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浅谈地下城市综合管廊抗火构造与消防系统设计研究

时间:2020-10-12 点击次数:71

周颖
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要: 地下综合管廊是一种整体隧道结构,其中容纳了地面以及地下的各种公用管线,并将城市电力、热力、通讯以及给排水等管线进行集约化管理。本文将对管廊抗火构造和管线设计进行分析,并在此基础上就消防设计,谈一下自己的观点和认识,仅供参考。
关键词:管廊抗火构造 地下城市消防设计研究 消防系统

1、引言
       地下城市综合管廊,能够有效消除电信、电力以及视频线路在市政上空蛛网式的布置弊端,而且还有效地解决了建筑结构周围影响消防、曲臂车辆动作障碍等问题。不仅可以避免路面重复挖掘现象,而且还确保了道路畅通,对于美化城市环境、解决管线建设和管理混乱问题,具有一定的现实意义。

2、管廊抗火构造设计
       地下城市综合管廊,多为钢筋混凝土结构、墙板结构等,以单双舱、多舱形式为众,通常设计成圆形、矩形以及半圆状构造,如图1所示。

图1单舱与双舱共同沟示意图


       对于管廊而言,其构造设计时,应当注意抗火性能,建议选用不燃体,而且耐火至少2小时,检查井的耐火等级不低于二级。在管廊抗火设计时,其中按每200米的距离布设防火分区,而且每隔大约200米的距离设防火墙以及防火门和阻火包等。预留检查口以及疏散通道中,应当布设排水、通风系统。若管廊是钢筋混凝土结构,则着火时表面温度超过150~200摄氏度,会出现爆裂现象。基于对火灾时管廊结构强度下降考虑,可能会出现垮塌、损坏等现象,严重影响检查人员安全疏散,而且对消防救援造成了不利影响。针对这一现象,低标混凝土表面的温度应当控制在380摄氏度以内,高标混凝土的表面温度在250摄氏度以内。

3、地下城市综合管廊消防设计思路
       虽然地下城市综合管廊中发生火灾的概率非常小,但是综合管廊中敷设的线路是非常重要的,直接关系着人们的生活、工作以及生产等,一旦出现火灾事故,则必然会对社会以及经济秩序的发展造成不利影响,甚至造成人员伤亡。然而,国内地下城市综合管廊建设规范出台 的相对较晚,尤其是消防设计规范还不够健全。《城市综合管廊工程技术规范》中,对综合管廊消防设计给出了一些规定,然消防设计条文仍较简单,安全设计与具体设计,主要依赖于设计人员的分析和把握。

3.1 设计思路概述一一以济南市二环西路综合管廊为例
       地下城市综合管廊,是解决线路乱敷设的有效途径。以济南市二环西路综合管廊为例,目前已建成通车的二环西路高架路东侧地面辅道下,南起经十路,北至滨河南路,全长度6009米,采用现浇钢筋混凝土结构,宽度和高度分别是& 3米和4四米,管廊中敷设了热力、给水、中水以及电力和通信等五类综合管线,及消防、照明、监控、排水、通风、安全标识等配套设施,并设有检修车通道等,如图2所示。
如图2所示,该综合管廊中安置了热力、给水、排水以及弱电和电力等多种管道,对这些管道进行检测、管理,日后可通过智能化管理进行及时的检测。通过构建综合管廊智能化监控系统,利用先进的自动控制技术,实现实时采集综合管廊内的供水、供热等管线指标,进行实时检测,并快速发现管线的异常情况,避免供水、供热管网爆管、电缆发热起火等事件的发生。更为重要的是,还要对综合管廊进行消防设计,做好消防安全防范工作。

图2济南二环西路综合管廊


       地下城市综合管廊中,存在着很多的可燃物,比如电缆、管线以及光缆等从,从上图中也可以看到。电缆的主要构成是导体、保护包皮以及绝缘层三部分,目前国内多采用聚氯乙烯电缆以及橡胶电缆等。对于光缆而言,其构成主要是塑料外皮、光导纤维以及塑料保护套管。相间以及对地短路、线路过载与接触不良等,都可能会造成电缆着火。对于敷设较为密集的电缆而言,当廊道中着火时,火灾会产生大量的热量,并在较短的时间内难以扩散,因此会导致综合管廊中的温度快速升高。管廊中电线电缆的布置层叠集中,若上层电线电缆发生火灾,聚氯乙烯以及橡胶等材料就会被高温化,然后滴下来的融化物很快就会将火焰蔓延至下层光缆、电缆以及管线。当管廊下层的电缆着火时,热 烟气以及热辐射等,就会很快对上层线路造成影响。地下城市综合管廊中内发生火灾事故时,如果不及时采取有效的措施控制,则会对当周围的环境造成不利影响。对于集中敷设了管线的地下综合管廊而言 发生火灾时,主要表现出以下特点。一,火势比较猛烈,而且燃烧的速度也比较快。管廊前后是贯通的,而且电缆敷设较为密集,如上图所示,一旦发生火灾,电缆就会形成火流,蔓延至邻区,以致于火势沿电缆迅速扩散。二,扑救困难。当电缆燃烧时,会产生非常多的有毒气体,而且管廊中的通道有比较狭窄,通信设施受到屏蔽影响,因没有信号与外界联系而导致消防灭火困难。三,触电危险性比较大。在综合廊道中,高压电缆断电以后,仍可能会留有一定的余压,不注意可能会触电,设计时需特别注意。

3.2地下城市综合管廊细部消防设计
       1)防火分区以及管廊构造设计。实践中,为确保地下城市综合管廊的安全性,综合管廊中的承重结构燃烧性能,应当选用不燃体,而且内部所用的装修材料也以不燃材料为宜。地下城市综合管廊中的可燃物,以电线电缆为重,而且电线电缆集中排置,火灾荷载相对较大时,为严格控制火灾影响,应当根据《城市综合管廊工程技术规范》规定要求,地下综合管廊中的防火分区间距不超过200米,而且防火分区应布设防火墙、阻火包以及防火门等防火分隔设施。各防火分区,都要设直通室外的消防疏散出口,直接与逃生通道相连接,通过检查井 向室外疏散人群。同时,检查井口还可以作为疏散出口,在连接管廊位置,布设一个1.7平方米的前室,而且前室门以乙级防火门为宜。当单舱管廊的长在巧0米以上时,未设疏散出口舱段,一定要设计临时的避难间,通风、通信性能良好。
       对于人行通道而言,应当布设应急疏散系统、照明系统以及灯光疏散标志,其照度至少应为平均工作照度的百分之十。出人口位置、设备操作点,照度至少100。同时,应当将灯光疏散标志布设在地面以下大约1米的位置,而且间距不能超过20米。布设的设置位置应当明显可视,主要人口位置设管廊标识牌,而且内容一定要简易,信息一定要明确,能够使受灾人群清楚地识别管廊分区。
       2) 安全疏散设计。对于地下城市综合管廊而言,除监控中心以外基本上没有人员操控。然而,日常检修工作是必不可少的,干线与支线综合管廊,设计的逃生口至少能够容纳两人。同时,逃生口引导与通风口、投料口结合设置。逃生口位置,应当布设灭火器材,比如黄沙箱、灭火器等。对于管廊防排烟、通风系统而言,根据防火分区布设机械通风系统,同时用作排烟系统;排风、排烟以及送风口位置,布设在管廊上方、中间位置,各防烟分区至少两个,以缩短火灾时烟雾扩散距离。
       3)自动报警系统设计。为及时发现地下城市综合管廊内火灾事故,从源头上减小火灾事故造成的损失,应当优化设计自动报警系统。结合管廊中的可燃物属性,针对性地布设感烟报警探测设备、感温报警器;综合管廊中出现紧急情况时,探测器及时将信号发至值班室,联动其他设施共同灭火。通常情况下,报警探测器布设在顶棚以下,一旦发生火灾,则烟雾或者高温报警。基于度地下城市综合管廊的特殊性和重要性分析,采用线型探测器敷设于电缆之上,电缆的温度相对较高时,立即能够监测出来,并且报警。比如,世博园的地下综合管廊,即采用了该种报警设计思路。
       4)灭火系统设计。目前可选用的灭火系统种类繁多,各种类型的灭火系统都有其自身的优势和不足,设计过程中应当选择性的应用。根据《城市综合管廊工程技术规范》之规定,综合管廊中的技术方案、经济方案对比,可布设湿式、水喷雾以及气体等类型的灭火系统和固定装置。实际应用时,虽然采用湿式自动喷水灭火系统的成本相对较低,而且施工也比较简单,但因综合管廊中有很多的带电线缆,所以不建议采用该种设计方式0对于水喷雾系统而言,对带电火灾的扑救效果比较显著,然通常城市给水管道直接供水难以有效满足大流量需求;如果选用的是泵房加压供水方式,则供水管道的直径就会比较大,对综合管廊的空间要求比较高,不利于节约空间资源;一旦启动系统,就会导致管廊中排水压力过大,进行发生次生灾害。实践中,也有利于七氟丙烷气体进行灭火的设计方案,而且灭火效率也比较高,基本上没有残留物。然而,利于该系统灭火时,会产生有害气体,不仅会损害管廊内的电缆线,而且会危及灭火人员的身体健康。对于气溶胶灭火系统而言 具有环保、安装方便以及无管网等优点,然该系统灭火以后的分解产物以及喷射物成分是碳酸钾、氧化钾,吸收水分以后就会生产氢氧化钾,具有强氧化性,而且会腐蚀管廊中的设备。气溶胶灭火系统喷射物,含有导电性能的金属盐离子,操作不当就会导致短路。对于IG541灭火系统而言,环保、无毒,成本却非常的高,需定期对灭火剂进行更换,而且后期维护成本比较高。对于细水雾灭火系统而言,环保且无毒,而且灭火效果也比较好。较之于水喷雾系统,用水量少,造价与运用维护费用较低。通过以上设计方案对比分析,为了能够有效降低误喷概率,地下城市综合管廊消防灭火系统设计时,建议采用具有闭式预作用的细水雾灭火系统。

4、安科瑞管廊产品介绍
       防火分区以及管廊构造设计中提到对于人行通道而言,应当布设应急疏散系统、照明系统以及灯光疏散标志,其照度至少应为平均工作照度的百分之十。安科瑞可以提供应急疏散系统,防火门监控系统,智能照明控制系统等。下面分别介绍产品选型及介绍:
4.1 应急疏散系统(管廊地下部分)产品选型
       安科瑞集中电源集中控制型消防应急照明和疏散指示系统采用应急照明控制器(主机)+集中电源+分配电装置+灯具四层结构组网模式,适用范围广,满足各种环境的现场,便于区域化管理,灯具与分配电装置之间采用二总线通讯,监控器与集中电源、分配电装置之间采用CAN总线通讯,满足了通讯实时性高的要求。系统结构图如下图:


1)应急照明控制器

 

2)应急照明集中电源

3)应急照明分配电装置

 4)监控模块

4.2 防火门监控系统(管廊地下部分)产品选型

       AFRD100/B防火门监控器能够通过二总线与多个防火门监控模块相连,构成集散式防火门监控系统。监控器能实时接收处理各路监控设备发送的断路、短路、故障信号,同时在液晶屏幕上显示,当断路、短路及通讯故障发生时,监控器能发出声光故障信号,在屏幕上显示故障位置及故障类型,并具有数据存储、查询和报警信号控制输出等功能,还具备对监控模块的远程复位功能。
AFRD100/B防火门监控器简介

防火门监控系统组网

4.3 智能照明控制系统(管廊地下部分)产品选型
       Acrel-Bus智能照明控制系统一般采用分层结构,划分成域和支线这种分布式总线结构,一方面其布局清晰,布线简单,容量大。另一方面有效提高了系统的可靠性。由于每个域和每条支路分别分配了KNX电源,这种电气的隔离使得系统的某个部分出现故障时,其他部分仍能继续工作。一条线路或一个域内的数据通信不会影响到其它范围的数据通信。

图3 系统框架图


产品选型
4.3.1开关驱动器

4.3.2调光驱动器

4.3.3可控硅调光模块
 

4.3.4传感器

4.3.5总线电源


 

4.3.6智能面板

4.3.7干接点、湿接点输入模块

系统功能
       1)光照度(需要配照度传感器)监测,对利用自然光照明区域,根据自然光照度变化,进行照明控制和调节,满足照明和节能要求;
       2)公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明,应设置红外或微波类人体感应器,并结合智能控制面板,实现各种场景照明控制,尽可能较少灯具点亮时间;
       3)楼梯间照明采用人体感应探测控制;
       4)设备房、设备房走道采用分组就地控制;
       5)室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式;
       6)监控系统界面友好,画面美观,实时显示各区照明工作状态;
       7)应具有完善的用户权限管理功能,避免越权操作;

5 结语
       总而言之,地下城市综合管廊是一种趋势,建设与运维管理过程中,该种系统非常的复杂,特别是综合管廊设计初期阶段的成本投人加大,若想进行大规模的建设和利用,仍有待进一步研究和论证。实践中,应当结合拟建城市的近远期规划目标,预留合适的出人口和发展空间。这对地方政府而言,应当加强重视,提高城市规划设计的前瞻性、可能性,借鉴成功典范,立足实际,坚持人本理念、统筹兼顾,以此来设计科学合理的地下城市综合管廊抗火和消防系统,以确保城市建设与持续发展。

参考文献
【1】邓惠晗 浅谈综合管廊在市政工程中的设计应用[ J ]城市道桥与防洪,2013(07)
【2】陈武生 地下城市综合管廊抗火构造与消防设计研究
【3】安科瑞企业微电网设计及应用手册.2019.11版
【4】吴恩远 周中 电气火灾监控系统设计与应用图集  2012.8

作者简介:周颖,女,本科,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智慧管廊监控及运维管理,

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