火系統(tǒng)中消防主管管徑大， 設(shè)計用水量多， 并且水箱占用空間大。 假若發(fā)生火災(zāi)， 短時間內(nèi)噴頭噴射大量消防用水， 應(yīng)同時考慮廊內(nèi)排水問題， 從而增加管廊集水坑尺寸和排水泵組規(guī)模。

3.3 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)由超細(xì)干粉滅火裝置、 火災(zāi)探測器及控制線纜、 區(qū)域控制單元、 控制主機等組成。 超細(xì)干粉滅火可撲滅A、 B 和C 類火災(zāi)， 主要應(yīng)用的實例有廣州市環(huán)11 號線管廊、 廣州智慧城管廊、 長沙高塘坪管廊等［5］。

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計以DB35／T 1153—2011《超細(xì)干粉自動滅火裝置設(shè)計、 施工及驗收規(guī)范》和GB 50347—2004《干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》為根據(jù)，GB 50347—2004 第2.1.3 條規(guī)定： 局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)主要由一個適當(dāng)?shù)臏缁饎┕?yīng)源組成， 它能將滅火劑直接噴放到著火物上或認(rèn)為危險的區(qū)域； 第3.1.3 條規(guī)定： 局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)時在噴頭和保護(hù)對象之間、 噴頭噴射角范圍內(nèi)不應(yīng)有遮擋物。 綜合管廊是管線布置較為密集的市政設(shè)施， 管線之間距離較近， 管線下方有支架支撐； 且管廊設(shè)計時， 管廊內(nèi)10 kV 電纜一般不由電力院進(jìn)行專項設(shè)計， 無法確定其電力電纜接頭部位。 若采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)， 很難保證其噴射角范圍無遮擋物的要求。 因此， 電力電纜接頭部位、 電力電纜艙室以及變配電室安裝的超細(xì)干粉滅火裝置應(yīng)采用全淹沒滅火系統(tǒng)。

計算得設(shè)計滅火劑濃度C ＝0.12， 保護(hù)區(qū)容積Vv＝2 380 m3， 保護(hù)區(qū)內(nèi)不燃燒體和難燃燒體總體積Vg＝0 m3（管廊內(nèi)不燃燒體和難燃燒體主要以支架為主， 所占體積小， 忽略不計）， 配置場所危險等級補償系數(shù)K1＝1.5， 防護(hù)區(qū)不密封度補償系數(shù)K2＝1.1， 噴射不均勻補償系數(shù)K3＝1.0， 計算得滅火劑用量m ＝472 kg。 滅火裝置采用5 kg 規(guī)格， 每個防火分區(qū)需設(shè)置95 具滅火裝置， 布置間距為2.1 m。 艙室內(nèi)裝置布置如圖2 所示。 該裝置可直接懸掛在管廊內(nèi)部， 無需單獨存儲， 且占用體積小。 滅火裝置設(shè)置平面示意如圖3 所示， 從應(yīng)用及設(shè)計角度考慮， 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)符合前期投資低的設(shè)計要求， 適用于本項目。 該系統(tǒng)如果運行管理到位，對初期火災(zāi)有較好滅火效果。 但目前尚未推出關(guān)于超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的國家設(shè)計規(guī)范， 設(shè)計一般根據(jù)地方標(biāo)準(zhǔn)， 使超細(xì)干粉系統(tǒng)設(shè)計難以滿足不同工程需求， 對規(guī)模較大的綜合管廊存在一定消防隱患。

圖2 綜合管廊消防標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig. 2 Fire extinguishing standard cross-section of utility tunnel

圖3 綜合艙超細(xì)干粉滅火裝置設(shè)置平面示意Fig. 3 Schematic plan of superfine dry powder fire extinguishing device in comprehensive cabin

3.4 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)主要有水源、 供水裝置、區(qū)域選擇閥、 壓力開關(guān)、 開放式噴頭、 火災(zāi)報警控制器、 火災(zāi)探測器及供水管網(wǎng)組成［6］， 可撲救A、B、 C、 E 類火災(zāi)和特殊的立體火災(zāi)。 主要應(yīng)用的實例有貴安新區(qū)、 成都、 上海臨港新城、 南京河西、 蘭州蘭石CBD、 嘉興科技城綜合管廊等［7］。

滅火系統(tǒng)設(shè)計以GB 50898—2013《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》為根據(jù)， 參考該規(guī)范的3.4 公式計算， 噴頭選用K ＝1.0， 工作壓力P ≥10 MPa， 計算噴頭流量q0=10 L／min 。 噴頭安裝間距在1.5～3.0 m 之間， 每個防火分區(qū)計算得噴頭72 只， 間距2.8 m。 每個防火分區(qū)再劃分為5 個較小保護(hù)區(qū)，若發(fā)生火災(zāi)只啟動相鄰保護(hù)區(qū)， 預(yù)計啟用44 只，設(shè)計流量q1=440 L／min。 將泵站設(shè)在管廊結(jié)構(gòu)處，距最遠(yuǎn)端單向距離約1 852 m， 輸水主管道DN 65 mm， 則泵組距最不利點噴頭處的沿程阻力損失約1.59 MPa， 設(shè)計壓力為噴頭工作壓力加上沿程水頭損失共11.59 MPa。 選擇1 套泵組， 泵組參數(shù)為XSWBG500／14（泵組流量為500 L／min， 大于設(shè)計流量440 L／min； 泵組工作壓力為14 MPa， 大于設(shè)計壓力11.59 MPa； 服務(wù)半徑1 800 m 左右）。 本項目預(yù)設(shè)一路市政供水， 水箱凈體積V ＝10.56 m3，噴頭布置共720 只， 整套系統(tǒng)只需設(shè)置1 套高壓細(xì)水霧泵組， 泵房占地面積小， 噴頭用水量少（約7.7 L／s）， 遠(yuǎn)低于水噴霧滅火系統(tǒng)， 因此， 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)也適用于本項目。

4 技術(shù)比較及生命周期分析

氣體滅火系統(tǒng)可有效滅火， 但實際滅火中不確定因素較多， 并且空間密閉性被破壞后滅火失效率較高， 一旦復(fù)燃， 滅火系統(tǒng)無法再次啟動； 此外，氣體滅火介質(zhì)用量大， 存儲空間大。 綜上可得， 氣體滅火適用于短距離小容積的綜合管廊。

水噴霧系統(tǒng)可重復(fù)啟動， 滅火效果好， 但電氣絕緣性差， 易導(dǎo)致積水帶電， 不適用于電氣火災(zāi)。從設(shè)計角度分析， 水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計流量大、 輸水管徑大、 占用廊內(nèi)空間， 且需增大廊內(nèi)排水規(guī)模，應(yīng)用可行性低， 適用短距離小容積的綜合管廊。

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)滅火效率高， 前期投資低，系統(tǒng)組成簡單無需單獨存儲， 但后期維護(hù)成本高，適用于長度中短（長度小于2 km）的綜合管廊。

高壓細(xì)水霧滅火效果好， 消防系統(tǒng)供水要求較低， 但系統(tǒng)組成較復(fù)雜， 前期投資較高； 高壓細(xì)水霧滅火效果好， 噴頭作用后煙塵顆粒與細(xì)水霧粘合， 減少空氣中的煙塵含量， 有效防止煙氣二次損害。 但細(xì)水霧滅火系統(tǒng)管路水頭損失相對較高， 需要專用的消防水池和泵站系統(tǒng)以保證長距離綜合管廊的壓力需求［8］， 因此， 高壓細(xì)水霧滅火適合長距離大規(guī)模的綜合管廊。

根據(jù)管廊項目設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)不同滅火系統(tǒng)建設(shè)運行投資， 具體如表1 所示。 結(jié)合上文對不同滅火系統(tǒng)設(shè)計分析， 氣體、 水噴霧和超細(xì)干粉投資與管廊長度呈線性增長， 即每個公里建設(shè)內(nèi)容基本相同、 投資接近。 案例分析中高壓細(xì)水霧系統(tǒng)中1 套泵站保護(hù)半徑可達(dá)1.8 km， 合理布置泵站位置保護(hù)半徑可超過3 km。 當(dāng)管廊長度規(guī)模小于1 套高壓細(xì)水霧系統(tǒng)保護(hù)范圍內(nèi)， 管廊長度規(guī)模越長， 高壓細(xì)水霧的經(jīng)濟效益越顯著。 因此， 當(dāng)管廊長度規(guī)模小于2 km 時， 可考慮選用氣體、 水噴霧和超細(xì)干粉滅火； 大于2 km 時， 高壓細(xì)水霧滅火更為經(jīng)濟實用。

表1 不同滅火系統(tǒng)投資比較Tab. 1 Investment comparison of different fire extinguishing systems

5 結(jié)語

成都東部新區(qū)絳溪二線（3 號路）綜合管廊內(nèi)管線種類多， 運行時間長， 易相互影響。 其中， 電力管線最易引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險， 一旦發(fā)生將直接導(dǎo)致地塊電力和燃?xì)獾认到y(tǒng)中斷。 因此， 廊內(nèi)消防工程顯得尤為重要。 消防工程設(shè)計中滅火方式的選擇是難點之一， 選擇滅火方式要考慮管廊結(jié)構(gòu)、 建設(shè)規(guī)模和運營管理水平。 結(jié)合實際情況及成都地區(qū)綜合管廊設(shè)計經(jīng)驗， 絳溪二線（3 號路）綜合管廊選擇超細(xì)干粉滅火， 滿足設(shè)計規(guī)范要求。 超細(xì)干粉滅火可廣泛應(yīng)用于小型綜合管廊消防系統(tǒng)。