高彪

北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

我國傳統(tǒng)市政工程建設(shè)重地上、輕地下，重建設(shè)、輕管理，重項(xiàng)目、輕統(tǒng)籌，重增長、輕影響，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遺留下很大問題。綜合管廊是建于城市地下用于容納各類市政管線的構(gòu)筑物及其附屬設(shè)施，可集約地下空間，方便管線增容，避免開挖馬路，容納架空線網(wǎng)，美化城市景觀，釋放城市建設(shè)空間，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。綜合管廊已成為城市建設(shè)現(xiàn)代化、科技化、集約化的標(biāo)志之一。綜合管廊一般設(shè)置在城市主要道路下，是地下空間相對密閉的構(gòu)筑物，容納的各類市政工程管線自然狀態(tài)下會產(chǎn)生大量的余熱、余濕、有害氣體等，對人員安全、市政管線正常運(yùn)行危害極大，為保證管廊內(nèi)部空氣質(zhì)量，為其設(shè)計(jì)合理有效的通風(fēng)系統(tǒng)至關(guān)重要。

圖1 綜合管廊風(fēng)井橫斷圖

1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)保證綜合管廊內(nèi)部空氣衛(wèi)生要求，能提供足夠的新風(fēng)以確保管廊維保人員的安全，當(dāng)人員在管廊內(nèi)工作時(shí)，空氣溫度不得超過40℃。事故狀況下通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能夠自動和手動有效控制，有效排除艙室內(nèi)煙氣，減少人員和財(cái)產(chǎn)損失。應(yīng)保證天然氣艙內(nèi)空氣環(huán)境的安全性，對天然氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生天然氣泄漏事故，應(yīng)及時(shí)有效地啟動事故通風(fēng)系統(tǒng)，排除泄漏的氣體使其濃度降低到安全水平。另外，綜合管廊的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)滿足節(jié)能環(huán)保、投資運(yùn)營、安全防范等方面的要求與規(guī)定。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的類別

綜合管廊的通風(fēng)系統(tǒng)主要有自然進(jìn)風(fēng)+自然排風(fēng)，自然進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng)，機(jī)械進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng)三種方式，三種通風(fēng)方式優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1[1]：

表1 綜合管廊通風(fēng)方式對比

為有效保證綜合管廊內(nèi)部空氣的質(zhì)量，并綜合考慮節(jié)能環(huán)保、投資運(yùn)營、消防安全、對環(huán)境影響等多方面要求，應(yīng)合理選擇通風(fēng)方式。容納給水、再生水、熱力、通信線纜、雨水管道、電力電纜、熱力管道的艙室一般以自然通風(fēng)為主，機(jī)械通風(fēng)為輔，采用自然進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式。而天然氣管道艙及污水管道艙由于存在可燃?xì)怏w、有毒有害氣體，應(yīng)及時(shí)有效地將其排出管廊艙室，一般采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)+機(jī)械通風(fēng)的通風(fēng)方式。

3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 防火、通風(fēng)分區(qū)的劃分

綜合管廊是建設(shè)于地下容納各類市政管線的狹長構(gòu)筑物，空間比較密閉，依據(jù)消防要求，電力電纜艙和天然氣艙室應(yīng)每隔200m采用耐火極限不低于3 h的不燃性墻體劃分防火分區(qū)，而通風(fēng)分區(qū)原則上不跨越防火分區(qū)，故通風(fēng)分區(qū)與防火分區(qū)統(tǒng)一設(shè)置。其他類型的艙室不劃分防火分區(qū)，但考慮通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的統(tǒng)一性和集約性，其他艙室也應(yīng)對電力艙、天然氣艙的防火分區(qū)設(shè)置通風(fēng)分區(qū)。綜合管廊在每個(gè)通風(fēng)/防火分區(qū)的兩端分別設(shè)一座送風(fēng)井、一座排風(fēng)井。整個(gè)綜合管廊的送風(fēng)井與排風(fēng)井間隔布置，使其內(nèi)部形成“進(jìn)風(fēng)——排風(fēng)——進(jìn)風(fēng)——排風(fēng)”的有序的縱向通風(fēng)模式。

3.2 通風(fēng)量的計(jì)算

為保證綜合管廊正常工況下內(nèi)部空氣的質(zhì)量及事故工況下有毒有害氣體及時(shí)有效的排出，綜合管廊內(nèi)部應(yīng)有合理有效的通風(fēng)換氣。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范GB50838-2015》的要求，綜合管廊的通風(fēng)量應(yīng)根據(jù)通風(fēng)區(qū)間、截面尺寸計(jì)算確定，其通風(fēng)換氣次數(shù)應(yīng)符合表2的規(guī)定[2]。

表2 綜合管廊通風(fēng)換氣次數(shù)

換氣次數(shù)法計(jì)算通風(fēng)量的計(jì)算公式為：

式中：L為管廊通風(fēng)量，m3/h；N為換氣次數(shù)，次/h；V為管廊通風(fēng)分區(qū)的體積，m3；φ為安全系數(shù)，不小于1。

電力電纜艙的發(fā)熱量較大，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能有效排除電力艙的余熱，保證電力線纜安全運(yùn)行。因此，應(yīng)根據(jù)熱平衡公式來計(jì)算消除電力艙余熱所需的通風(fēng)量，并與換氣次數(shù)法計(jì)算的風(fēng)量比較，取其大者。電力電纜艙的發(fā)熱量計(jì)算公式為[3]：

式中：q為單位長度電纜發(fā)熱量，W/m；ρt為電纜運(yùn)行時(shí)平均溫度為60℃時(shí)的電纜芯電阻率，鋁芯電纜為0.033 10-6Ω·m，銅芯電纜為 0.020 10-6Ω·m；I為單根電纜計(jì)算電流，A；K為電流參差系數(shù)，一般為0.85～0.95，電纜根數(shù)少時(shí)取較大值；S為電纜芯截面積，mm2。

排除電力艙的余熱所需風(fēng)量計(jì)算公式如下[4]：

式中：L為管廊通風(fēng)量，m3/h；Q為電力艙通風(fēng)分區(qū)電纜發(fā)熱量，W；tp為排風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，℃；ts為進(jìn)風(fēng)溫度，℃。

綜合管廊的進(jìn)風(fēng)量應(yīng)略小于排風(fēng)量，使綜合管廊內(nèi)部保持微負(fù)壓狀態(tài)，綜合管廊設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量為排風(fēng)量的80%～90%[5]。

4 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備及布置

綜合管廊通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備及設(shè)施主要包括風(fēng)機(jī)、防火閥、止回閥、百葉等。

為保證綜合管廊內(nèi)部空氣的質(zhì)量及氣流組織順暢，綜合考慮節(jié)能環(huán)保要求，在滿足功能性要求的前提下，應(yīng)選擇高效節(jié)能的通風(fēng)設(shè)備。通風(fēng)機(jī)可選擇雙速風(fēng)機(jī)，在平時(shí)通風(fēng)工況下低速運(yùn)行，事故或火災(zāi)工況下高速運(yùn)行。為保證綜合管廊滅火后的有效排煙，應(yīng)選擇能在280℃情況下連續(xù)有效工作不低于0.5 h的消防高溫排煙專用風(fēng)機(jī)。對于天然氣艙室，所選風(fēng)機(jī)應(yīng)為防爆型，且系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置導(dǎo)除靜電的接地裝置。

排煙風(fēng)機(jī)接入綜合管廊內(nèi)的排風(fēng)管上設(shè)置全自動排煙防火閥，該防火閥280℃熔斷關(guān)閉，且與對應(yīng)風(fēng)機(jī)連鎖。在進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置全自動防煙防火閥，該防火閥70℃熔斷關(guān)閉。為防止各艙室之間的相互影響及室外環(huán)境對管廊的影響，在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置止回閥。對于天然氣艙室，所選風(fēng)閥均應(yīng)防火花和防爆。

綜合管廊出地面的風(fēng)亭及百葉應(yīng)綜合考慮噪聲、道路景觀、防雨、防淹等方面的要求進(jìn)行設(shè)置，風(fēng)亭一般設(shè)置在道路綠化帶或道路外綠地內(nèi)，采用消聲防雨百葉，風(fēng)亭百葉底部距地面應(yīng)有一定的距離以減小雨水倒灌風(fēng)險(xiǎn)。百葉面積應(yīng)滿足《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范GB50838-2015》對設(shè)計(jì)控制風(fēng)速的要求。為防止小動物入侵及雜物通過風(fēng)亭進(jìn)入綜合管廊，綜合管廊的通風(fēng)口處應(yīng)設(shè)置網(wǎng)孔凈尺寸不大于10 mm×10mm的金屬網(wǎng)格。對于天然氣管道艙，由于天然氣具有易燃易爆性，應(yīng)避免天然氣艙平時(shí)或事故排風(fēng)中天然氣侵入其他艙室，為此，天然氣艙排風(fēng)口與其他艙室的排風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口及周邊建(構(gòu))筑物口部等要有不小于10m的間距且設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)識[2]。

5 通風(fēng)系統(tǒng)控制方式

為確保綜合管廊正常運(yùn)行時(shí)及火災(zāi)后的通風(fēng)，需由綜合管廊監(jiān)控中心對管廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與報(bào)警。監(jiān)測參數(shù)主要包括艙室內(nèi)空氣溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、有毒有害氣體濃度、氧氣濃度、火情等。在正常工況、事故工況或火災(zāi)情況下，及時(shí)有效啟動相應(yīng)的通風(fēng)模式，控制管廊內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，減少人員及財(cái)產(chǎn)損失。通風(fēng)系統(tǒng)控制則通常采用手動/自動兩種控制方式。

1）高溫報(bào)警通風(fēng)：當(dāng)人員在綜合管廊內(nèi)工作時(shí)，空氣溫度不得超過40℃。為使管廊內(nèi)的環(huán)境溫度控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，采取溫度監(jiān)測設(shè)施。一般設(shè)置為：當(dāng)綜合管廊內(nèi)空氣監(jiān)測溫度超過38℃時(shí)，自動或手動開啟本通風(fēng)分區(qū)內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施，消除管廊內(nèi)余熱。當(dāng)綜合管廊內(nèi)空氣監(jiān)測溫度降到35℃時(shí)，關(guān)閉本通風(fēng)分區(qū)內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施。

2）巡視檢修通風(fēng)：綜合管廊是相對封閉的地下空間，廢氣的聚集，人員及微生物的活動會造成氧氣含量的降低，當(dāng)有人員進(jìn)入管廊時(shí)，需先開啟相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施，確保監(jiān)測儀表顯示的數(shù)據(jù)在安全范圍內(nèi)（一般氧氣監(jiān)測缺氧報(bào)警值設(shè)定為19.5%，富氧報(bào)警值設(shè)定為23.5%），確保巡檢工作人員的健康安全。

3）天然氣艙室事故通風(fēng)：天然氣是一種具有易燃性和易爆性的混合性氣體，天然氣在綜合管廊內(nèi)一旦泄露容易聚集且不易往外擴(kuò)散，有較大危險(xiǎn)性，需及時(shí)開啟通風(fēng)系統(tǒng)將其排出綜合管廊。當(dāng)天然氣艙室內(nèi)泄漏的天然氣濃度達(dá)到爆炸下限值（體積分?jǐn)?shù)）的20%時(shí)，自動開啟機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，使其濃度降到安全水平，以進(jìn)行后期維護(hù)[2]。

4）電力艙室火災(zāi)后通風(fēng)：電力電纜艙室主要敷設(shè)的是輸電線路，電壓等級高，服務(wù)范圍廣，一旦發(fā)生火災(zāi)影響范圍廣，后果非常嚴(yán)重。因此發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)能及時(shí)可靠的關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)，啟動電力艙的自動滅火設(shè)施，滅火后通過機(jī)械排煙系統(tǒng)排除綜合管廊艙室內(nèi)的有毒煙氣。電力艙室火災(zāi)后通風(fēng)控制流程一般為：當(dāng)確認(rèn)電力管廊某一防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由綜合管廊監(jiān)控中心確認(rèn)綜合管廊內(nèi)無人且該防火分區(qū)兩端的防火門處于關(guān)閉狀態(tài)。待確認(rèn)后，即刻自動關(guān)閉所有運(yùn)行的通風(fēng)系統(tǒng)，立即啟動電力艙內(nèi)的自動滅火系統(tǒng)，對電力艙的火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行滅火。確認(rèn)火災(zāi)結(jié)束后0.5 h內(nèi)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行滅火后的排煙。

6 結(jié)語

綜合管廊是建設(shè)于城市地下空間相對封閉的構(gòu)筑物，合理有效的通風(fēng)系統(tǒng)對其安全運(yùn)維至關(guān)重要，綜合管廊的通風(fēng)方式應(yīng)綜合考慮節(jié)能環(huán)保、投資運(yùn)營、消防安全、對環(huán)境影響等多方面因素進(jìn)行選擇，筆者根據(jù)工程理論及實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為天然氣艙、污水艙采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)+機(jī)械通風(fēng)的通風(fēng)方式，給水、再生水、熱力、通信線纜、雨水、電力電纜、熱力管道艙等采用自然進(jìn)風(fēng)+機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式較為合理。

綜合管廊的通風(fēng)消防系統(tǒng)不同于一般民用建筑，一般民用建筑的通風(fēng)消防是以人員疏散為主要目標(biāo)，而綜合管廊的通風(fēng)消防系統(tǒng)是以保護(hù)市政設(shè)施安全運(yùn)行為主。因此，不應(yīng)完全套用民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析設(shè)計(jì)。另外，我國綜合管廊目前尚無完整統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)充分學(xué)習(xí)借鑒國外綜合管廊建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，推動我國綜合管廊建設(shè)的安全有序進(jìn)展。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[2] 城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范(GB50838-2015)[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2015

[3] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國電力出版社,2016

[4] 全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施:暖通空調(diào)·動力[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2009

[5] 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012