“雙碳”背景下電纜隧道、綜合管廊電力艙人員口部及防火分區(qū)設(shè)置研究

吳慶華?王恒棟?李國榮?肖燃?李健?羅楚軍

一、引言

電纜隧道和綜合管廊電力艙（以下簡稱“電纜隧道”）屬于地下構(gòu)筑物，在地面必然會有各類口部或孔洞，提供人員定期和不定期出入的途徑。電纜隧道還需合理設(shè)置防火分區(qū)滿足消防規(guī)定。這些人員口部及防火分區(qū)的設(shè)置，對地下空間占用、地上與環(huán)境的協(xié)調(diào)性、運維便利性、工程投資也都有較大影響。

為促進電力隧道（管廊）綠色健康發(fā)展，本文從實現(xiàn)雙碳目標、安全可靠、經(jīng)濟合理、環(huán)境友好的目的出發(fā)，對電纜隧道人員口部及防火分區(qū)設(shè)置相關(guān)問題進行研究探討，并給出了工程實施建議。

二、關(guān)于人員口部

（一）規(guī)范口部功能定位與用詞

人員出入電纜隧道會有多種目的和需求，出入的環(huán)境和狀態(tài)也多樣。在目前的工程實踐中，出現(xiàn)了多種口部名稱表述，顯得十分混亂，功能定位相互重疊，不利于工程建設(shè)。各類規(guī)程規(guī)范用詞也不盡一致。表1收集了共14個具有代表性的（包括便于縱向比較的歷史沿革版本）國標、行標和企標等相關(guān)規(guī)范和標準?？梢钥闯觯藛T口部有多種表達：人員出入口、出入口、疏散出口、安全出口、安全孔、逃生口等。

表1 相關(guān)規(guī)范和標準的表述

歸納來看，人員口部有兩類：（1）運行人員正常條件下、可攜帶必要的工器具步行出入的口部；（2）運行人員緊急情況下安全撤離地下電纜隧道的口部。從功能定位來看，前者可用“出入口”一詞，后者可用“安全孔”一詞。

出入口方便攜帶工具，占用地下地上空間大，間距的設(shè)置應(yīng)大于安全孔的間距。其地面上帶有可開啟和關(guān)閉扇門的一定規(guī)模的小工作間的構(gòu)筑物，地面下方設(shè)置方便運行人員上下的樓梯（圖1）。

圖1 出入口

安全孔方便盡快撤離，間距的設(shè)置應(yīng)小于出入口的間距。其口部設(shè)置滿足要求的井蓋。井蓋尺寸一般為800～1000mm，形式為圓孔或方孔，只可從內(nèi)部向外翻起。地上與地面齊或高于地面300～500mm。地下設(shè)置爬梯供運行人員攀爬上下（圖2）。

圖2 安全孔

出入口和安全孔還應(yīng)結(jié)合工程具體條件，與其他功能口部，如設(shè)備口部、通風(fēng)口部等統(tǒng)一設(shè)置，減少空間占用，實現(xiàn)低碳高效。

（二）安全孔與逃生孔的選擇

安全孔有時也借用“逃生口”一詞來表達。但實際上這兩個詞是有實質(zhì)性差別的。

從字面上看，安全孔概括地表達了保證人員安全基本功能的含義，既包括緊急情況下的有序撤離，也包括危及人身安全時的緊急脫險。安全孔在正常情況下還可方便就近出入和運檢作業(yè)。顯然，逃生口的字面含義偏窄，只是安全孔的部分功能表達。

從適用場合上看，電纜隧道是專業(yè)的工作場所，對比公共場所區(qū)別明顯。這里人員密度很小，人員的年齡范圍跨度相對較小，不會發(fā)生人員聚集，不會擁擠，可以高效撤離；沒有大量的可燃物，沒有聚光燈之類的高溫用電設(shè)備；有自動滅火裝置；監(jiān)測系統(tǒng)已較為完善，可以較早發(fā)現(xiàn)隱患；整體結(jié)構(gòu)形式單一，標識簡單清晰。因此，把用于公共場所的逃生概念直接搬來不合適。

從適用對象上看，處于電纜隧道的專業(yè)人員是通過培訓(xùn)和有預(yù)案準備的，對火情和地下隧道的結(jié)構(gòu)和出口有清晰的掌握。專業(yè)人員根據(jù)緊急狀態(tài)可清晰判斷，或是就地處置或是經(jīng)必要的簡單處理后安全有序就近撤離。監(jiān)控中心也可隨時掌握電纜隧道中各設(shè)備狀態(tài)和專業(yè)人員所處位置，直接點對點地為每位專業(yè)人員給出對策、建議和指示。因此，緊急情況下，專業(yè)人員不會處于茫然和慌亂逃生的狀態(tài)。

最后，從源頭上看。表1統(tǒng)計了各用詞用于標準的份數(shù)和最早出現(xiàn)在標準中的時間。其中，“安全出口”8份（1987年），“出入口”4份（1995年），“疏散出口”2份（1998年），“安全孔”3份（2013年），“逃生口”2份（2015年）。從“安全”“疏散”著眼選詞（安全出口、出入口、疏散出口、安全孔）的共14份，選用“逃生”一詞的僅有2份。

可見，“逃生口”一詞在標準中出現(xiàn)的時間最晚，采用的標準份數(shù)較少。各行業(yè)更多、更早認同的是安全和疏散的根本內(nèi)涵。同時，“逃生口”易造成心理上的障礙和誤解。綜上所述，建議選用“安全孔”一詞。

三、關(guān)于防火分區(qū)

設(shè)立防火分區(qū)是指，采用一定措施防止火災(zāi)向其他區(qū)域蔓延，控制火災(zāi)影響范圍，提供一定時間供運維人員安全撤離的一種空間分區(qū)來隔離火情、火勢的思想方法和手段。從單純的防火角度看，防火分區(qū)越小，越利于控制火情火勢。

但是，防火分區(qū)設(shè)置過小，勢必帶來不便運行、投資增加等不利因素。首先是不便于電纜敷設(shè)，尤其是二期電纜敷設(shè)工程；其次是影響通風(fēng)，影響電纜載流量，勢必增大風(fēng)機功率和地面百葉窗面積；再次是增加監(jiān)控復(fù)雜性和運維工作量。因此，必須根據(jù)具體情況，多方面地分析，采用合適的措施較好地達到目的。

（一）電纜隧道防火分區(qū)的設(shè)置

《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》（GBJ 98—87）和升級版的《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50098—2009）、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50045—95）和升級版的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）（2018年版）都有關(guān)于1000m2的防火分區(qū)的表述。這些不同標準及多次的升級版，一般的概念是認同且沿用1000m2這個數(shù)值的。

《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50229—2006）規(guī)定，地下變電站防火分區(qū)建筑面積不應(yīng)大于1000m2。有自動滅火系統(tǒng)的面積可增加一倍。升級版的標準都基本上沿用了這一表述。

由此可見，防火分區(qū)及1000m2的概念源于人民防空工程設(shè)計、建筑防火設(shè)計，然后發(fā)電廠和變電站工程逐步采納而來。

對防火分區(qū)的面積，電纜隧道一直沒有有針對性的規(guī)程規(guī)范直接進行規(guī)定。兩份國標對安全孔的間距作出了規(guī)定：“5.4.4敷設(shè)電力電纜的艙室，逃生口間距不宜大于200m”和“5.6.6開挖式隧道的安全孔間距不應(yīng)大于200m”。

電纜隧道頂管直徑多為2.7～3.5m，少數(shù)有4.0m或5.0m大直徑的隧道。按最大5m考慮，200m長度計算，似乎得到了電纜隧道1000m²的防火分區(qū)面積。是否就按1000m²設(shè)置呢？但是，對于電纜隧道，1000m²和200m兩個數(shù)值均值得認真討論。

（二）合理設(shè)置電纜隧道防火分區(qū)

事實上，由前文可知，電纜隧道與防空工程或建筑工程有著諸多差異性，按1000m²簡單設(shè)置防火分區(qū)是不合適的。

我國《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016）表述為：“每個疏散門的平均疏散人數(shù)不應(yīng)超過250人。疏散人員密度按廳、室的建筑面積計算，人員密度0.5～1.0人/m²。疏散寬度按每100人不小于1.0m計”。國家電網(wǎng)公司企標QGDW 1864—2012規(guī)定：“5.2.4隧道內(nèi)人行通道的凈寬不小于800～1000mm。”如此計算，電纜隧道的防火分區(qū)可以遠遠超過1000m²。

科學(xué)適度地設(shè)置防火分區(qū)，要綜合考慮電纜本體、電纜接頭、電壓等級、電纜布置形式、電纜隧道開挖方式等多因素確定。

我國110kV及以上的高壓電纜火災(zāi)事故率逐年降低，運行經(jīng)驗表明，電纜本體的故障率更是遠低于電纜接頭。110kV及以上的高壓系統(tǒng)為中心點直接接地系統(tǒng)，發(fā)生故障切除速度快。10～35kV中壓系統(tǒng)多為中心點不直接接地系統(tǒng)，允許短時帶故障運行，中壓電纜的防護有一定壓力。目前，在供配電系統(tǒng)較為充分的城市中，中壓系統(tǒng)有逐步改造為直接接地系統(tǒng)的趨勢。高壓電纜多數(shù)為單獨成艙和中壓電纜共艙的建設(shè)形式，在防火分區(qū)的設(shè)置上也應(yīng)有所區(qū)別。

我國電網(wǎng)投運500kV電纜線路工程累計已有36.4km，電纜長度109km，自運行以來未發(fā)生過火災(zāi)。第一條電纜線路運行已10年以上，按未設(shè)防火分區(qū)建設(shè)。高壓電纜隧道或500kV電纜隧道可不設(shè)防火分區(qū)。

對于明挖隧道可以按2000～3000m2考慮，對于頂管和盾構(gòu)隧道，可以不作限制，由施工工法和人員出入口具體情況綜合確定。

四、關(guān)于安全孔的間距

表1中多個規(guī)程規(guī)范提出了200m安全孔的間距，已有文章從技術(shù)經(jīng)濟性上做了分析，本文試圖從其他維度來作一分析和思考，以達到安全可靠、經(jīng)濟合理的低碳目標。

（一）200m間距的來源及討論

20世紀80年代末，我國南方一個電廠發(fā)生了廠用電電纜溝火災(zāi)事故，造成了損失。電力行業(yè)首次提出廠內(nèi)電纜溝的防火分隔設(shè)想，每個分隔設(shè)立安全孔。

1994年，《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》（GB 50217）首次提出了安全孔的技術(shù)要求：“5.5.7電纜隧道應(yīng)每隔不大于75m距離設(shè)安全孔。”當時，電纜隧道多處于電廠圍墻內(nèi)，75m的間距并沒有太多問題。后來電纜隧道的建設(shè)初步擴展到城鎮(zhèn)公共區(qū)域，問題才逐步顯現(xiàn)。

2007年GB 50217修訂時，提出安全孔過于密集，影響工程設(shè)計和建設(shè)。條文遂修改為：“5.5.7在工業(yè)性廠區(qū)或變電所內(nèi)隧道的安全孔間距不宜大于75m。在城鎮(zhèn)公共區(qū)域開挖式隧道的安全孔間距不宜大于200m，非開挖式隧道的安全孔間距可適當加大，且宜根據(jù)隧道埋深并結(jié)合電纜敷設(shè)、通風(fēng)、消防等綜合確定。”條文在數(shù)值上有了變化，強制性用詞也改成了推薦性用詞。

這是電力部門在標準上第一次出現(xiàn)200m的要求。應(yīng)該說，200m這個數(shù)值是一定時期的認知，也符合當時的建設(shè)環(huán)境。隨后，相關(guān)的電力行業(yè)標準和跨行業(yè)的技術(shù)標準包括國標在對待電纜隧道時均引用了該數(shù)值，并逐步形成標準文本間互相引用。

2018年GB 50217再次修訂時，編制組對加大安全孔間距議題進行了較長時間討論，商定新版涉及安全孔間距的5.6.6條文文字暫不做改動，待廣泛收集資料，適時補充修訂。

2020年，北京市在總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗和科研成果的基礎(chǔ)上，對北京市地方標準進行了梳理和分析，提出了城市綜合管廊工程技術(shù)要點，北京市的相關(guān)要求為，綜合考慮消減綜合管廊出地面設(shè)施對道路、景觀的影響，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、合理設(shè)置” “統(tǒng)籌合并減少出地面孔口數(shù)量，自然進風(fēng)口可與逃生、人員出入口及吊裝口等合并設(shè)置”“通向室外地面的逃生口或逃生通道在地面上的間距不宜大于1200m?！?/p>

近年來，各地的工程建設(shè)在安全孔間距上有不同程度的調(diào)整增大?？梢灶A(yù)見，隨著工程實踐，對安全孔間距的認識加深，有必要就適度增大展開討論。

從前面對防火分區(qū)的分析可知，200m的間距與1000m2防火分區(qū)的概念和5m直徑考慮的管廊有較大的關(guān)聯(lián)性。按1000m2或更大的防火分區(qū)和1.0～2.0m的凈寬走道，這樣計算得到的間距已經(jīng)充分大了，可以認為這不是控制因素。電纜隧道、電力艙及其工井等的附屬設(shè)施，屬于專用電纜構(gòu)筑物，正常運行無人值守。在電纜隧道、電力艙內(nèi)設(shè)置的阻火墻或按通風(fēng)區(qū)段設(shè)置的阻火墻上增設(shè)可雙向開啟的防火門，檢修人員只要撤離著火區(qū)段的防火門便可視為安全，這樣安全孔的間距不是主要控制因素。防火門的間距可依據(jù)阻火段的設(shè)置或通風(fēng)區(qū)段設(shè)置確定，相對成本低，工程容易實現(xiàn)。因此，安全孔、安全孔間距不宜直接與防火分區(qū)關(guān)聯(lián)起來。

目前，電纜隧道或電力艙有較多頂管和盾構(gòu)，200m的間距在實現(xiàn)上有難度，同時，地面增加大量構(gòu)筑物有悖于架空輸電線路入地的初衷。多地的經(jīng)驗也說明，綜合管廊建設(shè)的初衷很大程度是讓出城市空間，所以應(yīng)更多地統(tǒng)籌考慮。

（二）安全孔間距的安全性因素

人員安全疏散的判定標準為：可用安全疏散時間大于必要安全時間。同時考慮報警時間和人員響應(yīng)時間。

美國消防工程師手冊里給出的數(shù)據(jù)是：“正常水平疏散速度1.1m/s，當人員密度大于2.0人/m2時，速度會大大降低?！庇袌蟾娼ㄗh，緊急情況人員疏散速度最大值可取3.5m/s。還有研究表明，當人群密度為1.0人/m2時，人流遷移流動呈自由流動狀態(tài)，平均速度為1.3m/s，快步行走速度為2.50m/s。這里按2.0m/s計算，對應(yīng)于200m、500m、800m、1000m，撤離時間分別為160s、310s、460s、560s。當火災(zāi)發(fā)生時，危及人身、妨礙人員撤離的主要有三個因素：熱輻射、有害氣體和能見度。其中能見度是第一位的，是先于其他兩個對人產(chǎn)生影響的。研究表明，可用安全疏散時間大于必要安全時間。由此可見，及時撤離人員是安全的，人員安全不是安全孔間距的控制因素。

因此，安全孔的間距設(shè)置應(yīng)該因工程具體情況而定。對于明挖式隧道，安全孔的間距可取400～600m。對于頂管和盾構(gòu)工法的隧道，頂進井、接收井可以設(shè)立出入口或安全孔，當區(qū)間較大時，出入口按1～2km或結(jié)合變電站位置統(tǒng)一設(shè)置。綜合考慮后，工程設(shè)置防火分隔，可按兩個口部間作為一個防火分區(qū)進行分隔。若考慮到設(shè)備的安全性，較長的口部間可增加一個防火分隔，安全孔也可不一定與防火分區(qū)完全一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)，可以跨防火分區(qū)設(shè)立。

五、小結(jié)

（一）運行人員正常條件下、可攜帶必要的工器具步行出入的口部，建議稱為“出入口”。運行人員緊急情況下安全撤離的口部，建議稱為安全孔。同時建議盡可能地與其他口部復(fù)用。

（二）為減少隧道、管廊的空間占用，提升其經(jīng)濟性、運維便利性、環(huán)境友好水平，安全孔及防火分區(qū)的設(shè)置不宜過密。

（三）對于明挖隧道、管廊，可以按2000～3000m2考慮防火分區(qū)，相應(yīng)地，安全孔間距可按400～600m并結(jié)合人員出入口具體情況綜合確定。

（四）對于暗挖（頂管、盾構(gòu)）隧道、管廊，防火分區(qū)和安全孔間距可以不做剛性限制，而是給出一個建議值。對于頂管和盾構(gòu)工法的隧道，頂進井、接收井可以設(shè)立出入口或安全孔，當區(qū)間較大時，出入口按1～2km設(shè)置，安全孔按1km設(shè)置。

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（責(zé)任編輯：張秋辰）