司惠平　（蕪湖市消防支隊(duì)，安徽蕪湖241000）

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淺談城市交通隧道建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)及煙氣控制

司惠平（蕪湖市消防支隊(duì)，安徽蕪湖241000）

通過(guò)研究分析城市交通隧道的火災(zāi)危險(xiǎn)性和特點(diǎn)，對(duì)城市交通隧道建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)和煙氣控制進(jìn)行深入探討。

城市交通隧道；消防設(shè)計(jì)；煙氣控制

1　概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，國(guó)家每年投入大量資金進(jìn)行公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。近年來(lái)，隨著公路交通事業(yè)的發(fā)展，公路等級(jí)的提高，對(duì)公路線型的要求也越來(lái)越高。為了克服高程障礙、優(yōu)化線路、縮短里程，修建隧道必不可少，而且數(shù)量越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大。

隧道是公路交通的咽喉要道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境密閉，空間狹窄，能見(jiàn)度差，流動(dòng)車輛多，車速快，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救相當(dāng)困難，往往造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，城市交通隧道的消防安全問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。故在隧道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，采取有效的防火與滅火措施，尤其是對(duì)隧道火災(zāi)煙氣危害的有效控制，才能將火災(zāi)損害控制在最低限度，使隧道真正起到安全輸送人員和物資的作用。

2　城市交通隧道分類

城市交通隧道是指供汽車和行人通行的隧道，一般分為汽車專用和汽車與行人混用的隧道。隧道因設(shè)置區(qū)域、地質(zhì)條件不同，按其建設(shè)規(guī)模、設(shè)計(jì)施工方法、橫斷面形式以及交通運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)進(jìn)行分類。

2.1按交通模式分類

①單孔對(duì)向交通。這種交通模式安全隱患多，一般多為交通流量小的隧道。

②雙孔、多孔內(nèi)各自均為同向交通，雙孔間多設(shè)有橫向連接通道。

③多孔中有一孔或數(shù)孔可按交通需求改變交通運(yùn)行方向，以適應(yīng)潮流式交通需求。

2.2按建設(shè)規(guī)模分類

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）將單孔和雙孔隧道應(yīng)按其封閉段長(zhǎng)度及交通情況分為一、二、三、四類（見(jiàn)下表）。

隧道分類

3　城市交通隧道火災(zāi)危險(xiǎn)性及特點(diǎn)

隨著公路日益延伸，城市交通隧道隨之增加，其火災(zāi)也日益增多。以日本在1986年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其分析結(jié)果為：高速公路隧道內(nèi)的火災(zāi)事故比率為每1億車公里發(fā)生0.5起。這個(gè)比例與昭和40年代后半期的每1億車公路發(fā)生0.4起相比，沒(méi)有多大變動(dòng)。另外，德國(guó)對(duì)漢堡連接聯(lián)邦高速公路的易北河隧道初期運(yùn)營(yíng)情況也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，報(bào)告表明隧道中平均每月發(fā)生一次車輛起火事故。從上述結(jié)果可以看出：隧道火災(zāi)事故隨著高速公路的延伸而增多，其幾率隨著隧道長(zhǎng)度和通行車輛的增加而增加。

另一方面看，雖說(shuō)城市交通隧道發(fā)生火災(zāi)次數(shù)未幾，但火災(zāi)后果嚴(yán)重。我國(guó)城市交通發(fā)展較歐美國(guó)家晚以國(guó)外世紀(jì)之交數(shù)據(jù)而言：1995年4月10日奧地利Phaender隧道車禍并起火造成3人死亡，1996年3月18日意大利Palemo隧道油罐車爆炸造成5人死亡，1999年3月24日法國(guó)至意大利Montblanc隧道（單管雙車道，11.6km）一輛載重車起火造成39人死亡，1999年5月29日奧地利Tauem隧道（單管雙車道，6.4km） 撞車并起火造成12人死亡。血的教訓(xùn)歷歷在目，顯然，城市交通隧道消防安全愈來(lái)愈重要。

從隧道火災(zāi)致災(zāi)原因、種類、火災(zāi)危害和特點(diǎn)等方面的分析，有助于準(zhǔn)確判斷隧道火災(zāi)危險(xiǎn)性，采取有效的有針對(duì)性的消防設(shè)計(jì)，進(jìn)一步保障實(shí)施運(yùn)營(yíng)時(shí)的消防安全管理，具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。

3.1隧道火災(zāi)的起因

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：城市交通隧道一般遠(yuǎn)離市區(qū)，是車輛流通的必經(jīng)之道，火災(zāi)的起因主要為汽車裝載物起火、汽車本身系統(tǒng)故障起火、汽車相撞起火、隧道電氣設(shè)備或電氣線路發(fā)生故障起火引發(fā)火災(zāi)、人為縱火等。

3.2隧道火災(zāi)種類

根據(jù)隧道火災(zāi)的起因和物質(zhì)燃燒的特性分析，隧道可能發(fā)生的火災(zāi)種類大致有A、B、C、E四類。A類指汽車裝載的和汽車自身可燃固體燃燒的火災(zāi)或常溫下呈半凝固狀態(tài)的重油燃燒的火災(zāi)；B類指汽車裝載的可燃液體燃燒的火災(zāi)或汽車自身油箱燃燒的火災(zāi)；C類指汽車運(yùn)載的可燃?xì)怏w燃燒的火災(zāi)；E類為帶電物體燃燒的火災(zāi)。其中以汽車相撞引發(fā)的A、B類火災(zāi)最為常見(jiàn)。這些火災(zāi)由于受隧道空間的限制，火焰和煙霧無(wú)法向上發(fā)展，迫使其往縱向擴(kuò)散，并且很快充滿隧道。

從實(shí)際火災(zāi)后果來(lái)看火災(zāi)一般可分三類：第一類為汽車火災(zāi)，該類火災(zāi)次數(shù)最多，一般可用滅火器將其撲滅，很少釀成大火；第二類為裝載一般可燃物的貨車火災(zāi)，釀成大火可能性較大；第三類為裝載易燃易爆物的貨車火災(zāi)，可能性較小，但往往釀成大火。德國(guó)對(duì)易北河隧道初期運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)表明：盡管在平時(shí)通行貨車只占15%，但卻有30%的火災(zāi)是由貨車引起的，也就是說(shuō)貨車比小汽車更容易引起火災(zāi)。故必須加強(qiáng)對(duì)貨車火災(zāi)的防范措施，特別是裝載易燃易爆物的貨車火災(zāi)，如處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)造成巨大的傷害和損失，常規(guī)的消防設(shè)計(jì)處理裝載易燃易爆物的貨車火災(zāi)顯然不夠。

3.3隧道火災(zāi)危害和特點(diǎn)

據(jù)德國(guó)GMT現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)表明：轎車失火后不到10min就會(huì)形成大火，隧道內(nèi)從起火到猛烈燃燒的時(shí)間相當(dāng)短。并且隧道內(nèi)部空間狹窄，隨著火勢(shì)發(fā)展和煙氣產(chǎn)生，大量高溫有毒有害煙氣很快充滿隧道，溫度可達(dá)1200℃左右。從實(shí)驗(yàn)和隧道火災(zāi)案例中看出：火災(zāi)類型多樣、發(fā)展快、溫升迅速、火點(diǎn)多發(fā)、跳躍式蔓延；煙霧濃度大、傳播速度快、排煙困難；人員集中、疏散困難，易造成群死群傷事故；火災(zāi)撲救難度大，消防設(shè)施作用有限，靠?jī)?nèi)攻效果不佳，救援、通訊等裝備器材功能受限；經(jīng)濟(jì)損失巨大、次生災(zāi)害危害嚴(yán)重、社會(huì)影響、整治影響大等。

4　消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1設(shè)計(jì)原則

對(duì)于城市交通隧道，社會(huì)消防隊(duì)往往不能保證及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，以上海延安東路過(guò)江隧道滅火統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，隧道通車時(shí)間5年，發(fā)生火災(zāi)10多次，其中65%的火災(zāi)是第一發(fā)現(xiàn)者（司機(jī)和乘客）撲滅的，35%的火災(zāi)是第一發(fā)現(xiàn)者和隨后到達(dá)的隧道管理所兼職消防隊(duì)員共同撲滅的。以日本道路公社團(tuán)所屬的隧道為例，1960年至1980年20年間共發(fā)生火災(zāi)24次，其中15次是由第一發(fā)現(xiàn)者以及隧道管理所兼職消防隊(duì)員共同撲滅的。這些火場(chǎng)數(shù)據(jù)說(shuō)明了隧道內(nèi)消防設(shè)計(jì)應(yīng)立足自救、方便外援的原則。

4.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

針對(duì)城市交通隧道火災(zāi)的危險(xiǎn)性和特點(diǎn)，隧道建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)涉及建筑防火（隧道結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)、縱向橫向防火分隔等）、安全疏散及避難設(shè)施、各類消防設(shè)施（消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及監(jiān)控系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、滅火器、應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志等）和相關(guān)安全保障設(shè)備等的設(shè)計(jì)。

通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)噴水（噴霧、水炮）滅火、視頻監(jiān)控、消防遠(yuǎn)程監(jiān)控、防排煙、應(yīng)急疏散和隧道交通信號(hào)系統(tǒng)的互相聯(lián)動(dòng)、有機(jī)結(jié)合，達(dá)到早期發(fā)現(xiàn)、迅速滅火、及時(shí)疏散、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的效果。

4.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)——防排煙

城市交通隧道建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)最為特殊和重要的一環(huán)要屬防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。城市交通隧道內(nèi)部環(huán)境（包括溫度、濕度、空氣品質(zhì)等）條件很差，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、出口少、疏散線路長(zhǎng)、電氣設(shè)備種類多、人員集中，一旦發(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生的熱量往往很難及時(shí)地散出，且隧道內(nèi)部封閉，導(dǎo)致燃燒多為不充分燃燒。相對(duì)于地面建筑而言，火災(zāi)中產(chǎn)煙量更大，局部溫度更高，助長(zhǎng)火勢(shì)的蔓延和對(duì)疏散人群的傷害，并給火災(zāi)撲救和搶險(xiǎn)救援增加難度，極易造成群死群傷的重大、特大火災(zāi)事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)時(shí)造成的人員傷亡絕大多數(shù)是因?yàn)闊煔庵卸竞椭舷⑺?，因此，科學(xué)地設(shè)置防排煙設(shè)施及事故狀態(tài)下進(jìn)行合理的防排煙處置，對(duì)于減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有極為重要的意義。

4.3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

城市交通隧道建設(shè)工程的防排煙范圍包括行車道區(qū)域、專用疏散通道區(qū)域和設(shè)備管理用房等，通常采用的防排煙模式分為縱向、橫向（半橫向）及重點(diǎn)模式，以及由上述基本模式產(chǎn)生的各種組合模式。依據(jù)隧道的種類、安全疏散方式，結(jié)合正常工況的通風(fēng)模式來(lái)確定排煙模式。對(duì)于規(guī)模較大的城市交通隧道的防排煙設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際，有針對(duì)性地采取性能化消防設(shè)計(jì)。

4.3.2確定隧道的火災(zāi)規(guī)模

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ026.1-1999）條文說(shuō)明中提及了除油罐車火災(zāi)外的一般隧道火災(zāi)功率按20MW考慮，而地方標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道消防技術(shù)規(guī)范》（DB43/729-2012）第4.1.1條明確了隧道火災(zāi)規(guī)模大小20MW、30MW、50MW。根據(jù)隧道的車流量、行車比例構(gòu)成等交通特征、隧道的幾何構(gòu)造特征，推演隧道可能的火災(zāi)場(chǎng)景，研究不同火災(zāi)場(chǎng)景時(shí)的火災(zāi)危險(xiǎn)性及分析其發(fā)生的概率，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類型、不同類型隧道的火災(zāi)規(guī)模，綜合考慮模擬火災(zāi)場(chǎng)景的真實(shí)性，確定合理的火災(zāi)規(guī)模設(shè)計(jì)值和模型數(shù)值。

4.3.3確定排煙量

確定合理的排煙量是進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一排煙量主要取決于煙氣生成速率，二煙氣生成速率取決于火源上方煙氣羽流的質(zhì)量流量。依據(jù)《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006），結(jié)合隧道工程實(shí)際和可能的火災(zāi)場(chǎng)景，隧道排煙量的理論設(shè)計(jì)值可采用軸對(duì)稱型煙羽流的煙氣生成量與墻型煙羽流的煙氣生成量。

通過(guò)對(duì)各種工況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析火場(chǎng)煙氣溫度、能見(jiàn)度、蔓延范圍和排煙道內(nèi)氣體流速、排煙口溫度，考慮漏風(fēng)量后，綜合得出合理的排煙量。

4.3.4排煙口的合理位置

在相同火源功率和排煙量下，不同的排煙口設(shè)置及開啟方案也會(huì)對(duì)火災(zāi)煙氣蔓延和煙控效果產(chǎn)生一定影響。通過(guò)數(shù)值模擬研究分析不同排煙間距、排煙口面積、排煙口開啟個(gè)數(shù)下的火災(zāi)蔓延規(guī)律和煙氣控制效果，綜合考慮設(shè)定合理的排煙口設(shè)置方案（位置、面積和開啟組數(shù)）。

4.3.5抑制煙氣回流的臨界風(fēng)速

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在不同坡度時(shí)，不同縱向通風(fēng)速率對(duì)煙氣蔓延的控制效果也不一樣，并且通道中各區(qū)段抑制煙氣回流所需臨界風(fēng)速也不同。負(fù)向坡度越大，所需的臨界風(fēng)速越大；正向坡度越大，所需的臨界風(fēng)速越小。對(duì)于規(guī)模較大的隧道采取縱向排煙模式時(shí)，各個(gè)區(qū)段應(yīng)采取分段縱向排煙模式。

4.3.6煙氣組織模式和控制方案

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在隧道內(nèi)不同位置時(shí)，采取哪種排煙組織方式（縱向模式，橫向、半橫向模式，重點(diǎn)或集中模式及其組合模式）、采取怎樣的排煙口開啟方案、配合多大的縱向誘導(dǎo)風(fēng)速，最終確定合理的煙控氣流組織模式。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)理論分析與數(shù)字模擬相結(jié)合的方法，利用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件CFD對(duì)隧道火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程及煙氣控制過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，驗(yàn)證初步設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的煙氣控制效果。通過(guò)研究隧道內(nèi)的火災(zāi)場(chǎng)景下不同通風(fēng)情況下通道內(nèi)的溫度場(chǎng)、能見(jiàn)度場(chǎng)、CO濃度場(chǎng)的多場(chǎng)分布規(guī)律，分析煙氣在隧道內(nèi)的蔓延規(guī)律，探討在不同區(qū)段、不同坡度、不同通風(fēng)情況下的隧道內(nèi)煙氣合理控制方案。

[1]GB50016-2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]JTJ026.1-1999，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]DB43/729-2012，公路隧道消防技術(shù)規(guī)范[S].

[4]DGJ08-88-2006，建筑防排煙技術(shù)規(guī)程[S].

U45

B

1007-7359(2016)03-0235-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.085

司惠平（1970-），男，安徽蕪湖人，畢業(yè)于武警學(xué)院，高級(jí)工程師，主要從事建設(shè)工程消防監(jiān)督管理工作。