干貨來襲！地下綜合管廊與自動滅火系統設計方案（上）
摘要
介紹綜合管廊的組成與特點、發(fā)展、火災特點和綜合管廊中有關消防設計要求。本設計方案探討文章，只對與綜合管廊配套的水噴霧、細水霧、氣溶膠滅火系統的組成、滅火機理、設計參數與要求、用途建議進行了較詳細的闡述。
關鍵詞
綜合管廊；水噴霧滅火系統；細水霧滅火系統；氣溶膠滅火系統
概述
城市地下綜合管廊，是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣電、給排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的建筑物及附屬設施稱綜合管廊。一般隧道高2～4m,寬2～4m，建于地下大約6米深處。隧道平均造價為0.40～1.3億元/公里。國家于2015年5月22日頒布了GB50838-2015《城市綜合管廊工程設計規(guī)范》國家標準，2015年6月1日實施。
國內目前已建綜合管廊的規(guī)模還小，與西方發(fā)達國家的規(guī)模相比還有很大差距，一旦時機成熟城市地下綜合管廊將會以超常規(guī)的速度發(fā)展。地下綜合管廊在國外已經有很成熟的建設經驗了，但在國內這方面的研究還剛開始，在實踐中有些方面經驗還欠缺。
2015年8月國務院辦公廳發(fā)表了關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見。2016年李總理作政府工作報告時提出，2016年將開工建設城市地下綜合管廊2000公里以上。綜合管廊建設的重要性及必要性已提升至空前高度，不少重點城市也已出臺相關的配套政策，鼓勵綜合管廊的建設。十三五國家重點計劃中，也就城市地下綜合管廊建設列入其中。國家財政部、住房城市建設部在中國建筑文化中心開展了“2016年全國地下綜合管廊試點城市競爭性評審”。評審結果有15個城市入選2016年全國地下綜合管廊試點城市。2015年國家第一批綜合管廊試點城市與近期建設管廊長度：包頭（26公里）、沈陽（12公里）、哈爾濱（24公里）、蘇州（63公里）、廈門（39公里）、十堰（40公里）、長沙（62公里）、?？冢?3公里）、貴州六盤水（42公里）、甘肅白銀（26公里）。
2016年國家第二批綜合管廊試點城市：鄭州、廣州、石家莊、四平、青島、威海、杭州、保山、南寧、銀川、平潭、景德鎮(zhèn)、成都、合肥、海東。
城市地下綜合管廊應用領域
與火災原因、發(fā)展、特點
應用領域
新區(qū)建設、舊城改造、道路新（擴、改）建，在城市重要地段和管線密集區(qū)規(guī)范建設。
引起火災主要原因
（1）電纜接觸不良引起的火災。綜合管廊中電力系統中的電纜之間接頭處連接出現松動現象，導致局部接觸不良，使電阻增大、發(fā)熱造成火災。
（2）電纜短路引起的火災。綜合管廊中電纜是由不同的芯線組成的，各芯線存在電位差，若芯線絕緣體出現破裂、損壞就會產生放電，破裂處溫度升高將產生火災。
（3）電力系統中的線路過載也將引起火災。 江蘇消防工程公司
綜合管廊火災的發(fā)展階段
（1）前期陰燃階段。電纜處于陰燃階段，可嗅到焦糊味，有少量冒煙現象。
（2）早期局部小火燃燒階段。電纜局部燃燒，開始大量冒煙。
（3）中期出現明火階段。電纜成束出現明火，并伴隨大量濃煙，綜合管廊內溫度急劇上升，能見度明顯下降，火災沿電纜方向快速蔓延。
（4）晚期火災逐漸衰減階段。綜合管廊中火焰溫度高達1000℃左右，各電纜處于轟燃階段。電纜基本燒光后，火災逐漸衰減熄滅。
綜合管廊火災特點
（1）火勢兇猛，非常迅速。電纜絕緣材料大多數是易燃物質制成，燃燒并產生有毒熱濃煙。 蘇州消防工程公司
（2）撲救困難。綜合管廊狹長，人員在內部行動困難，無自然采光，火災時有毒熱濃煙使可見度大大降低，使人工滅火相當困難。
（3）損失嚴重，修復時間長，將造成的社會影響較大。
（4）綜合管廊火災主要為A（可燃固體）、B（可燃液體）、C（可燃氣體）、E（電氣）等種類。
降低火災措施
（1）在容易發(fā)生火災位置和電纜的重要部位多安裝火災探測器和電氣火災監(jiān)控探測器，將火災發(fā)現在萌芽狀態(tài)。
（2）使用阻燃、難燃電纜。
（3）合理設計電纜線路。依據實際情況設計電流密度，防止過載，防止電纜溫度過高產生火災。
（4）設置動物防護網。防止小動物對電纜進行撕咬，導致電纜絕緣體破損，短路發(fā)生火災。
城市地下綜合管廊工程技術規(guī)范消防方面設計要求與設備配套（主要條款）
（1）天然氣管道艙及容納電力電纜的艙室應每隔200m采用耐火極限不低于3.0h不燃性墻體進行防火分隔。防火分隔處的門應采用甲級防火門。
（2）綜合管廊交叉口及各艙室交叉部位應采用3.0h的不燃性墻體進行防火分隔，分隔處采用甲級防火門。
（3）綜合管廊內應在沿線、人員出入口、逃生口等處設置滅火器材，滅火器材的設置間距不應大于50m，滅火器配置應按標準配置。 江蘇消防工程公司
（4）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根以上電力電纜的艙室應設置自動滅火系統；其它容納電力電纜的艙室設置自動滅火系統。
（5）綜合管廊內應設正常照明和應急照明。出入口和各防火分區(qū)防火門上方應設置安全出口標志燈、燈光疏散。
（6）綜合管廊監(jiān)控與報警系統宜分環(huán)境與設備監(jiān)控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統、地理信息系統和統一管理信息平臺等。
（7）監(jiān)控、報警和聯動反饋信號應送至監(jiān)控中心。
（8）綜合管廊應設置安全防范系統。設備集中安裝地點、人員出入口、變配電間和監(jiān)控中心等場所，應設置攝像機，每個防火分區(qū)應至少設置一臺攝像機。攝像機設置間距不應大于100m。
（9）綜合管廊的通風量應符合以下規(guī)定：正常通風換氣次數不應小于2次/h,發(fā)生事故時不應小于6次/h；天然氣正常時≥6次/h，發(fā)生事故時≥12次/h；通風口處出風風速≤5m/s。依據上述參數選型火災探測器種類和規(guī)格。
（10）干線、支線綜合管廊含電力電纜的艙室應設置火災自動報警系統。
（11）應在電力電纜表層設置線型感溫火災探測器，并應在艙室頂部設置線型光纖感溫火災探測器或感煙火災探測器。
（12）天然氣管道艙應設置可燃氣體探測報警系統。
城市地下綜合管廊將主要用哪些消防器材
主要消防探測報警產品比較：
線型感溫火災探測器、感煙火災探測器、線型光纖感溫火災探測器、火焰探測器、系列報警控制器等設備。 蘇州智淼消防工程公司
主要自動滅火設備產品比較：
城市地下綜合管廊發(fā)生火災時，采用不同的自動滅火設備將產生的滅火效果是不一樣的，為了準確選擇合適的自動滅火設備，將從產品組成、主要特點、工作原理、滅火機理、主要設計基本參數與要求、當前應用市場狀況、專家用戶意見等方面進行綜合分析探討后，提出用途推薦建議，僅供參考。
水噴霧滅火系統
（1）產品組成與特點：
水噴霧滅火系統由水源、供水設備、過濾器、雨淋閥組、管道及開式水霧噴頭等組成，并與火災探測報警及聯動控制系統配套。系統設備安裝需占用較大的地面面積和空間，安裝施工復雜,施工周期長，對綜合管廊各管線整體規(guī)劃布局影響較大。
（2）滅火機理：
利用水霧噴頭使水轉變成不連續(xù)的粒徑不超過1mm細小水霧滴噴射出來。滅火機理主要是表面冷卻、窒息、乳化和稀釋作用，屬物理滅火性質?？捎糜趽渚華、B（閃點＞60℃）C、E火災?？梢匀蜎]和局部滅火兩種方式滅火。當綜合管廊下層橋架上的電纜發(fā)生火災，火源上方有遮擋物時，粒徑不超過1mm細小水霧不能迂回障礙物，將嚴重影響滅火效果。滅火后將造成較嚴重水漬現象和觸電事故產生。
（3）主要設計基本參數與要求：
（a）水噴霧噴頭工作壓力≥0.35Mpa；
（b）滅火時響應時間≤45s；
（c）電纜設計噴霧強度≥13L/min.㎡；
（d）持續(xù)噴霧時間≥0.4h；
（e）若綜合管廊寬3.5m、高3.5m、長200m時，兩噴頭之間距離≤4.9m，共計噴頭為41個左右，需最小水量約218.4m3。若滅火時供水量不足時，應考慮建水池，還應考慮建排水池，滅火后應及時用排水泵向外排水。
（4）應用狀況與專家建議：
依據當前綜合管廊應用狀況和有關專家論文及文章介紹，主要存在如下主要原因：設備占地面面積和占用空間較大，較嚴重影響綜合管廊各管線整體安裝布局；火源上方有遮擋物時將嚴重影響滅火撲救效果；滅火后會造成較嚴重水漬現象，需及時排水；容易發(fā)生觸電現象。滅火成功后，火災不易復燃。
（5）用途與建議：
綜合上述分析，建議綜合管廊不應采用水噴霧滅火系統。若水噴霧滅火系統采用，主要對綜合管廊電纜防護區(qū)進行保護。
細水霧滅火系統
（1）產品組成與特點
細水霧滅火系統由供水裝置、過濾裝置、控制閥、細水霧噴頭等組件和供水管道組成，能自動和人工啟動。依據規(guī)范要求，若綜合管廊采用細水霧滅火系統，應采用中壓（1.2～3.5Mpa）或高壓（≥3.5Mpa）泵組式開式細水霧滅火系統。系統設備需占用較大的地面面積和空間，安裝施工復雜，施工周期長，對綜合管廊各管線整體規(guī)劃布局影響較大。細水霧滅火系統日常維護比水噴霧滅火系統更難，成本更高。
（2）滅火機理
利用細水霧噴頭使水以很高的速度被噴射出來，被空氣撕碎成不連續(xù)的粒徑為0.2～0.4mm細小水霧滴。滅火機理主要是表面冷卻、窒息、輻射阻隔和浸濕作用，屬物理滅火性質?？捎糜趽渚華、B、C、E類火災。可以全淹沒和局部滅火兩種方式滅火。開式系統采用局部滅火時，保護對象周圍的氣流速度不宜大于3m/s。當綜合管廊下層橋架上的電纜發(fā)生火災，火源上方有遮擋物時，粒徑為0.2～0.4mm細小水霧也不能迂回障礙物，火災將難撲滅。滅火后將會造成水漬現象和觸電事故產生。
（3）主要設計基本參數與要求
（a）中、高壓細水霧噴頭工作壓力分別為1.2～3.5Mpa和≥10Mpa；
（b）開式滅火時響應時間≤30s；
（c）電纜隧道中、高壓最小噴霧強度均為≥2L/min.㎡；
（d）電纜隧道持續(xù)噴霧時間≥30min；
（e）若綜合管廊寬3.5m、高3.5m、長200m時，中、高壓噴頭兩噴頭安裝間距分別為≤2.5m和≤3m，共計采用噴頭數量分別為80個和57個左右。中、高壓開式細水霧滅火系統需最小用水量均為≥42m3左右。 若滅火時供水量不足時，應考慮建水池。依據規(guī)范要求，泵組系統用水的水質不應低于現行國家標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749，也就是說水應經常更換，水質不干凈，將可能堵塞噴頭水霧小孔，影響滅火效果或不能噴水。還應考慮建排水池，滅火后應及時用排水泵向外排水。
（4）應用狀況與專家建議
目前細水霧滅火系統應用于地下綜合管廊的案例不多。依據天津某消防支隊和某消防科研單位細水霧滅火系統在電纜隧道中，按1︰2比例實際情況做模擬滅火試驗論文分析，當上下兩層都放置有電纜的時候，由于電纜對細水霧的阻隔作用，下層的火焰更難撲滅，若下層電纜束增多，使得火焰功率也更大，因此在這種情況下火焰最難撲滅，若需要撲滅火災，需增加細水霧噴頭持續(xù)噴射時間。依據其它細水霧滅火系統實驗論文和文章介紹，當火源上方有遮擋物寬度超過1m左右或噴頭離火源較遠時，火災將難撲滅。若滅火成功后，火災不易復燃。也就是說以水為介質的滅火劑，一旦滅火成功，火災不易復燃，滅火浸漬時間可以短；以氣體為介質的滅火劑，滅火成功后，火災易復燃，一定要增長滅火浸漬時間；干粉介質的滅火劑火災復燃性處于水與氣體滅火介質之間。
（5）用途與建議
綜合上述分析，建議綜合管廊不宜采用細水霧滅火系統。若采用細水霧滅火系統，依據有關細水霧滅火系統實驗論文、文章和綜合分析，建議綜合管廊頂部每2～3m間距安裝一個細水霧噴頭，綜合管廊兩側每層電纜橋架中間靠墻處，每2～3m間距同時也安裝一個細水霧噴頭，這樣才能基本確保對各層電纜實施保護，但設計和實際安裝施工難度增大，也同時增大了許多倍的滅火用水量和排水量。細水霧滅火系統從頂部和左右兩側三個方向同時對地下綜合管廊和地下電纜隧道中電纜橋架各層電纜實施滅火設計方案還沒有先例，還有待深入探討研究。
氣溶膠滅火系統（也稱氣溶膠滅火裝置）
（1）產品組成與特點
使氣溶膠發(fā)生劑通過燃燒反應產生熱氣溶膠滅火劑的裝置稱氣溶膠滅火系統，也叫熱氣溶膠滅火裝置。通常由引發(fā)器（電雷管）、氣溶膠發(fā)生劑和發(fā)生器、冷卻裝置（劑）、反饋元件、外殼及與之配套的火災探測裝置和控制裝置組成。氣溶膠滅火劑發(fā)生劑，也稱滅火藥劑，一般由氧化劑、還原劑及添加劑組成，引發(fā)器（電雷管）通電后，引發(fā)器中的電阻絲發(fā)熱引燃底火，底火燃燒使氣溶膠滅火劑發(fā)生劑燃燒反應產生熱氣溶膠的固體化學混合藥劑，該固體混合氣溶膠滅火藥劑粒徑在1um左右。
氣溶膠滅火裝置行業(yè)產品標準規(guī)定：滅火裝置充裝氣溶膠發(fā)生劑（藥劑）質量大于1Kg時，噴射時間<120S；滅火裝置出口溫度，落地式出口5mm處溫度<180℃，懸掛式出口<200℃；噴射時間，噴口處應無明火或火星或應無殘渣外溢，外殼不應出現變形、燒穿現象；單具滅火裝置中的氣溶膠發(fā)生劑（藥劑）總質量由原10㎏改為不應大于3㎏；電引發(fā)器（電雷管）通電150mA電流，持續(xù)5min，不應動作；為了確保產品安全性，氣溶膠滅火裝置中的引發(fā)器（電雷管）和氣溶膠發(fā)生劑是易燃易爆火工危險品，規(guī)定該產品和藥劑在加工、使用、貯存、運輸等過程中應符合國家有關法律和法規(guī)要求，并應取得相應資質。
氣溶膠滅火裝置按安裝方式可分為落地式；也稱柜式和懸掛式兩種，柜式為主要結構。新標準規(guī)定柜式氣溶膠滅火裝置氣溶膠發(fā)生劑（藥劑）最大充裝質量<3㎏，一般只能保護21.4m3防護區(qū)。氣溶膠滅火劑固氣混合氣體從滅火裝置出口噴射的距離一般為1.2m左右。懸掛式氣溶膠滅火裝置國內很少有，因要求氣溶膠滅火劑噴射距離較遠，出口壓力增大，裝置易發(fā)生爆炸現象。柜式氣溶膠滅火裝置需占用較多的地面面積，因噴射距離為1.2m左右，則每間隔3〜4m需安裝該滅火裝置，對綜合管廊各管線整體規(guī)劃布局將會造成很大影響。
（2）滅火機理
氣溶膠滅火劑是由氧化劑、還原劑及粘合物組合成的固體狀態(tài)含能化學物質，屬煙氣型滅火劑。滅火機理主要是破壞燃燒鏈，屬化學滅火，也有點降溫冷卻作用?？捎糜趽渚華、B、C、E類火災。氣溶膠噴射物和滅火分解產物的主要成分有碳酸鉀、氧化鉀和水，是金屬鹽類和金屬氧化物，有一定導電性，容易引起電子設備短路。這些金屬鹽類和金屬氧化物極易吸潮生成強堿氧化鉀，對鋁、鋅、銅、硅有強腐蝕作用，將大大縮短設備壽命。
氣溶膠滅火劑混合氣體從滅火裝置出口噴出1.2m距離后，由于煙霧粒徑很小在1um左右，向防護區(qū)頂部聚集，將漂浮30min左右才沉降，防護區(qū)頂部短時間內的滅火濃度一般高于地面，而火災一般發(fā)生在地面，氣溶膠滅火裝置的滅火效果不是很好。
(3)主要設計基本參數與要求
（a）氣溶膠滅火裝置的設計滅火濃度標準規(guī)定不應小于0.14㎏/ m3；
（b）單臺滅火裝置中的氣溶膠發(fā)生劑質量不應大于3 ㎏，單臺保護體積為21.4 m3；
（c）滅火裝置安全電流一般為150mA左右，雷電或調試安裝中易誤啟動，應特別注意；
（d）《氣體設計規(guī)范》中第3.1.18條規(guī)定：“熱氣溶膠預制滅火系統裝置的噴口高于防護區(qū)地面2.0m”這一條款規(guī)定，使氣溶膠滅火裝置在地下綜合管廊中安裝，很難找到合適的地方和位置；
（e）潔凈度要求較高場所不適應；
（f）滅火裝置啟動之前，必須關閉所有通風設備，只適應于封閉場所全淹沒滅火；
（g）滅火裝置啟動后，防護區(qū)浸漬時間應大于20min；
（h）《氣體滅火設計規(guī)范》要求，滅火裝置噴口1m內，裝置的背面、側面、頂面0.2m內不得放置任何設備、器具等，以防引燃或受熱損失變形；
（i） 為了確保安全，滅火裝置啟動時人員必須先撤離。
（4）應用狀態(tài)與專家建議
（a）2015年9月1日公安部消防產品合格評定中心發(fā)布通知，自動滅火設備生產廠家必須獲得產品3C強制性認證證書，才能生產銷售，沒有此證消防不許安裝驗收。氣溶膠滅火系統（裝置）屬自動滅火設備，必須取3C證。由于該產品的氣溶膠發(fā)生劑和引火器（電雷管）屬易燃易爆火工危險品，到2016年10月26日止仍暫停辦理3C產品證書。
（b）2016年3月24日在北京公安部消防產品合格評定中心會議室召開了國家強制性產品認證消防技術專家組（TC16）會議。通過領導和專家形成會議紀要，會議紀要第七條專門對氣溶膠滅火裝置產品進行近期和將來發(fā)展的規(guī)定，內容如下：“根據多方征求火工、民爆行業(yè)專家意見，氣溶膠滅火裝置的現行標準（GA499.1）缺少氣溶膠發(fā)生劑危險等級規(guī)定及使用限定要求，建議該標準從速補充相關要求及規(guī)定，在標準未修改補充前，為保障安全性， CCC認證工作暫不進行。”到2018年5月20日止，氣溶膠滅火系統產品行業(yè)征求意見稿正在進行中，估計最快需2年時間才能成為正式標準。可能該產品不準生產銷售，因該產品是火工危險品。
（c）2012年第11期消防技術與產品信息國家消防核心期刊發(fā)表了長沙市消防支隊建審科伍警官寫的《S型氣溶膠滅火裝置在電子設備場所的應用探討》文章。引用文章中幾段，內容如下：
為了驗證氣溶膠的大空間滅火性能，我們采購了三個知名廠家的氣溶膠滅火裝置，按相關規(guī)定和標準要求，分別在300m3實驗室進行滅火試驗，無一滅火成功，最后將廠家公布的設計量放大1.5倍試驗，最終也沒有一次能夠滅火成功。實驗證明，氣溶膠滅火系統在較大防護區(qū)使用達不到預定滅火目的。
雖然S型氣溶膠的沉降物吸濕性明顯改善，這使造成電氣短路的危險大大減低，但對精密儀器而言，甚至少量灰塵都會造成致命損壞，更何況氣溶膠的沉降物是金屬氧化物？事實上S型氣溶膠滅火裝置在電子通信設備場所的使用中也確實出現過問題，如2009年發(fā)生湖南湘西自治州一移動通信信號站，因使用某公司S型氣溶膠發(fā)生誤噴，致局部信號中斷2h。當時是使用了國內某企業(yè)落地式S型氣溶膠滅火裝置因故誤噴，造成中興通訊設備損壞。
幾乎所有的氣溶膠廠家都強調氣溶膠是建設造價最低的滅火系統，回避了氣溶膠有效期只有5～6年的客觀事實，也就是說氣溶膠每隔5～6年就要重復投資。由于七氟丙烷和IG541等不存在藥劑有效期問題，因此從長期投資角度講，氣溶膠滅火系統的建設投資遠大于其它氣體滅火系統。
我國前面幾代氣溶膠產品都因多起重大事故被停用，S型氣溶膠在腐蝕性、絕緣性和高溫性等方面有改進，但危害還是客觀存在，不宜在電子設備等場所推廣使用。
近幾年國內許多文章、論文對氣溶膠滅火裝置的滅火效果、滅火裝置因調試和雷電易誤啟動、腐蝕性、單價低均作了闡述，基本與伍警官文章中的介紹相同，這里就不在贅述了。
（d）雖然《氣體滅火設計規(guī)范》容許氣溶膠滅火系統可以使用于一些領域，但近幾年許多大型城市消防部門和移動、鐵路等許多領域，下文明確嚴禁本地區(qū)、本領域使用氣溶膠滅火系統。
（5）用途與建議
綜合上述分析，地下綜合管廊、地下電纜隧道不應采用氣溶膠滅火系統。本文對氣溶膠滅火系統探討和闡述較多，因當前有部分地下綜合管廊和電纜隧道及計算機房等許多領域仍設計了氣溶膠滅火系統。如湖南省長沙市地下綜合管廊就是一例，本利達集團技術人員提供有關氣溶膠滅火系統產品文章、資料給設計院看后，立即變更設計方案為貯壓懸掛式ABC超細干粉滅火裝置產品。氣溶膠滅火裝置本人認為真正只能用于對設備、環(huán)境、潔凈度要求不高的，小于100m3以下的A、E類火災場所，如：電纜夾層、發(fā)電機房、配電間等。
參考文章
為了使各位對地下綜合管廊項目消防報警、自動滅火系統的產品和設計方案進一步了解，將提供以下文章參考：
（1） 城市地下綜合管廊配套消防滅火設備
（2） 探火管式滅火裝置設計選型與安裝
（3） 懸掛式滅火裝置正確選型設計與安裝使用
（4） S型氣溶膠滅火裝置在電子設備場所的應用探討_伍燦
（5） 氣溶膠滅火系統的特點及應用_石崢嶸
（6） 固體微粒氣溶膠滅火劑產物腐蝕性研究_李曉東
（7） 風力發(fā)電機組火災特性與消防系統試驗研究_張晉
（8） 新型超細干粉高效滅火劑及滅火系統_胡新贊
（9） 風力發(fā)電機組火災幾種滅火設備的初探
（10） 細水霧滅火系統在電纜隧道中的應用研究_吳春榮
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