安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文簡要介紹了城市綜合管廊特點及火災(zāi)原因，分別從防火分隔、通風(fēng)排煙、自動報警以及滅火設(shè)施等方面，對電纜隧道消防安全現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從規(guī)范完善、主動和被動防火措施三方面提出具有針對性的火災(zāi)預(yù)防對策。
關(guān)鍵詞:城市綜合管廊 ；防火措施 ；預(yù)防對策
一、引言
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市綜合管廊由于其有效利用地下空間、改善市容市貌等優(yōu)勢，越來越多的被城市應(yīng)用，建設(shè)規(guī)模也越來越大。但由于綜合管廊中，電纜采用密集敷設(shè)的方式，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢兇猛，蔓延迅速，且燃燒產(chǎn)生大量氯化氫毒氣，火災(zāi)的撲救難度非常大，很有可能導(dǎo)致城市大面積停電，造成重大財產(chǎn)損失。
二、城市綜合管廊的特點
城市綜合管廊是指容納兩種及兩種以上市政管線的地下構(gòu)筑物及其附屬設(shè)施，屬于重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施。它可以將給水、污水、天然氣、熱力、電力、通信、垃圾等市政管線綜合布設(shè)在同一地下溝道斷面內(nèi)，在一定范圍內(nèi)分別設(shè)置人員出入口、吊裝口、分支口、通風(fēng)口，高效合理地利用了地下空間。其中根據(jù)容納物不同，劃分為多個區(qū)域，包括水艙、垃圾艙、通信艙、電力艙、燃?xì)馀摰龋铣潭确浅８?，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。綜合管廊電力艙一般容納110kV及以上高壓輸電線路，輸送容量巨大，并且承擔(dān)著市政電力輸送的重任，一旦發(fā)生火災(zāi)，很有可能導(dǎo)致城市大規(guī)模停電，造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。
三、火災(zāi)原因及危害性
1.火災(zāi)原因
引發(fā)管廊電纜火災(zāi)的原因一般可以分成自身原因和外部原因兩種，其中自身原因引發(fā)的火災(zāi)更為常見。
（1）自身原因。①電纜發(fā)生過負(fù)荷和短路故障時，未能及時切斷故障電路，導(dǎo)致電纜過熱而著火；②電纜接頭處由于接觸不良導(dǎo)致電阻變大，造成接頭處過熱從而引燃絕緣層；③由于電纜受潮使得局部絕緣性能降低從而造成電纜接地和電纜短路事故；④電纜超過使用期限后會發(fā)生絕緣層老化，導(dǎo)致線路載流能力下降，熱量聚積導(dǎo)致電纜自燃等。
（2）外部原因。①電氣設(shè)備起火導(dǎo)致電纜被引燃；②施工產(chǎn)生的高溫熔渣引燃電纜；③油開關(guān)連接處封堵不嚴(yán)發(fā)生泄露，導(dǎo)致管廊內(nèi)存油引發(fā)火災(zāi)；④附近高溫管線過熱且未采取防火分隔措施而引燃電纜；⑤與其他建筑或艙室連接處未嚴(yán)格封堵，造成外部火源侵入等。
2.火災(zāi)危害性
城市綜合管廊空間狹長且較為封閉，其內(nèi)部敷設(shè)大量電纜，電纜被引燃后火焰沿著水平延伸方向蔓延迅速，火勢猛烈；管廊發(fā)生火災(zāi)時煙氣濃度高、能見度低，溫度能達(dá)到1000℃以上，且有機材料燃燒時還會產(chǎn)生大量有毒氣體；管廊與地面相連的豎向通道較少，且管廊內(nèi)狹窄，導(dǎo)致滅火救援人員難以順利到達(dá)著火部位滅火，火災(zāi)撲救難度非常大；管廊內(nèi)設(shè)置的多為高壓電纜，火災(zāi)發(fā)生后絕緣外層燒毀，如果沒有將全部線路電源切斷，一旦有人進(jìn)入管廊將有可能發(fā)生觸電事故；管廊內(nèi)不僅敷設(shè)高壓電纜，還有控制線路及其他設(shè)備，火災(zāi)不僅會燒毀電纜，其他線路設(shè)備也會遭到破壞，修復(fù)工作十分困難[4]。城市綜合管廊負(fù)擔(dān)著大型工程項目和城市的電能供應(yīng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，修復(fù)工作困難，恢復(fù)周期長，容易造成大面積停電，甚至關(guān)系到城市電網(wǎng)能否平穩(wěn)運行。另外，綜合管廊在城市中心區(qū)內(nèi)的建設(shè)規(guī)模越來越大，火災(zāi)事故發(fā)生后，如果防火分隔措施不到位，還可能會危及其他艙室的安全，甚至給城市安全帶來威脅。
四、火災(zāi)發(fā)生發(fā)展規(guī)律
城市綜合管廊屬于地下狹長受限空間，狹長受限空間內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)，與一般的建筑火災(zāi)發(fā)展過程具有一定的相似性。當(dāng)火災(zāi)發(fā)展至充分發(fā)展階段，管廊內(nèi)所有可燃物同時發(fā)生燃燒，管廊內(nèi)溫度將會達(dá)到1000℃以上，會嚴(yán)重?fù)p壞整個管廊結(jié)構(gòu)和設(shè)備，所以為了預(yù)防和控制管廊電纜火災(zāi)，減小火災(zāi)損失，需要在初期增長階段采取有效措施。
城市綜合管廊火災(zāi)大多數(shù)情況下是由電纜自身故障引起。在電纜的故障狀態(tài)下，管廊內(nèi)熱量無法正常排出，發(fā)熱電纜附近溫度不斷升高，引起電纜絕緣和護(hù)套材料的融化熱解。當(dāng)絕緣和護(hù)套層失效，則極有可能會發(fā)生短路，產(chǎn)生的電弧或電火花能量很高會立即引燃電纜產(chǎn)生明火。當(dāng)出現(xiàn)明火后，火災(zāi)的發(fā)展大致分為以下幾個過程。當(dāng)出現(xiàn)明火后，被引燃電纜上方會形成火羽流，周圍空氣由于浮力作用會被不斷卷吸入火羽流中，火羽流在不斷上升的過程中，由于周圍冷空氣的混入，溫度會不斷降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)管廊頂部時，會被頂棚所阻擋，發(fā)生頂棚射流現(xiàn)象。火焰會沿縱向電纜敷設(shè)方向蔓延，沿豎向向相鄰?fù)屑軐与娎|蔓延，形成立體蔓延態(tài)勢。熱煙氣在頂棚處聚集并開始水平蔓延，如果管廊各通風(fēng)口和防火門未能有效關(guān)閉，熱煙氣則會繼續(xù)向相鄰防火分區(qū)繼續(xù)蔓延，使得火災(zāi)進(jìn)一步蔓延擴大。
五、城市綜合管廊消防工程現(xiàn)狀
1. 結(jié)構(gòu)與防火分隔
城市綜合管廊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足規(guī)劃、施工、防火等要求，保證結(jié)構(gòu)具有一定的耐久性。為了防止火災(zāi)蔓延發(fā)展，采用防火分隔措施將長距離的綜合管廊電纜倉分隔為不同的防火分區(qū)。管廊內(nèi)電纜的布置還需要考慮散熱、防火、以及方便人員維修等。
（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電纜托架。綜合管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)耐火等級為一級，電纜敷設(shè)分為單側(cè)和雙側(cè)，管廊高度、寬度設(shè)置要滿足電纜敷設(shè)及人員維護(hù)施工所需空間。電纜托架層間距大小對于電纜日常散熱、火災(zāi)時豎向蔓延速度等都會產(chǎn)生較大影響。
（2）防火隔斷。管廊內(nèi)按照一定距離設(shè)置防火隔斷，能夠有效阻止火災(zāi)蔓延擴大，將影響范圍控制在一定區(qū)域內(nèi)，可采取的主要措施有防火墻、防火門和防火隔板等。防火分區(qū)之間應(yīng)設(shè)置防火墻和防火門，并且發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)能夠聯(lián)動關(guān)閉防火門。使用防火隔板來分隔電纜敷設(shè)時出現(xiàn)的重疊或交叉區(qū)域。
2. 火災(zāi)探測報警裝置
管廊距離較長，非檢修施工時沒有人員進(jìn)入，火災(zāi)初期階段很難被察覺，為了能夠及時探測到火情防止蔓延成災(zāi)，設(shè)置自動報警裝置是十分必要的?！冻鞘芯C合管廊工程技術(shù)規(guī)范》要求，在敷設(shè)電力電纜的艙室中均應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。
（1）探測器選型：①全線設(shè)置火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)；②管廊外容易出現(xiàn)異常發(fā)熱的重點部位應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器；③管廊內(nèi)應(yīng)在電纜的上表面敷設(shè)線型感溫火災(zāi)探測器，有外部火源進(jìn)入可能的管廊還應(yīng)同時在管廊頂部中央設(shè)置；④管廊內(nèi)應(yīng)設(shè)置手動報警按鈕和防火門監(jiān)控系統(tǒng)。
（2）探測器設(shè)置要求：①線型感溫火災(zāi)探測器應(yīng)采用接觸式的敷設(shè)方式，纜式線型感溫火災(zāi)探測器應(yīng)采用“S"形布設(shè)，光纖式探測器應(yīng)采用一根感溫光纜保護(hù)一根動力電纜的方式；②管廊內(nèi)的線型感溫探測器可接入電氣火災(zāi)監(jiān)控器。
3. 自動滅火裝置
由于管廊環(huán)境狹長封閉，滅火救援人員難以接近著火點，且電纜燃燒產(chǎn)生大量煙氣造成管廊內(nèi)能見度較低，常規(guī)的消防撲救十分困難。因此自動滅火系統(tǒng)對于撲救管廊早期火災(zāi)，控制火災(zāi)蔓延，減小火災(zāi)損失，能夠發(fā)揮十分關(guān)鍵的作用。目前不同工程當(dāng)中使用的自動滅火系統(tǒng)種類眾多，其中主要包括超細(xì)干粉、氣體、水噴霧、細(xì)水霧等滅火系統(tǒng)等，分析四種類型滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點，可以發(fā)現(xiàn)，氣體滅火系統(tǒng)由于需要形成密閉空間在長距離的管廊中不適用，水噴霧滅火系統(tǒng)用、排水量均較大，造成水漬損失過大，也不適用于管廊。超細(xì)干粉和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，電氣絕緣性都非常好，超細(xì)干粉系統(tǒng)具有系統(tǒng)布置簡單、造價低的優(yōu)點，而細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有可重復(fù)使用和事故后處理簡單、沒有水漬損失的優(yōu)點，所以根據(jù)實際工程特點可以發(fā)現(xiàn)，這兩種滅火系統(tǒng)應(yīng)用于管廊是較為適宜的。
4. 通風(fēng)及排煙裝置
管廊內(nèi)容納電纜眾多，在日常工作狀態(tài)下電纜會產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱條件不佳，熱量逐漸積累，管廊內(nèi)氣溫升高導(dǎo)致電纜絕緣老化速度加快，當(dāng)絕緣外層發(fā)生失效后則可能會引發(fā)電纜的異常工作，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。管廊內(nèi)常用的通風(fēng)方式包括自然通風(fēng)或機械通風(fēng)兩種，通風(fēng)方式的選擇是根據(jù)通風(fēng)量及通風(fēng)區(qū)域的長短等因素確定。管廊通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)同時滿足排熱、巡視、換氣及事故后排煙四種工況的要求，其中排熱工況時通風(fēng)量需要能夠排出綜合余熱維持管廊內(nèi)溫度不超過40℃，并且要求進(jìn)、排風(fēng)之間的溫度差不超過10℃，其余工況一般按規(guī)定的換氣次數(shù)來計算風(fēng)量。風(fēng)機需要同時滿足以上四種工況風(fēng)量和風(fēng)壓要求，且還需滿足管廊內(nèi)風(fēng)速小于5m/s，防火門處的風(fēng)速不宜大于7m/s。當(dāng)火災(zāi)報警控制器收到兩個獨立的火災(zāi)信號后，應(yīng)能聯(lián)動關(guān)閉通風(fēng)排煙系統(tǒng)，當(dāng)火災(zāi)撲滅后可由工作人員手動開啟事故排煙。
六、城市綜合管廊火災(zāi)預(yù)防對策
通過對現(xiàn)行防火措施的分析研究，結(jié)合城市綜合管廊特點及火災(zāi)原因，針對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的不足提出三點火災(zāi)預(yù)防對策。
1. 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)完善與建立
目前，城市綜合管廊消防安全相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，缺少系統(tǒng)的、全面的消防專業(yè)規(guī)范，所以難以按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計施工，不僅使其存在較大的火災(zāi)隱患，還給日常的消防管理帶來困難。主要存在的問題有：（1）不同設(shè)計規(guī)范中互相存在矛盾；（2）自動滅火系統(tǒng)的選型和應(yīng)用及相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善；（3）對防火措施的考慮不夠全面。
通過以上分析可知，針對綜合管廊消防安全問題提出一個系統(tǒng)性、全面性的設(shè)計規(guī)范，將現(xiàn)行不同規(guī)范中存在的矛盾和差異進(jìn)行重新修訂，是今后制定和修改規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可以參考的方向。
2. 主動防火措施
（1）及時發(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷，并及時對存在隱患的電纜進(jìn)行修復(fù)或更換；
（2）電氣保護(hù)裝置在保證可靠性的前提下，提高其靈敏度，確保電纜故障發(fā)生時可以及時有效切斷電源，防止內(nèi)部火源的產(chǎn)生；
（3）對綜合管廊全線電纜的表面溫度能夠?qū)崟r監(jiān)控，可以早期發(fā)現(xiàn)故障并及時找出隱患點，予以消除。
3. 被動防火措施
防火隔斷和防火封堵：綜合管廊內(nèi)部應(yīng)合理劃分防火分區(qū)，并設(shè)置防火墻、甲級防火門來劃分，并且防火門應(yīng)采取與火災(zāi)報警系統(tǒng)連鎖的設(shè)置，火災(zāi)時可以自動進(jìn)行關(guān)閉。電纜穿越墻體的孔洞、通風(fēng)口、安全孔等開口應(yīng)采用可靠的封堵措施。
（1）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)：電纜表面鋪設(shè)線性感溫探測器，管廊空間頂部使用線性感溫或感煙探測器，保證及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部及外部火源并得到控制。針對接頭、端子等易發(fā)生故障的部位應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)生異常及時切斷電源。
（2）自動滅火設(shè)施：根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，可設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)。具體采用哪種需要從綜合管廊的危險性、工程成本來考慮。
（3）通風(fēng)排煙設(shè)施：在火災(zāi)確認(rèn)后，應(yīng)立刻關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)，防止火災(zāi)繼續(xù)擴大蔓延，也能在一定程度上形成封閉空間達(dá)到窒息滅火的作用。火災(zāi)事故后，不可在未確認(rèn)火災(zāi)撲滅的情況下開啟風(fēng)機，風(fēng)機開啟會使管廊內(nèi)缺氧狀態(tài)得到改善，從而可能發(fā)生復(fù)燃甚至轟燃。
七、 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺
1.平臺概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。
2.平臺組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
3.平臺拓?fù)鋱D
4.平臺子系統(tǒng)
4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護(hù)測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
4.2環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.3馬達(dá)監(jiān)控
馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，實現(xiàn)對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制。
4.4電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。
4.5智能照明控制
① 防火分區(qū)單獨控制，分區(qū)內(nèi)設(shè)置智能控制面板就地驅(qū)動器；開關(guān)驅(qū)動器連接消防報警系統(tǒng)，接收消防報警信息，強制打開驅(qū)動器回路。
② 廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進(jìn)入管廊內(nèi)自動開啟燈具，在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮，離開后燈具關(guān)閉。
③ 除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
④ 考慮現(xiàn)場模塊分布較廣，距離過長，除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
⑤ 系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，支持延時控制，避免同時亮燈負(fù)荷對配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng)，可獨立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能。
八、相關(guān)平臺部署硬件選型清單
1.電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
2.智能照明系統(tǒng)
3.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
4.消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
5.防火門監(jiān)控系統(tǒng)
6.消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
九、結(jié)語
綜上所述，通過分析地下綜合管廊的特點火災(zāi)特征，提出有針對性的火災(zāi)預(yù)防對策，可以有效增強地下綜合管廊的火災(zāi)防控能力，為地下綜合管廊的安全穩(wěn)定運行提供保障。
參考文獻(xiàn)
[1]劉曉倩.濟(jì)南市城市地下管線綜合管理研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2015.
[2]湯衛(wèi)華.電纜廊道火災(zāi)特點及撲救對策[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2007(5):50-52.
[3]安科瑞電氣股份有限公司.
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2020.06版.
[5]安科瑞綜合管廊能效管理系統(tǒng)解決方案.2020.06版.
[6]金吉芬.電纜隧道火災(zāi)成因及其防治[J].山西建筑,2004(17):116-117.
[7]曹慶臣.城市地下管廊消防系統(tǒng)安全性分析[J].建筑技術(shù)開發(fā),2021(10):92-94.
[8]趙輝.城市電力電纜隧道的防火和消防設(shè)計[J].華北電力技術(shù),2010(6):49-51+54.
[9]李林林,肖國鋒.廣州某長距離地下電力隧道通風(fēng)設(shè)計[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2014(3):100-102.
[10]豐強強,謝軍,黃慰忠.功能安全設(shè)計在城市綜合管廊中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣,2020(11):51-56.
[11]白緒濤,孫丹丹,張曉晨.核電廠地下綜合管廊火災(zāi)薄弱性分析及改進(jìn)建議[J].中國核電,2020(4):526-530.
[12]高琪,城市綜合管廊消防安全現(xiàn)狀及預(yù)防對策研究.
咨詢電話