淺談城市綜合管廊消防及配電設(shè)計的研究

摘要:目前，我國許多城市都在進行綜合管廊的建設(shè)，但在其設(shè)計過程中各地的綜合管廊消防設(shè)計做法不一。因此，結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊消防設(shè)計，分析探討了綜合管廊電力艙自動滅火設(shè)施的選用、計算和設(shè)計，旨在能夠?qū)ξ覈斍俺鞘芯C合管廊消防設(shè)計起到一定促進作用，同時也為業(yè)界提供一定的參考。

關(guān)鍵詞:綜合管廊；消防設(shè)計；高壓細水霧滅火系統(tǒng)

引言

19世紀歐洲開始建設(shè)綜合管廊，目前主要發(fā)達國家已經(jīng)建成了許多完善的綜合管廊網(wǎng)絡(luò)。而我國綜合管廊建設(shè)發(fā)展則較慢，至2013年才開始大規(guī)模建設(shè)，科研人員對綜合管廊的滅火消防系統(tǒng)的研究與探討也較少，直至*近幾年綜合管廊修建熱潮的興起，諸多研究人員開始對綜合管廊的消防進行了專門研究，并取得了一系列成果。

國內(nèi)早期的研究內(nèi)容主要在是否設(shè)置自動滅火系統(tǒng)方面，從初期小型綜合管廊不設(shè)自動滅火裝置、大規(guī)模管廊建議設(shè)置自動滅火裝置到后期業(yè)內(nèi)人士普遍認同設(shè)置自動滅火裝置，直到2015年GB50838—2015《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布，電纜艙室設(shè)置自動滅火系統(tǒng)才成為設(shè)計人員的共識，但具體采用哪種自動滅火系統(tǒng)還有很大的分歧。截至目前，諸多學(xué)者在設(shè)計以及運維過程中，對氣溶膠系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、高壓細水霧系統(tǒng)和超細干粉系統(tǒng)的滅火原理、設(shè)計、運維以及投資進行了對比，得出了許多成果。筆者結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園綜合管廊（以下簡稱文通路綜合管廊）消防設(shè)計，對其進行探討。

某綜合管廊工程位于產(chǎn)業(yè)園中部沿線，主管廊總長5292.824m，為3艙形式，含燃氣艙、綜合艙、電力艙。根據(jù)入廊管線需求和施工工法，確定綜合管廊為多跨箱型框架結(jié)構(gòu)。各艙室布置形式如下：標準段為2.7m寬電力艙+6.5m寬綜合艙+1.8m寬燃氣艙，各艙室均高 3.6 m，人行通道不小于 1 m。具體平面布置以及標準橫斷面見圖 1。

圖1 文通路綜合管廊工程標準橫斷面圖

火災(zāi)分析

該工程燃氣艙內(nèi)納入了燃氣管線；綜合艙內(nèi)納入了給水、生態(tài)用水、通信和熱力管線，預(yù)留了直飲水、再生水管線空間；電力艙內(nèi)納入了10kV、110kV電力管線，預(yù)留了220kV電力管線空間。筆者在對上述入廊管線分析后認為，電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)發(fā)生的主要原因。其中，引起火災(zāi)的因素有：

1）電力管線起火。①電力管線對地短路。②電力管線相位間短路。③線路過載。

2）現(xiàn)場施工的誤操作。

3）高壓電力管線因火災(zāi)而斷電后，仍有余壓，存在著觸電危險。

4）火災(zāi)發(fā)生后，由于艙內(nèi)管線集中，著火點會形成火流而迅速燃燒，并沿電力管線快速蔓延至其他區(qū)域。

5）由于電力管線燃燒后會產(chǎn)生大量有害氣體，加大了管廊火災(zāi)的撲救難度。

此外，火災(zāi)損失以電力管線、電信管線、附屬照明物等為主，人員損失的可能性較小。

綜合管廊消防措施

根據(jù)GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》結(jié)合DL/T5221—2016《城市電力電纜線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定》以及GB50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，文通路綜合管廊主要消防措施有以下幾項：

1）管廊防火分隔間距按照200m考慮，防火分區(qū)之間通過常閉防火門連通。

2）電力艙的防火門為常閉型防火門，在每個防火門設(shè)置1套防火門監(jiān)控模塊。防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)信號通過防火門監(jiān)控模塊反饋至防火門監(jiān)控器。電力艙采用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

3）管廊采用機械進風(fēng)，機械排風(fēng)系統(tǒng)，各艙風(fēng)機獨立設(shè)置。

4）綜合管廊的承重結(jié)構(gòu)體和防火墻的燃燒性能均為不燃燒體，耐火極限按照不低于3.0h設(shè)計。

5）該工程中電力艙、綜合艙、燃氣艙根據(jù)火災(zāi)危險性分類劃分為不同的危險類別，即：電力艙為丙類，定性為中危險級；綜合艙為丙類，定性為輕危險級；燃氣艙為甲類，定性為嚴重危險級。

根據(jù)所定的危險等級以及火災(zāi)情況，其中綜合艙、燃氣艙除設(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機自動報警系統(tǒng)外不再設(shè)置其他的消防設(shè)施；電力艙除設(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機自動報警系統(tǒng)外還需要設(shè)置自動消防設(shè)施。

6）設(shè)計范圍內(nèi)的綜合艙、燃氣艙、電力艙和連接通道均需要設(shè)置手提滅火器。其中：燃氣艙按C類氣體火災(zāi)考慮，*大保護距離不大于15m，設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5；綜合艙、電力艙按A類固體火災(zāi)考慮，*大保護距離不大于20m，設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC3。

電力艙消防方案選擇

根據(jù)綜合管廊火災(zāi)分析，綜合管廊電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)的主要原因，因此消防方案主要針對電力艙的滅火系統(tǒng)進行設(shè)計。根據(jù)電力艙火災(zāi)特點以及相關(guān)主管部門意見，結(jié)合國家和地方相關(guān)規(guī)范和規(guī)定，能夠符合電力艙消防要求的滅火系統(tǒng)有：水噴霧滅火系統(tǒng)、超細干粉滅火、高壓細水霧滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)等。以上幾種滅火系統(tǒng)對比見表1。

經(jīng)對比后決定該工程不采用泡沫滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)，而高壓細水霧滅火系統(tǒng)和超細干粉滅火系統(tǒng)需對以下幾方面進行比選后，再確定*終的電力艙消防方案。

1）可靠性分析。

高壓細水霧滅火系統(tǒng)的開啟有自動控制、手動控制和應(yīng)急操作控制3種方式，因此開啟的可靠性較高。超細干粉滅火系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定當空間高度超過4m時要分層安裝；全淹沒保護時獨立防護區(qū)容積不宜大于2000m3、面積不宜大于500㎡，而根據(jù)文通路綜合管廊的標準平面圖，200m的防火分區(qū)，則需74具，當溫感探測器探知到火警時，同時開啟防火分區(qū)內(nèi)自動滅火器滅火。

由于超細干粉儲存在氣壓罐內(nèi)，有效噴灑時間不超過5s，自動滅火器串聯(lián)使用，只要1具滅火器失效，就導(dǎo)致防火區(qū)間的噴灑濃度達不到設(shè)計要求，難以保證撲滅效果。而高壓細水噴霧滅火系統(tǒng)的持續(xù)噴霧時間至少為30min，即便系統(tǒng)某一個或幾個噴頭不噴水，也可以保證滅火區(qū)域的窒息滅火。

因此從產(chǎn)品可靠性分析而言，高壓細水霧滅火系統(tǒng)可靠性較高。

2）后期維護管理。

根據(jù)相關(guān)消防要求，高壓細水霧滅火系統(tǒng)的日常維護管理采取的是試運行的方式進行，每月試驗性啟動1次水泵，每年檢測消防控制中心火災(zāi)自動報警裝置以及聯(lián)動裝置的運行情況，這種管理，簡單方便、直接有效、工作量少。

超細干粉滅火器只能間接檢查，不能直接試用；根據(jù)相關(guān)規(guī)范，地下綜合管廊其滅火器應(yīng)每半個月檢查1次，但超細干粉自動滅火器懸掛在綜合管廊頂部，檢查費時費力，同時滅火器還需每隔一定時間維修和更換，后期維護管理繁瑣且費用較高。

3）環(huán)保要求。

高壓細水霧滅火系統(tǒng)滅火介質(zhì)為水，而超細干粉滅火劑平均粒徑小，不分解、不吸濕、不結(jié)塊，干粉噴灑于空氣中能見度低，影響管廊內(nèi)人員逃生。

因此，經(jīng)與消防部門溝通，綜合考慮滅火效果、初始投資和后期維護管理等因素，并兼顧文通路綜合管廊空間較大的特性，*終選用高壓細水霧滅火系統(tǒng)。

高壓細水霧滅火系統(tǒng)滅火機理、系統(tǒng)組成、控制方式及工作原理圖

（1）滅火機理

高壓細水霧可以快速使被噴灑的對象冷卻，隔絕外界的熱輻射，其工作壓力為10MPa，用水量卻為傳統(tǒng)的1％，但起到作用是其他系統(tǒng)的2～3倍，因此其機理可以概況為表面冷卻、窒息滅火、阻隔熱輻射、沖擊乳化以及稀釋作用。

（2）系統(tǒng)組成

1）高壓細水霧滅火系統(tǒng)由泵組單元、補水增壓裝置、穩(wěn)壓泵、不銹鋼水箱、區(qū)域控制閥、細水霧噴頭、供水系統(tǒng)和不銹鋼管道、閥門等組成。泵組單元由主泵、安全溢流閥、閥件、機架等組成。

2）高壓細水霧滅火裝置控制柜具有自動、手動2種控制方式，同自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制，收到報警信號后控制泵組啟動，并向控制中心反饋泵組運行信息。

3）區(qū)域控制閥安裝于每個防護區(qū)的進水管處，具有手動和自動2種控制方式，受消防中心控制，向消防中心反饋信息。

（3）控制方式正常情況下，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，泵組單元不啟動，區(qū)域控制閥后的高壓管網(wǎng)內(nèi)沒有水。高壓細水霧滅火系統(tǒng)同火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動，有自動和手動2種控制方式

（4）開式系統(tǒng)工作原理（見圖2）。

高壓細水霧滅火系統(tǒng)的計算

（1）設(shè)計概況

該工程共設(shè)2套高壓細水霧滅火系統(tǒng)，主要防護區(qū)域為電力艙、用戶支管廊。第1套系統(tǒng)作用范圍為K0+190—K2+380，第2套系統(tǒng)作用范圍為K2+380—K5+480；總保護長度約為6323m，電力艙寬度為2.7m，用戶支管廊寬度為2.6m。

（2）防火分區(qū)

綜合管廊內(nèi)設(shè)防火分區(qū)，每個防火分區(qū)長度不超過200m；電力艙與綜合艙分別為獨立防火分區(qū)，每個防火分區(qū)間以防火墻配防火門隔斷。各防火分區(qū)內(nèi)設(shè)1個緊急出入口。

（3）高壓細水霧用水量計算

噴頭的設(shè)計參數(shù)根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用全淹沒應(yīng)用方式開式系統(tǒng)的噴頭，其水量計算參數(shù)見表2。

根據(jù)表2，確定*終計算參數(shù)：

1. 噴頭的工作壓力≥10.0MPa；

2. 噴頭的安裝高度h≤3.0m；

3. 系統(tǒng)的*小噴霧強度1.0L/（min·㎡）；

4. 噴頭的*大布置間距3.0m。

系統(tǒng)設(shè)計及選型

1. 系統(tǒng)流量計算單個噴頭計算流量q=K*根號10P。

式中：q為單個噴頭的流量，L/min；P為噴頭壓力，MPa，取*不利點工作壓力為10MPa；K為噴頭流量系數(shù)，取0.7。

1. 系統(tǒng)計算流量

式中：Qj為系統(tǒng)的計算流量，L/min；n為系統(tǒng)啟動后同時噴霧的噴頭數(shù)量；qi 為某個細水霧噴頭的計算流量，L/min。

1. 開式系統(tǒng)的計算

根據(jù)管廊平面設(shè)計，每個防火分區(qū)長度不超過200m，所以*大分區(qū)保護長度為200m，保護長度分別為104m和96m，噴頭數(shù)量分別為36個和34個，其中在高壓單向閥相交處管道共用10個噴頭，所以*大分區(qū)噴頭數(shù)量為75個。管廊分區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)見圖3。

*大開式系統(tǒng)*大流量區(qū)域設(shè)置75只K=0.7的細水霧噴頭，按該區(qū)域的末端噴頭工作壓力為10MPa計，其他噴頭壓力則高于10MPa。根據(jù)相關(guān)計算分析，該區(qū)域內(nèi)的噴頭都按照10MPa計算，總計誤差不足5%，可忽略不計。

由以上計算可知，系統(tǒng)設(shè)計流量Qs=525L/min。

4）泵組單元選型

選用細水霧滅火裝置1套，型號為XSW-BZ130/16；裝置配泵組單元4套，3用1備。

泵組單元參數(shù)：Q=130L/min，P=16MPa，N=37kW。

穩(wěn)壓泵2套（1用1備）：Q=10L/min，P=1.6MPa，N=0.75kW。泵組單元的進水壓力不低于0.2MPa，不高于0.6MPa。為保證泵組單元正常工作，在其進水口處設(shè)置補水增壓裝置2套（1用1備），Q≥520L/min，H≥20m。

5）儲水量計算

We=Qs×t。式中：We為儲水量，L；Qs為系統(tǒng)設(shè)計流量，L/min；t為持續(xù)噴霧時間，應(yīng)取15min。

系統(tǒng)用水量We=Qs×t=525×15=7875L。

根據(jù)系統(tǒng)用水量選用8m3水箱。

（3）自動消防設(shè)計

納入電力管線的電力艙采用全淹沒式高壓細水霧滅火方式和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

經(jīng)計算，電力艙消防設(shè)置為每3km左右設(shè)置泵房1套，共設(shè)置2套高壓細水霧泵組。高壓細水霧泵房示意圖見圖4。高壓細水霧噴頭安裝于電力艙艙頂正中央處，高壓細水霧斷面圖見圖5、6。

圖4 高壓細水霧泵房示意圖

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。

1. 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行進行集中監(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。

1. 平臺拓撲圖

1. 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裝置及多功能儀表進行保護和監(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、可燃氣體濃度、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馬達監(jiān)控

馬達監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護、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、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，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(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，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(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。

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)

結(jié)語

在綜合管廊工程消防設(shè)計中，電力艙自動滅火系統(tǒng)是設(shè)計難點之一。鄭州國際文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊通過比較選擇，*終確定采用高壓細水霧系統(tǒng)作為電力艙的消防滅火設(shè)施。該系統(tǒng)具有良好的電絕緣性能和冷卻、窒息、隔離輻射熱的效果，其綜合滅火性能強且用水量小，無毒害，能較好地滿足綜合管廊設(shè)計規(guī)范的要求，因此可以廣泛應(yīng)用于綜合管廊電力艙消防系統(tǒng)中。

截至目前，文通路綜合管廊工程已經(jīng)完成設(shè)計，處于施工階段，希望筆者的經(jīng)驗?zāi)芙o同類工程案例提供一定參考。

參考文獻

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