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摘要:為系統把握當前消防標準化及火災研究工作的成果及其不足，簡述城市綜合管廊基本概念，回顧國內外綜合管廊發展歷程，分析綜合管廊火災危險性，論述綜合管廊火災與交通隧道火災的區別;從基礎問題和實踐應用2個層面，綜述綜合管廊火災研究的成果和總體進展;總結國內外消防設計規范要求的差異和國內標準的發展情況，全面展望未來綜合管廊火災研究方向。研究結果表明:基礎問題的研究方法以借鑒交通隧道領域為主，研究內容有局限性，研究課題間聯系不緊密;實踐應用研究局限于工程經驗探討，消防規范普遍缺乏專項標準。
關鍵詞:城市綜合管廊;消防標準;火災研究;消防設計;交通隧道
城市綜合管廊作為一類集約使用的新型隧道，提供了市政管線可持續發展的新途徑，但其潛在的火災危害也不容小覷。近年來發生了多起綜合管廊火災案例，如日本世田谷電纜管廊因用火不慎釀成火災;韓國1994—1997年發生4起線纜故障短路引發管廊火災事故。
公路隧道、地鐵隧道等傳統交通隧道火災研究已取得一些系統性成果。BEAＲD等*早從工程實踐的角度總結了火災探測和各類主、被動防火策略的問題、要求、當前科學技術發展，提出了交通隧道火災下的人員應急措施、消防安全管理方案和工程應急程序的建議。INGASON等著重于梳理隧道火災問題的理論科學進展(物理現象和動力學基礎)，同時引申出相應的預測方法指南。這2本專著為隧道火災研究與消防實踐提供了詳實的指導，但都未涉及綜合管廊火災問題。當前對綜合管廊這類新型隧道火災的研究仍處于起步階段。早期管廊火災的研究內容局限于工程經驗探討，近年來，開始利用試驗、仿真等科學手段進行論證，探索相應的火災規律，但相比成熟系統的交通隧道火災研究還不夠完善，未曾明確綜合管廊與交通隧道兩者的差異帶來的火災問題和研究方法的區別。張書豪綜述了綜合管廊燃氣火災和爆炸安全的相關研究成果，但是缺乏對綜合管廊普遍發生電纜火災的研究成果的歸納和探討。
鑒于此，首先從綜合管廊基本概念、發展歷程和火災危險性3個角度簡述本文研究對象，接著通過對比交通隧道火災問題，突出綜合管廊火災問題的特殊性。然后從基礎問題和實踐應用2個層面，綜述綜合管廊火災研究的*新成果和總體進展;總結國內外消防設計的規范要求與發展情況。*后提出當前綜合管廊火災研究的不足，展望未來的研究方向，以期為管廊消防規范體系建設、開展實踐應用研究，以及保障城市生命線長治久安提供參考。
綜合管廊定義為建于城市地下用于容納2類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施，一般容納的市政管線有供水管道(包括給水管道、中水管道和消防管道)、排水管道(包括雨水管道和污水管道)、燃氣管線、電力電纜、通信電纜和熱力管道等。
根據管廊收容的管線等級、數量、輸送性質，可將其分為干線綜合管廊、支線綜合管廊和纜線管廊。根據不同工程條件，綜合管廊可以采用矩形斷面、圓形斷面和馬蹄形斷面等形式。綜合管廊內容納的管線具有不同的火災危險性，通常將不同危險等級的管線分開收容在相互獨立的艙室，采用具有一定耐火極限的不燃性結構分隔不同的艙室。因此，也可根據艙室數量分為單艙綜合管廊、雙艙綜合管廊和多艙綜合管廊。
建設綜合管廊來整合市政設施*早可追溯到羅馬帝國時代，當時的工程師將給水管線和污水系統合并設置。該設計理念此后被忽視，直到19世紀法國將巴黎的市政設施改造成可容人通過的隧道，同時容納多種管線，現代管廊系統的雛形由此誕生。此后綜合管廊在得到飛速的發展。張竹村梳理了世界綜合管廊發展史后總結出3個階段及其特點，我國綜合管廊建設也經歷了4個階段。
借鑒綜合管廊在近200年的發展經驗，我國當前穩步推進管廊建設的啟示包括:充分借鑒管廊發展的歐洲模式和日本模式，促進綠色發展;完善法律法規體系，規范管廊建設和改造;統籌管廊建設時序和地域，實現地上地下統一規劃;推進新工藝(大數據、物聯網、建筑信息模型、地理信息系統、機器人及智慧運維平臺)的開發和使用;實現規劃、建設、運維全過程綜合化管理。
根據綜合管廊災害事故統計，地震和火災是其面臨的2大主要災害。潛在的火災危險類型主要有電力電纜火災、燃氣火災和污水管道火災等。基于綜合管廊火災案例研究，發現綜合管廊內起火原因多樣，通常有電氣火災(短路、接觸不良、線路超負荷和漏電)、明火火災(人為入侵、非標準化作業)和可燃物泄漏火災。綜合管廊火災特點為:可燃物種類多，數量大，燃燒時間長;空間受限，燃燒過程復雜;火場環境惡劣，撲救困難;影響范圍廣。
4.1基礎問題研究
4.1.1綜合管廊火災問題的特殊性
近年來，針對綜合管廊火災問題的研究剛起步，而之前國內外學者已在相關的電力電纜燃燒特性及行為和隧道火災動力學等方向開展了豐富的研究，取得了豐碩的研究成果。對隧道火災的研究，著重于交通隧道火災領域，其中封堵隧道火災這類場景與綜合管廊存在相似之處，但綜合管廊作為一類特殊的市政隧道，與隧道在以下方面仍有所區別。
1)管廊結構。綜合管廊的斷面尺寸相比公路隧道通常更小，我國每個艙室根據規范劃分為多個不超過200m的防火分區，因此，綜合管廊內會存在封堵端墻。
2)可燃物種類及布置。管廊內可燃物如壓電纜和通信線纜，一般自頂棚至地面以一定間距成層布置，容易誘發強羽流撞擊頂棚的熱物理現象以及蔓延擴大。交通隧道內的交通工具發生火災，一般更貼近地面。
3)通風排煙設計。交通隧道排煙設計是通過持續效地控煙、排煙協助受困人員、車輛進行緊急疏散。而綜合管廊排煙的首要目標是保障管線和結構安全，輔助消防撲救工作。目前綜合管廊的通風排煙設計有事故中排煙模式和事故后排煙模式。
4.1.2我們的相關研究
通過近年來的研究，取得的主要成果包括:
1)自行研制1∶8城市綜合管廊火災試驗平臺。
2)自主發明了1種熱煙試驗發煙系統和1種基于光流技術的煙氣二維速度場測量方法。
3)研究了管廊常用10kV阻燃電纜的燃燒特性及行為，定量分析了管廊內燃燒強化現象。
4)建立了頂棚射流*溫度的縱向衰減預測模型，并重新判定了Delichatsios估的斯坦頓數;數學表征了豎直溫度分布的自相似性;整合2個維度(縱向、豎向)，建立了綜合管廊火災強羽流驅動的頂棚射流二維溫度場的經驗性預測框架。
5)針對一端強制通風導致火源的熱釋放速率增大的現象，開展了考慮環境風下羽流特性的綜合管廊事故中排煙模式的優化研究和事故后排煙模式研究，實踐論證了相鄰2個防火分區設置通風區間的可行性。正在進行和未來的研究方向包括:密閉環境下的電纜火災動力學、通風等邊界條件介入后的*火行為、綜合管廊*優通風排煙策略及智能化控制、綜合管廊機器人智慧探測方法等。
4.2實踐應用研究
1999年，CANTO-PEＲELLO等梳理了綜合管廊的發展歷史，探討了管廊在可持續發展中的關鍵作用和可行性。同時提出管廊日常運營時在消防安全方面需要注意的要求。隨后，建立了一種結合彩色編碼尺度、德爾菲法和層次分析法的專家系統，為管線的安全系統規劃決策提供支持。
管廊發展初期，工程師也從自身經驗對消防設計提出意見:在初期火災時可設置滅火器配置點，還可配置推車式干粉滅火器進行防護冷卻滅火;提倡使用壓細水霧系統保護電纜。2012年，綜合管廊國家標準、發布前(盡管其對消防系統要求條文也比較簡單，依賴設計者自己分析把握)，對于消防滅火系統各地的消防審批部門有不同的做法，防火分區甚至有劃分到300～900m。
綜合管廊自動滅火系統通常有水噴霧、細水霧、超細干粉、氣溶膠等多種。目前有2大趨勢:
用超細干粉滅火系統取代傳統S型氣溶膠;
②壓細水霧滅火系統取代水噴霧滅火系統。TOMAＲ同樣認為技術性能壓細水霧具備優勢，目前爭議點在于1套系統到底能保護多少個防護區。
監控與探測方面，越來越多的學者和設計單位考慮選用光纖傳感技術。1997年，ISHII等論證了管廊內應用光纖進行溫度探測的可行性。王鵬等認為如考慮溫度報警及時性及規范支持，使用光纖光柵測溫技術;如更多考慮報警準確性、可靠性及后期維護費用，建議使用分布式光纖測溫;如考慮初始造價，建議采用感溫電纜。戴文濤建議電力艙接頭區采用非接觸纜式線型感溫火災探測器;謝軍提出綜合管廊群監控概念。
未來的管控需要應用物聯網、人工智能、建筑信息模型、地理信息系統、云計算、大數據等新技術，搭建實時共享、仿真及分析功能的綜合管廊可視化管理平臺，納入智能消防應急疏散系統，開發巡檢機器人補充甚至代替人員巡檢。
我國在統籌、指導新建、擴建和改建的綜合管廊指南是《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838—2015)(簡稱新版)。在消防安全方面，相對于《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838—2012)(簡稱舊版)，新版規定更明確，同時體現了規劃先行、適度超前、因地制宜、統籌兼顧的原則。
世界范圍內，綜合管廊的消防設計應根據國情和實踐情況研究制定，當涉及具體消防設計時，不同的規范要求，乃至工程實施存在較大差異。在結構設計上，類似我國要求，西班牙Lezkairu綜合管廊工程、卡塔爾Lusail城市綜合管廊采用防火墻結合防火門劃分防火分區。但Lezkairu管廊分區長度達到400m;韓國20世紀建造的管廊甚至不設防火分區，某些研究者提出的建議也是*低500m。阿布扎比管廊設計手冊指出防火墻的設置根據地方當局的要求，可能需要，并非強制。中國臺灣的《共同管道工程設計規范》也未對設置防火分區作出明確要求。通風排煙設計上，我國推拉型縱向通風方式與日本的要求以及其他多數國家的實際案例基本一致。印度不設置防火分區，采用更為經濟的射流風機形式。相比我國執行事故后機械排煙，西班牙、馬來西亞則依據煙氣探測自動觸發排煙系統，進行火災事故中排煙。Lezkairu管廊要求排煙風機在400℃以內持續工作2h。
近年來，我國連續發布了《城市工程管線綜合規劃規范》、《城鎮綜合管廊監控與報警系統工程技術標準》、《城市地下綜合管廊建設規劃技術導則》和《城市地下綜合管廊運行維護及安全技術標準》，與此同時，一些行業協會，如中國工程建設標準化協會牽頭制定《城市地下綜合管廊管線工程技術規程》、《裝配式鋼結構地下綜合管廊工程技術規程》也正在編制，推動綜合管廊規范化進程。中國市政工程協會也立項了《城市綜合管廊消防設施技術規程》和《城市綜合管廊通風設施技術規程》等標準編制。
地方層面，各省級甚至地級市建設部門都在修訂適宜當地實施的綜合管廊規程，統計見表1。
表1我國地方綜合管廊工程設計地方標準
*近，海南省和深圳市分別頒布了《城市綜合管廊消防安全技術規程》、《城市綜合管廊消防系統工程技術規范》(征求意見稿)，這是目前僅有的消防規范。
綜合管廊火災研究在各國學者的緊密推動下，已經取得了初步的成果，相關消防標準的制定也具備一定的發展，其中存在的不足分析如下:
1)綜合管廊的基礎火災問題的研究思路以借鑒傳統交通隧道的成果為主，適用性很少得到充分的論證，研究內容還停留在對防滅火效果的驗證、比選以及模型修正階段，缺乏對綜合管廊火災態勢演化機制的新理論支撐，沒有形成系統、嚴密、完善的工程指南。
2)綜合管廊的實踐應用研究很大程度依賴于工程師的設計經驗，缺乏可供參考的綜合管廊試驗數據支持，也鮮有*新信息技術的應用。消防工程設計中出現的難題很少得到基礎科學研究領域的關注。
3)綜合管廊特殊部位的火災問題很少受到關注。
4)綜合管廊的消防規范標準不完善，消防規范十分有限。
著眼于這些研究存在的不足和當下綜合管廊消防標準進程的思考，筆者認為未來的研究應著重考慮以下方向:
1)綜合管廊結構標準段優化。主要包括管廊標準段的截面，擴大防火分區和擴大通風分區，對于圓形、矩形截面的管廊研究不能互相套用結論。是否存在一個度、寬度范圍，可繼續挖掘。防火分區的擴大，需要全面綜合考慮，擴大、合并通風分區，開啟通風區間中間的逃生井蓋作為火災臨時自然進風口，如何改進能夠充分滿足消防排煙要求還需要研究探討。
2)綜合管廊特殊部位的研究。對于非標準段，如十字交叉口、T形交叉口等的火災問題需要系統的探索。
*優通風排煙準則及動作模式。事故中排煙模式需要保障快速響應、溫工作的性能，同時對火焰區的燃燒增益*小，還要做好火災失控后的解決措施;事故后排煙模式需要考慮通風排煙和自動滅火系統的聯動方案。首先，通風會降低細水霧系統的滅火能力，細水霧系統滅火時也會使煙氣濃度增加，降低煙氣層度;其次，事故后通風量的設置、限制進、排風溫差、排風口出風風速、排煙口與周圍建(構)筑物口的安全距離、自然進風或機械進風的選擇，都是需要論證的問題。普通管道艙理論上存在大于200m的情形，其通風系統如何規定還缺乏研究。電纜火災如何設計替代線性火源，使得模擬電纜區域火災易于重復又具有可靠性和準確性，是當前試驗研究未曾考慮的。通風和自動滅火介入下的轟燃、回燃等*火災現象是否會發生，能否將事故中排煙和事故后排煙的優勢相結合？
4)電纜重點防護區的建立及防滅火技術。重點防護區的劃分依賴于對電纜艙室的火災風險分析。各種類型探測裝置如何保證覆蓋全面，超壓電纜缺氧燃燒特性的研究，由此發展物理、化學防治方法。除電纜阻火分隔的物理阻隔概念，遠期更應嘗試化學隔斷。
5)綜合管廊火災逃生和疏散。管廊內人員逃生更加注重個體行為和有效的逃生路徑設計，而非群體行為或疏散組織。疏散的對象是和綜合管廊相鄰的建筑內的公眾，所以該部分的研究需要判別以上2點在動力學上的差異，對管廊內的逃生設計要考慮到防火門、逃生口、爬梯的布局和便攜滅火設備、安全面罩的配備等;對于相鄰建筑需要做好防火隔斷、通風隔斷，輔以應急疏散組織。
6)綜合管廊安全效消防救援。采納事故后通風模式的綜合管廊消防救援，應立足于自熄滅和自動滅火系統，消防員的介入確保安全。在火災發生階段應當著重保證周邊建筑內的人員安全。對于安全介入管廊的時間選擇，同樣依賴于密閉環境內的溫度場演化規律、密閉環境內毒性氣體分析、影響火源熄滅的因素和動力學診斷的相關研究。
7)綜合管廊消防智慧化進程。綜合管廊是面向未來的百年工程，消防安全數據的監測、收集、分析和總結應智慧化，實時共享各類運行數據、建立智能消防應急疏散系統納入綜合管廊可視化管理平臺，應用無人巡檢技術、物聯網、人工智能、地理信息系統、建筑信息模型、云計算、大數據、虛擬現實等技術的*新成果，推動綜合管廊智慧化、智能化進程。
8)綜合管廊火災結構損傷及修復。傳統鋼筋混凝土結構在綜合管廊火災長時間的燜燒環境下遭受的損傷是不可忽視的。結構損傷判定、修復辦法需要明確，從而保證火災后結構恢復其耐久性。一些新材料包括超性能混凝土、纖維強化聚合物加固混凝土結構、地質聚合物混凝土等應當大力提倡。當前還有利用裝配式鋼結構的趨勢，但防火、防腐問題的解決還在于性能涂料的開發。
另外，施工過程火災問題需要重視。相比投入使用的綜合管廊，施工過程中空間結構多變，人員密集，缺乏通風排煙設施和滅火裝置，需要科學安排施工方案、嚴格規范動火程序、配備可移動式消防器材和效組織疏散和逃生。
以上是筆者基于切實問題思考綜合管廊未來火災研究的方向，對這些問題的系統研究和探索，將強有力地推動城市綜合管廊火災科學作為一門分支領域的發展。研究成果不能紙上談兵，落到實處，即推動相關消防標準的完善。這些標準包括但不限于:綜合管廊結構標準段設計、通風排煙規程、重點防護區消防設計方法、自動滅火系統、管廊及周邊建(構)筑應急逃生疏散程序、消防救援方案、火災結構損傷及修復辦法、消防驗收和新型管道入廊標準等。
(1)平臺概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提了系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復效率。
(2)平臺組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，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控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、效、有序的要求。
(3)平臺拓撲圖
(4)平臺子系統
1）電力監控
電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，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和用能情況，可實時監控低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。
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的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統完成管廊環境綜合監控。
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制。
4）電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。
5）智能照明控制
防火分區單獨控制，分區內設置智能控制面板就地驅動器；開關驅動器連接消防報警系統，接收消防報警信息，強制打開驅動器回路。
廊內上方安裝智能照明傳感器，使人員進入管廊內自動開啟燈具，在管廊內停留燈具保持常亮，離開后燈具關閉。
除了現場的控制方式外，還可用電腦端實現集中控制，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控制該區域的照明。
考慮現場模塊分布較廣，距離過長，除了現場的控制方式外，還可用電腦端實現集中控制，實時遠程監控當前區域的照明情況，必要時可遠程控制該區域的照明。
系統支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調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造成沖擊。模塊不依賴系統，可獨立工作，每個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制功能。
綜合管廊火災問題的特殊性對火災防治提出了新的挑戰。在傳統交通隧道火災研究的經驗和思路指導下，現階段已經初步建立起涵蓋自動滅火、通風排煙、探測報警、燃氣爆炸及火災動力學等專題的新領域研究框架。
綜合管廊火災研究可歸類為基礎問題和實踐應用2個方面，其中研究對象以綜合管廊標準段為主。基礎問題的研究手段包括實體試驗和數值模擬，研究內容聚焦在各類消防系統、方法和應急方案的防治效果，對其中的火災現象和孕育、發展、演化規律等理論有一定的闡釋;實踐應用的研究形式為工程經驗探討，內容聚焦在消防設計、技術比選與經濟探討等層面，但忽視實體試驗數據的支持。
國家、地方建設部門和一些行業協會正持續推進著我國的綜合管廊標準化進程，逐步建設和完善相應的規范體系，但對消防專項標準有所缺失。彌補這一短板，可解決當前各地消防規范要求中存在的分歧。
參考文獻
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作者簡介
翟雪玲，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智慧用電的研發與應用。
