張巨龍

(中鐵建昆侖地鐵投資建設(shè)管理有限公司 四川成都 610031)

1 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市路網(wǎng)工程及配套供電、通信、天燃?xì)?、供熱、給排水管線等地下基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，但地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)普遍滯后于地面工程，主要存在地下空間資源利用不合理，地下管網(wǎng)排水能力不足，城市防洪、防災(zāi)狀況嚴(yán)峻等問(wèn)題。加快地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是統(tǒng)籌考慮“地上空間”與“地下空間”各類(lèi)工程的建設(shè)時(shí)序，使城市空間利用立體化、集約化、綜合化顯得尤為重要。將供電、通信、天燃?xì)?、供熱、給排水等管線集中設(shè)置在綜合管廊實(shí)行一體化管理[1]，同時(shí)地下綜合管廊與地面工程同步規(guī)劃、同步實(shí)施、同步投入使用，可大幅度減少運(yùn)行維護(hù)成本以及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，是按期實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)標(biāo)”的重要舉措之一，也是城市各類(lèi)管線統(tǒng)一布局、統(tǒng)一維護(hù)、統(tǒng)一管理的發(fā)展新趨勢(shì)[2]。

地下綜合管廊的電力艙室、控制夾層內(nèi)各類(lèi)電纜集中布置，同時(shí)還布局了電源箱、控制箱、環(huán)控柜、網(wǎng)絡(luò)柜、變壓器等電力設(shè)施，發(fā)生火災(zāi)隱患較大。目前我國(guó)已有上百座大中城市建設(shè)了數(shù)千公里不同規(guī)模的城市地下綜合管廊，部分城市在工程管線設(shè)施較多、交通運(yùn)輸繁忙的主干道需同時(shí)配合建設(shè)地鐵、下穿隧道、高架橋等工程，受斷面空間限制，普遍采用地下綜合管廊工程達(dá)到合理利用地下空間斷面的目的。綜合管廊各類(lèi)事故隨之呈多發(fā)、高發(fā)態(tài)勢(shì)，而綜合管廊各類(lèi)災(zāi)害中消防安全事故發(fā)生次數(shù)最多、影響范圍最廣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1958年我國(guó)首條地下綜合管廊在北京投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，發(fā)生了100起以上各類(lèi)消防安全事故，嚴(yán)重影響城市各類(lèi)管線的正常運(yùn)行，造成了較大的社會(huì)影響。因地下綜合管廊不屬于人員密集型場(chǎng)所，發(fā)生火災(zāi)不會(huì)造成大規(guī)模人員傷亡現(xiàn)象，社會(huì)各界對(duì)地下綜合管廊消防安全的重視程度較低，本文從如何才能在火災(zāi)初期有效實(shí)施控火滅火，保障城市地下管線運(yùn)行安全為出發(fā)點(diǎn)，在前期各類(lèi)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)地下綜合管廊采用何種自動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。

2 地下綜合管廊火災(zāi)的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)大量地下綜合管廊火災(zāi)實(shí)際案例及模擬案例的分析研究，主要特點(diǎn)如下。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)隱患源點(diǎn)多面廣

地下綜合管廊的各個(gè)艙室、設(shè)備夾層分布著大量的電力電纜、機(jī)電設(shè)備等，各類(lèi)機(jī)電設(shè)備、線纜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的絕緣層老化、接觸不良、短路、過(guò)載等狀況都是引發(fā)火災(zāi)的重要因素，同時(shí)外來(lái)火源、運(yùn)行維護(hù)人員的不當(dāng)管理等也是引起火災(zāi)的重要因素[3](據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，因電氣設(shè)備不當(dāng)發(fā)熱、散熱不良、接觸不良閃絡(luò)、通風(fēng)故障、過(guò)載、短路等造成的火災(zāi)報(bào)警占總量的45%[4])，另外地下綜合管廊內(nèi)部橫向空間狹小、縱向空間貫通，一旦著火，火勢(shì)會(huì)順著管廊向兩端蔓延，迅速布滿整個(gè)防火分區(qū)。隨著地下綜合管廊技術(shù)的不斷完善，越來(lái)越多的市政管線將入廊實(shí)行一體化管理，特別是天然氣管線發(fā)生泄露、燃燒和爆炸會(huì)對(duì)管廊內(nèi)各類(lèi)管線、設(shè)備造成重大影響，同時(shí)對(duì)周邊居民的社會(huì)生活會(huì)造成不可估量的損失，潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患源點(diǎn)多面廣。

2.2 疏散難度大

地下綜合管廊一般深埋地下，層高較低，可供人員快速疏散的通道較少，人員逃生口疏散效率低，一旦發(fā)生火災(zāi)易產(chǎn)生大量高溫有毒濃煙，造成人員恐慌，現(xiàn)場(chǎng)混亂，增加了疏散的難度；例如成都某地下綜合管廊全長(zhǎng)約6 km，設(shè)計(jì)5個(gè)艙室，僅設(shè)置2個(gè)人行出入口，若突發(fā)火災(zāi)，面對(duì)如此長(zhǎng)的疏散路徑，極短的疏散時(shí)間，人員有序撤離極度困難；火災(zāi)發(fā)生后原有照明立即中斷，自然采光無(wú)法有效利用，應(yīng)急照明是唯一可供疏散人員利用的光源，但燃燒產(chǎn)生的大量有毒有害高溫?zé)煔?，影響疏散人員視線及正確識(shí)別逃生路線，使逃生效率較低；除此以外，在疏散路徑長(zhǎng)且單一、疏散空間狹窄、有效逃生時(shí)間短[5]、特殊的垂直逃生路徑等不利因素的共同影響下，有序疏散難度更大。

2.3 消防救援難度大

與一般地面建筑相比，地下綜合管廊發(fā)生火災(zāi)后不能采用常規(guī)的外部滅火，只能依靠人行口、車(chē)行口、逃生口或通風(fēng)投料口等進(jìn)行內(nèi)攻滅火，救援路徑單一?；馂?zāi)發(fā)生后，大量濃煙從人行口、逃生口等涌出，同時(shí)人行口、逃生口又要優(yōu)先供撤離人員使用，消防救援人員、救援工器具無(wú)法迅速進(jìn)入撲救；既有通訊系統(tǒng)迅速中斷，需重新建立外部指揮人員與內(nèi)部救援人員的臨時(shí)通訊系統(tǒng)；此外，地下綜合管廊空間狹小、人員疏散路徑單一、熱煙無(wú)法及時(shí)有效排出、有害氣體濃度迅速升高、熱量集聚、空間溫度急劇升高等因素，極易造成消防救援人員的傷亡，致使消防救援難度大。

2.4 恐慌性高

地下綜合管廊若發(fā)生火災(zāi)，如此狹小的空間內(nèi)，熱煙會(huì)迅速?gòu)浡芾鹊恼麄€(gè)空間，短時(shí)間內(nèi)溫度急劇升高，正常照明中斷，通風(fēng)設(shè)備、聲光報(bào)警裝置先后開(kāi)啟，容易造成疏散人員極度恐慌，在慌亂逃生過(guò)程中容易造成碰撞、跌落、燒傷、窒息等次生事故，造成更大的傷亡[6]。

2.5 后果嚴(yán)重

往往一個(gè)片區(qū)甚至整個(gè)城市的供電、通信、天燃?xì)狻⒐?、給排水等管線會(huì)在地下綜合管廊一體化運(yùn)行，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)造成一個(gè)片區(qū)甚至整個(gè)城市供電、通信、供氣、供熱、給排水等系統(tǒng)“停擺”，且災(zāi)后修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成居民停電停氣，工商業(yè)大面積長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)，嚴(yán)重影響人民群眾的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活，造成嚴(yán)重的社會(huì)影響；人員需先通過(guò)爬梯爬至設(shè)備夾層，再通過(guò)垂直逃生口疏散，極易造成高處墜落、灼傷等次生事故；同時(shí)部分地下綜合管廊與下穿隧道、公交車(chē)站、人行過(guò)街通道等合建，發(fā)生火災(zāi)后很容易連帶影響上述區(qū)域的正常運(yùn)營(yíng)，造成衍生事故。

因此地下綜合管廊消防與安全管理壓力巨大，如何在火災(zāi)初期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可視化火災(zāi)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)控火滅火功能，減少人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失顯得尤為重要。

3 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)對(duì)大量設(shè)置了超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的地下綜合管廊的分析研究，優(yōu)點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面。

(1)能在火災(zāi)初期達(dá)到控火滅火的目的，遏制火災(zāi)蔓延。通過(guò)對(duì)大量火災(zāi)事故發(fā)生過(guò)程及模擬火災(zāi)發(fā)生過(guò)程的統(tǒng)計(jì)表明，超細(xì)干粉滅火裝置能夠在3 s內(nèi)迅速響應(yīng)，3～15 s內(nèi)噴出滅火劑實(shí)施滅火，有效撲滅明火的時(shí)間在3 s內(nèi)，能夠在火災(zāi)初期達(dá)到控火滅火的目的，遏制火災(zāi)蔓延。

(2)能有效降低高溫對(duì)管廊空間內(nèi)設(shè)備設(shè)施的破壞。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)響應(yīng)后，迅速噴出干粉滅火劑，能夠?qū)馂?zāi)空間起到降溫的作用，有效降低高溫高熱對(duì)地下綜合管廊的結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備及其他管線產(chǎn)生的破壞。

(3)可實(shí)現(xiàn)全淹沒(méi)無(wú)死角式滅火。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)采用惰性氣體驅(qū)動(dòng)，高壓干粉噴放后，迅速?gòu)浡麄€(gè)管廊，比表面積大、90%的粒徑小于或等于20 μm，滅火時(shí)能充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全淹沒(méi)無(wú)死角式滅火。同時(shí)，不會(huì)腐蝕保護(hù)對(duì)象，在常態(tài)下不分解、不吸濕、不結(jié)塊，具有良好的流動(dòng)性、彌散性和電絕緣性，是普通干粉滅火效率的6～10倍[7]。

(4)能實(shí)現(xiàn)無(wú)管網(wǎng)滅火，安裝簡(jiǎn)單。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置管網(wǎng)，每個(gè)單體可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)滅火功能，頂部安裝，相較于有管網(wǎng)系統(tǒng)，無(wú)須單獨(dú)設(shè)置設(shè)備房、穩(wěn)壓設(shè)備、管網(wǎng)、控制設(shè)備等。

(5)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、利于施工及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)。設(shè)置壓力表便于運(yùn)行維護(hù)，同時(shí)自帶自巡檢裝置可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；控制方式多樣，可實(shí)現(xiàn)就地啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)和火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)；屬于無(wú)水消防，對(duì)保護(hù)對(duì)象和現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生二次損害[8]；滅火速度快、滅火效率高；使用溫度范圍寬(在-40～＋50℃范圍內(nèi)均可使用)，同時(shí)滿足高寒、高熱地區(qū)使用等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的缺點(diǎn)

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)缺點(diǎn)。

(1)容易造成二次污染。干粉噴放后會(huì)產(chǎn)生大量高溫粉塵，全淹沒(méi)式滅火，粉塵會(huì)迅速蔓延至整個(gè)受災(zāi)空間；聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后粉塵會(huì)散落至整個(gè)艙室、設(shè)備夾層甚至外部空間，導(dǎo)致整個(gè)艙室、設(shè)備夾層等區(qū)域的污染，飄落至室外會(huì)造成人員恐慌、環(huán)境污染等；滅火后的粉塵在高溫下容易形成玻璃狀覆蓋層，此外超細(xì)干粉噴放后會(huì)與鄰近防火分區(qū)迅速產(chǎn)生氣壓差，造成鄰近防火分區(qū)二次污染。

(2)噴放的干粉擾動(dòng)煙氣層，影響人員疏散。在空間斷面上，高壓干粉噴放后會(huì)迅速對(duì)上部煙氣層產(chǎn)生擾動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)粉塵、煙氣彌漫整個(gè)管廊，人體吸入后會(huì)造成呼吸道中毒，影響人員不能利用相對(duì)清潔的下部空氣進(jìn)行逃生。

(3)增加后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用。超細(xì)干粉滅火裝置需要每隔5～6年重新充裝或更換，勢(shì)必造成耗費(fèi)大量人力物力，同時(shí)在更換期間會(huì)造成時(shí)間及空間上的滅火盲區(qū)，具有較大消防安全隱患。

3.3 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

對(duì)比超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，總體來(lái)說(shuō)矛盾焦點(diǎn)在于影響疏散、滅火盲區(qū)及增加后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用等幾方面，對(duì)于影響疏散問(wèn)題，地下綜合管廊為非人員密集型場(chǎng)所，一般為2～3人同行巡檢，一個(gè)防火分區(qū)的長(zhǎng)度在200 m以內(nèi)，正常成年人能夠在超細(xì)干粉動(dòng)作前的14 s內(nèi)逃生至鄰近防火分區(qū)，避免受到傷害；滅火盲區(qū)問(wèn)題可以在管廊內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的備品備件，在巡檢過(guò)程中及時(shí)更換來(lái)有效避免。

增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用方面，圖1為某較早設(shè)置超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的地下綜合管廊的各類(lèi)費(fèi)用提高的原因和所占比例的統(tǒng)計(jì)。由此可以看出，由于后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)而提高的費(fèi)用只占1%，占比很小。

圖1 各類(lèi)費(fèi)用提高的原因和所占比例

因此從滅火原理、使用性能、后期運(yùn)營(yíng)管理以及投資造價(jià)等方面考慮，設(shè)置超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)是可行的。

4 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用范圍

按照《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50838—2015)關(guān)于設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)的要求，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)[9]。

4.2 裝置分析

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較成熟的超細(xì)干粉滅火裝置主要有貯壓懸掛式和非貯壓懸掛式等形式，不同形式適用于不同的環(huán)境。影響超細(xì)干粉滅火裝置選型的因素很多，地下綜合管廊深埋地下、空間狹小、設(shè)置了大量與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)的管線，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)迅速蔓延，有毒煙氣快速?gòu)浡?，綜合管廊內(nèi)密集布置著各類(lèi)機(jī)電設(shè)備、電力電纜等，誤動(dòng)作會(huì)影響綜合管廊的正常運(yùn)行，這里針對(duì)地下綜合管廊的特點(diǎn)，進(jìn)行對(duì)比選型。

非貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置主要由裝有干粉和噴發(fā)劑的罐體、噴發(fā)劑組件、電引發(fā)器、鋁箔噴口等組成[10]?；馂?zāi)發(fā)生后，滅火裝置的滅火噴發(fā)部件立即啟動(dòng)，噴發(fā)部件內(nèi)迅速利用安全電壓打火，噴口鋁箔在急劇升高的氣體發(fā)生劑作用下釋放，干粉在1 s內(nèi)瞬間從噴口噴出，因在極短的時(shí)間內(nèi)迅速噴發(fā)，且噴射具有方向性，定向滅火，區(qū)域內(nèi)無(wú)法短時(shí)間形成均勻的霧化濃度，滅火效果差、明火熄滅后容易復(fù)燃；如果未能定向噴射到目標(biāo)保護(hù)對(duì)象，干粉不能形成均衡有效的霧化濃度，不能達(dá)到正常滅火效果，造成大部分干粉掉落到非目標(biāo)保護(hù)對(duì)象，保護(hù)滅火效率較低；同時(shí)非貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置以鋁膜壓邊封口，密封性一般，且極易受低溫和潮濕環(huán)境影響，長(zhǎng)時(shí)間處于高濕狀態(tài)的地下綜合管廊不適用非貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置。

貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置主要由容器、噴頭組件、壓力表、熱敏元件等組成[11]?；馂?zāi)發(fā)生后，超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)玻璃熱敏元器件迅速崩裂，噴頭脫落，因儲(chǔ)罐內(nèi)預(yù)加設(shè)了一定壓力的驅(qū)動(dòng)氣體，干粉在驅(qū)動(dòng)氣體作用下3～15 s內(nèi)快速噴出，迅速形成均勻的霧化濃度，將目標(biāo)保護(hù)對(duì)象迅速包裹，實(shí)施滅火。貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置噴放時(shí)一般能均勻維持噴放超過(guò)5 s，均勻地噴射出粒徑一致性較好的干粉，干粉噴射后能迅速形成滿足設(shè)計(jì)要求的均勻霧化濃度，通過(guò)預(yù)加驅(qū)動(dòng)氣體的驅(qū)動(dòng)可以快速霧化到防護(hù)區(qū)各個(gè)角落，全淹沒(méi)無(wú)死角式滅火；同時(shí)均勻的霧化滅火劑可在較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)滅火，使保護(hù)對(duì)象難以復(fù)燃，直至明火徹底熄滅。另外貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置上安裝有壓力表，方便運(yùn)行維護(hù)人員快速識(shí)別滅火裝置是否處于有效區(qū)間，反饋裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)控滅火裝置運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，在溫度-45～＋60℃，濕度≥95%的寬泛溫度范圍及高濕環(huán)境均可正常運(yùn)行。

4.3 系統(tǒng)選型

根據(jù)上述分析，貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置是最適合于地下綜合管廊自動(dòng)滅火的形式。對(duì)于新建綜合管廊，可與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，并可聯(lián)動(dòng)通風(fēng)設(shè)備、防火門(mén)、疏散指示等系統(tǒng)[12]；對(duì)于既有綜合管廊改造，可在艙室增設(shè)貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置，結(jié)合既有火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對(duì)城市地下空間斷面集約化利用的要求越來(lái)越高，在城市新區(qū)開(kāi)發(fā)及老區(qū)有機(jī)更新區(qū)域會(huì)形成縱橫交錯(cuò)、干支結(jié)合的城市地下綜合管廊系統(tǒng)，更多的管線會(huì)進(jìn)入綜合管廊實(shí)行一體化管理。地下綜合管廊艙室內(nèi)設(shè)置超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)可有效撲救初期火源，迅速控制火災(zāi)蔓延趨勢(shì)，達(dá)到控火滅火的目的，為消防救援爭(zhēng)取更多時(shí)間，成為有效遏制事故擴(kuò)大，降低火災(zāi)事故后果，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的消防新利器。