淺談城市綜合管廊消防及配電設計的研究

摘要:目前，我國許多城市都在進行綜合管廊的建設，但在其設計過程中各地的綜合管廊消防設計做法不一。因此，結合某創意產(chan) 業(ye) 園文通路綜合管廊消防設計，分析探討了綜合管廊電力艙自動滅火設施的選用、計算和設計，旨在能夠對我國當前城市綜合管廊消防設計起到一定促進作用，同時也為(wei) 業(ye) 界提供一定的參考。

關(guan) 鍵詞:綜合管廊；消防設計；高壓細水霧滅火係統

引言

19世紀歐洲開始建設綜合管廊，目前主要發達國家已經建成了許多完善的綜合管廊網絡。而我國綜合管廊建設發展則較慢，至2013年才開始大規模建設，科研人員對綜合管廊的滅火消防係統的研究與(yu) 探討也較少，直至*近幾年綜合管廊修建熱潮的興(xing) 起，諸多研究人員開始對綜合管廊的消防進行了專(zhuan) 門研究，並取得了一係列成果。

國內(nei) 早期的研究內(nei) 容主要在是否設置自動滅火係統方麵，從(cong) 初期小型綜合管廊不設自動滅火裝置、大規模管廊建議設置自動滅火裝置到後期業(ye) 內(nei) 人士普遍認同設置自動滅火裝置，直到2015年GB50838—2015《綜合管廊工程技術規範》的發布，電纜艙室設置自動滅火係統才成為(wei) 設計人員的共識，但具體(ti) 采用哪種自動滅火係統還有很大的分歧。截至目前，諸多學者在設計以及運維過程中，對氣溶膠係統、水噴霧係統、氣體(ti) 滅火係統、高壓細水霧係統和超細幹粉係統的滅火原理、設計、運維以及投資進行了對比，得出了許多成果。筆者結合某創意產(chan) 業(ye) 園綜合管廊（以下簡稱文通路綜合管廊）消防設計，對其進行探討。

某綜合管廊工程位於(yu) 產(chan) 業(ye) 園中部沿線，主管廊總長5292.824m，為(wei) 3艙形式，含燃氣艙、綜合艙、電力艙。根據入廊管線需求和施工工法，確定綜合管廊為(wei) 多跨箱型框架結構。各艙室布置形式如下：標準段為(wei) 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，人行通道不小於(yu) 1 m。具體(ti) 平麵布置以及標準橫斷麵見圖 1。

圖1 文通路綜合管廊工程標準橫斷麵圖

火災分析

該工程燃氣艙內(nei) 納入了燃氣管線；綜合艙內(nei) 納入了給水、生態用水、通信和熱力管線，預留了直飲水、再生水管線空間；電力艙內(nei) 納入了10kV、110kV電力管線，預留了220kV電力管線空間。筆者在對上述入廊管線分析後認為(wei) ，電力艙的電力管線是導致管廊火災發生的主要原因。其中，引起火災的因素有：

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）現場施工的誤操作。

3）高壓電力管線因火災而斷電後，仍有餘(yu) 壓，存在著觸電危險。

4）火災發生後，由於(yu) 艙內(nei) 管線集中，著火點會(hui) 形成火流而迅速燃燒，並沿電力管線快速蔓延至其他區域。

5）由於(yu) 電力管線燃燒後會(hui) 產(chan) 生大量有害氣體(ti) ，加大了管廊火災的撲救難度。

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

綜合管廊消防措施

根據GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術規範》結合DL/T5221—2016《城市電力電纜線路設計技術規定》以及GB50116—2013《火災自動報警係統設計規範》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，防火分區之間通過常閉防火門連通。

2）電力艙的防火門為(wei) 常閉型防火門，在每個(ge) 防火門設置1套防火門監控模塊。防火門的開啟、關(guan) 閉及故障狀態信號通過防火門監控模塊反饋至防火門監控器。電力艙采用火災自動報警係統。

3）管廊采用機械進風，機械排風係統，各艙風機獨立設置。

4）綜合管廊的承重結構體(ti) 和防火牆的燃燒性能均為(wei) 不燃燒體(ti) ，耐火極限按照不低於(yu) 3.0h設計。

5）該工程中電力艙、綜合艙、燃氣艙根據火災危險性分類劃分為(wei) 不同的危險類別，即：電力艙為(wei) 丙類，定性為(wei) 中危險級；綜合艙為(wei) 丙類，定性為(wei) 輕危險級；燃氣艙為(wei) 甲類，定性為(wei) 嚴(yan) 重危險級。

根據所定的危險等級以及火災情況，其中綜合艙、燃氣艙除設置滅火器、消防通風排煙機自動報警係統外不再設置其他的消防設施；電力艙除設置滅火器、消防通風排煙機自動報警係統外還需要設置自動消防設施。

6）設計範圍內(nei) 的綜合艙、燃氣艙、電力艙和連接通道均需要設置手提滅火器。其中：燃氣艙按C類氣體(ti) 火災考慮，*大保護距離不大於(yu) 15m，設置磷酸銨鹽幹粉滅火器MF/ABC5；綜合艙、電力艙按A類固體(ti) 火災考慮，*大保護距離不大於(yu) 20m，設置磷酸銨鹽幹粉滅火器MF/ABC3。

電力艙消防方案選擇

根據綜合管廊火災分析，綜合管廊電力艙的電力管線是導致管廊火災的主要原因，因此消防方案主要針對電力艙的滅火係統進行設計。根據電力艙火災特點以及相關(guan) 主管部門意見，結合國家和地方相關(guan) 規範和規定，能夠符合電力艙消防要求的滅火係統有：水噴霧滅火係統、超細幹粉滅火、高壓細水霧滅火係統、泡沫滅火係統等。以上幾種滅火係統對比見表1。

經對比後決(jue) 定該工程不采用泡沫滅火係統和水噴霧滅火係統，而高壓細水霧滅火係統和超細幹粉滅火係統需對以下幾方麵進行比選後，再確定*終的電力艙消防方案。

1）可靠性分析。

高壓細水霧滅火係統的開啟有自動控製、手動控製和應急操作控製3種方式，因此開啟的可靠性較高。超細幹粉滅火係統根據相關(guan) 規定當空間高度超過4m時要分層安裝；全淹沒保護時獨立防護區容積不宜大於(yu) 2000m³、麵積不宜大於(yu) 500㎡，而根據文通路綜合管廊的標準平麵圖，200m的防火分區，則需74具，當溫感探測器探知到火警時，同時開啟防火分區內(nei) 自動滅火器滅火。

由於(yu) 超細幹粉儲(chu) 存在氣壓罐內(nei) ，有效噴灑時間不超過5s，自動滅火器串聯使用，隻要1具滅火器失效，就導致防火區間的噴灑濃度達不到設計要求，難以保證撲滅效果。而高壓細水噴霧滅火係統的持續噴霧時間至少為(wei) 30min，即便係統某一個(ge) 或幾個(ge) 噴頭不噴水，也可以保證滅火區域的窒息滅火。

因此從(cong) 產(chan) 品可靠性分析而言，高壓細水霧滅火係統可靠性較高。

2）後期維護管理。

根據相關(guan) 消防要求，高壓細水霧滅火係統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，每年檢測消防控製中心火災自動報警裝置以及聯動裝置的運行情況，這種管理，簡單方便、直接有效、工作量少。

超細幹粉滅火器隻能間接檢查，不能直接試用；根據相關(guan) 規範，地下綜合管廊其滅火器應每半個(ge) 月檢查1次，但超細幹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，後期維護管理繁瑣且費用較高。

3）環保要求。

高壓細水霧滅火係統滅火介質為(wei) 水，而超細幹粉滅火劑平均粒徑小，不分解、不吸濕、不結塊，幹粉噴灑於(yu) 空氣中能見度低，影響管廊內(nei) 人員逃生。

因此，經與(yu) 消防部門溝通，綜合考慮滅火效果、初始投資和後期維護管理等因素，並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係統。

高壓細水霧滅火係統滅火機理、係統組成、控製方式及工作原理圖

（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(wei) 10MPa，用水量卻為(wei) 傳(chuan) 統的1％，但起到作用是其他係統的2～3倍，因此其機理可以概況為(wei) 表麵冷卻、窒息滅火、阻隔熱輻射、衝(chong) 擊乳化以及稀釋作用。

（2）係統組成

1）高壓細水霧滅火係統由泵組單元、補水增壓裝置、穩壓泵、不鏽鋼水箱、區域控製閥、細水霧噴頭、供水係統和不鏽鋼管道、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製櫃具有自動、手動2種控製方式，同自動報警係統聯動控製，收到報警信號後控製泵組啟動，並向控製中心反饋泵組運行信息。

3）區域控製閥安裝於(yu) 每個(ge) 防護區的進水管處，具有手動和自動2種控製方式，受消防中心控製，向消防中心反饋信息。

（3）控製方式正常情況下，係統處於(yu) 待命狀態，泵組單元不啟動，區域控製閥後的高壓管網內(nei) 沒有水。高壓細水霧滅火係統同火災報警係統聯動，有自動和手動2種控製方式

（4）開式係統工作原理（見圖2）。

高壓細水霧滅火係統的計算

（1）設計概況

該工程共設2套高壓細水霧滅火係統，主要防護區域為(wei) 電力艙、用戶支管廊。第1套係統作用範圍為(wei) K0+190—K2+380，第2套係統作用範圍為(wei) K2+380—K5+480；總保護長度約為(wei) 6323m，電力艙寬度為(wei) 2.7m，用戶支管廊寬度為(wei) 2.6m。

（2）防火分區

綜合管廊內(nei) 設防火分區，每個(ge) 防火分區長度不超過200m；電力艙與(yu) 綜合艙分別為(wei) 獨立防火分區，每個(ge) 防火分區間以防火牆配防火門隔斷。各防火分區內(nei) 設1個(ge) 緊急出入口。

（3）高壓細水霧用水量計算

噴頭的設計參數根據相關(guan) 規範規定，采用全淹沒應用方式開式係統的噴頭，其水量計算參數見表2。

根據表2，確定*終計算參數：

1. 噴頭的工作壓力≥10.0MPa；

2. 噴頭的安裝高度h≤3.0m；

3. 係統的*小噴霧強度1.0L/（min·㎡）；

4. 噴頭的*大布置間距3.0m。

係統設計及選型

1. 係統流量計算單個(ge) 噴頭計算流量q=K*根號10P。

式中：q為(wei) 單個(ge) 噴頭的流量，L/min；P為(wei) 噴頭壓力，MPa，取*不利點工作壓力為(wei) 10MPa；K為(wei) 噴頭流量係數，取0.7。

1. 係統計算流量

式中：Qj為(wei) 係統的計算流量，L/min；n為(wei) 係統啟動後同時噴霧的噴頭數量；qi 為(wei) 某個(ge) 細水霧噴頭的計算流量，L/min。

1. 開式係統的計算

根據管廊平麵設計，每個(ge) 防火分區長度不超過200m，所以*大分區保護長度為(wei) 200m，保護長度分別為(wei) 104m和96m，噴頭數量分別為(wei) 36個(ge) 和34個(ge) ，其中在高壓單向閥相交處管道共用10個(ge) 噴頭，所以*大分區噴頭數量為(wei) 75個(ge) 。管廊分區管網係統見圖3。

*大開式係統*大流量區域設置75隻K=0.7的細水霧噴頭，按該區域的末端噴頭工作壓力為(wei) 10MPa計，其他噴頭壓力則高於(yu) 10MPa。根據相關(guan) 計算分析，該區域內(nei) 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，係統設計流量Qs=525L/min。

4）泵組單元選型

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

泵組單元參數：Q=130L/min，P=16MPa，N=37kW。

穩壓泵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於(yu) 0.2MPa，不高於(yu) 0.6MPa。為(wei) 保證泵組單元正常工作，在其進水口處設置補水增壓裝置2套（1用1備），Q≥520L/min，H≥20m。

5）儲(chu) 水量計算

We=Qs×t。式中：We為(wei) 儲(chu) 水量，L；Qs為(wei) 係統設計流量，L/min；t為(wei) 持續噴霧時間，應取15min。

係統用水量We=Qs×t=525×15=7875L。

根據係統用水量選用8m³水箱。

（3）自動消防設計

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自動報警係統。

經計算，電力艙消防設置為(wei) 每3km左右設置泵房1套，共設置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於(yu) 電力艙艙頂正中央處，高壓細水霧斷麵圖見圖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台

1. 平台概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台集18luck新客户端、能源管理、電氣安全、照明控製、環境監測於(yu) 一體(ti) ，為(wei) 建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體(ti) 係提供數據支持，從(cong) 數據采集、通信網絡、係統架構、聯動控製和綜合數據服務等方麵的設計，解決(jue) 了綜合管廊在管理過程中存在內(nei) 部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問題，大大提高了係統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢複效率。

1. 平台組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理係統是一個(ge) 深度集成的自動化平台，它集成了10KV/O.4KV變電站18luck新客户端係統、變電所環境監控係統、智能馬達監控係統、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、智能照明係統、消防應急照明和疏散指示係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

1. 平台拓撲圖

1. 平台子係統

4.118luck新客户端

18luck新客户端主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體(ti) 濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nei) 的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。

4.3馬達監控

馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯動控製。

4.4電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，消防設備電源傳(chuan) 感器、防火門狀態傳(chuan) 感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內(nei) 阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

4.5智能照明控製

1. 防火分區單獨控製，分區內(nei) 設置智能控製麵板就地驅動器；開關(guan) 驅動器連接消防報警係統，接收消防報警信息，強製打開驅動器回路。

2. 廊內(nei) 上方安裝智能照明傳(chuan) 感器，使人員進入管廊內(nei) 自動開啟燈具，在管廊內(nei) 停留燈具保持常亮，離開後燈具關(guan) 閉。

3. 除了現場的控製方式外，還可用電腦端實現集中控製，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控製該區域的照明。

4. 考慮現場模塊分布較廣，距離過長，除了現場的控製方式外，還可用電腦端實現集中控製，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控製該區域的照明。

5. 係統支持單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式，支持延時控製，避免同時亮燈負荷對配電係統造成衝(chong) 擊。模塊不依賴係統，可獨立工作，每個(ge) 模塊均自帶時間模塊，可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控製功能。

相關平台部署硬件選型清單

1. 18luck新客户端及配電室環境監控係統

2. 

結語

在綜合管廊工程消防設計中，電力艙自動滅火係統是設計難點之一。鄭州國際文化創意產(chan) 業(ye) 園文通路綜合管廊通過比較選擇，*終確定采用高壓細水霧係統作為(wei) 電力艙的消防滅火設施。該係統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計規範的要求，因此可以廣泛應用於(yu) 綜合管廊電力艙消防係統中。

安科瑞侯文莉