浅谈城市综合管廊配电及消防设计的研究
目前，中国许多城市正在建设公用隧道，但在设计过程中，公用隧道的消防设计方法因地而异。因此，结合某创意产业园文通道公用隧道消防设计，分析讨论了公用隧道电力舱自动灭火设施的选择和计算设计，旨在在某些特定的程度上促进我国城市公用隧道的消防设计，为行业提供一定的参考。
19世纪，欧洲开始建设公用隧道。目前，许多健全的公用隧道网络已经在主要发达国家建成。然而，中国公用隧道的建设发展缓慢，直到2013年才开始大规模建设。研究人员很少研究和讨论公用隧道的消防联动控制系统。直到近年来公用隧道建设热潮的兴起，许多研究人员开始专门研究公用隧道的消防，并取得了一系列成果。
国内早期的研究方向主要在于是否设置自动灭火系统。从最初的小型公用隧道没有自动灭火装置，建议大型公用隧道设置自动灭火装置，到后期业内人士普遍认可设置自动灭火装置。直到2015年GB50838-2015年《公用隧道工程技术规范》的发布，电缆舱设置自动灭火系统才成为设计师的共识，但选择哪种自动灭火系统还是有很大矛盾的。截至目前，许多学者在设计和运行维护过程中，对气溶胶系统、水喷系统、气体灭火系统、高压水雾系统来进行了设计。
一个综合走廊项目位于工业园区中间，主管走廊总长5292.824m，为3舱，包括燃气舱、综合舱和电力舱。根据走廊管道的要求和施工方法，确定综合走廊为多跨箱形框架结构。每个舱室的布局如下:标准段为2.7m宽的电力舱。宽度6.5m的综合舱宽1.8m的燃气舱，每个舱室均高3.6m。m，行人通道不低于1m。图1显示了具体的平面布置和标准横截面。
该工程燃气舱内纳入了燃气管线；综合舱内纳入了给水、生态用水、通信和热力管线，预留了直饮水、再生水管线kV电力管线kV电力管线空间。笔者在对上述入廊管线分析后认为，电力舱的电力管线是导致管廊火灾发生的根本原因。其中，引起火灾的因素有：
1）电力管线起火。①电力管线对地短路。②电力管线相位间短路。③线）现场施工的误操作。
4）火灾发生后，由于舱内管线集中，着火点会形成火流而迅速燃烧，并沿电力管线快速蔓延至其他区域。
此外，火灾损失以电力管线、电信管线、附属照明物等为主，人员损失的可能性较小。
根据GB50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》结合DL/T5221—2016《城市电力电缆线路设计技术规定》以及GB50116—2013《火灾自动报警系统模块设计规范》的要求，文通路综合管廊主要消防措施有以下几项：
2）电力舱的防火门为常闭型防火门，在每个防火门设置1套防火门监控模块。防火门的开启、关闭及故障状态信号通过防火门监控模块反馈至防火门监控器。电力舱采用火灾自动报警系统。
4）综合管廊的承重结构体和防火墙的燃烧性能均为不燃烧体，能抗住火焰的极限按照不低于3.0h设计。
5）该工程中电力舱、综合舱、燃气舱根据火灾危险性分类划分为不同的危险类别，即：电力舱为丙类，定性为中危险级；综合舱为丙类，定性为轻危险级；燃气舱为甲类，定性为严重危险级。
根据所定的危险等级及火灾情况，其中综合舱、燃气舱除设置灭火器、消防通风排烟机自动报警系统外不再设置其他的消防设施；电力舱除设置灭火器、消防通风排烟机自动报警系统外还需要设置自动消防设施。
6）设计范围内的综合舱、燃气舱、电力舱和连接通道均需要设置手提灭火器。其中：燃气舱按C类气体火灾考虑，*大保护距离不大于15m，设置磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC5；综合舱、电力舱按A类固体火灾考虑，*大保护距离不大于20m，设置磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC3。
根据综合管廊火灾分析，综合管廊电力舱的电力管线是导致管廊火灾的根本原因，因此消防方案主要是针对电力舱的灭火系统来进行设计。根据电力舱火灾特点以及相关主管部门意见，结合国家和地方相关规范和规定，能够符合电力舱消防要求的灭火系统有：水喷雾灭火系统、超细干粉灭火、高压细水雾灭火系统、泡沫灭火系统等。以上几种灭火系统对比见表1。
高压细水雾灭火系统的开启有三种方式:自动控制、手动操作和应急控制，因此启动的可靠性更高。根据相关规定，空间高度超过4m时，应分层安装超细干粉灭火系统；完全吞没保护时，单独保护区的容量不应大于2000m。³、面积不能超过500㎡，但根据文通道公用隧道的标准平面图，200米防火分区需要74个防火分区。当温度探测器发现火灾报警时，同时在防火分区内打开自动灭火器灭火。
由于超细干粉储存在气压罐中，有效喷洒时间不超过5s，自动灭火器串联使用。只要一个灭火器失效，防火区间的喷洒浓度就不能够满足设计的基本要求，很难保证灭火效果。然而，高压细水喷雾灭火系统的持续喷洒时间至少为30分钟。即使系统中的一个或多个喷嘴不洒水，也能保证灭火区窒息灭火。
根据相关消防要求，高压细水雾灭火系统的日常维护管理采用试运行方式来进行，水泵每月试运行一次，消防控制中心火灾自动报警设备和联动装置的运作时的状态每年检查一次。这种管理简单、方便、直接、有效，工作量少。
超细干粉灭火器只能间接检查，不能直接试用；依据相关规范，地下公用隧道的灭火器应每半个月检查一次，但超细干粉自动灭火器悬挂在公用隧道顶部，检查费时费力。同时，灭火器需要每隔一段时间来维护和更换，后期维护管理繁琐且昂贵。
高压细水雾灭火系统的灭火介质是水，而超细干粉灭火剂的平均粒径小，不分解，不吸湿，不结块。喷洒在空气中的粉末能见度低，影响管道走廊人员的逃生。
因此，在与消防部门沟通后，最大限度地考虑消防效果、初始投资和后期维护管理等因素，兼顾文通道公用隧道空间大的特点，*最终选择高压细水雾灭火系统。
高压细水雾能够迅速冷却被喷洒的物体，阻挡外界的热量传递。它的工作所承受的压力是10MPa，但用水量是传统的1。％，但是它起到了其它系统的作用。～三倍，因此其机理可以概述为表面冷却、窒息灭火、隔热传递、冲击乳化和稀释。
1)高压细水雾灭火系统由泵组模块、补水增压装置、稳压泵、不锈钢水箱、区域控制阀、细水雾喷头、给水装置、不锈钢管道、闸阀等组成。泵组模块由主泵、安全溢流阀、阀门、机架等组成。
2)高压细水雾灭火装置控制箱有自动和手动两种操控方法，与自动报警系统联动控制。接到报警信号后，控制泵组启动，泵组运行信息反馈给监测中心。
3)每个防护区的进水口安装区域控制阀，有两种控制方式:手动控制和自动控制。受消防中心控制，信息反馈给消防中心。
(3)操控方法正常的情况下，系统处于待命状态，泵组模块不启动，区域控制阀后的高压管网内无水。高压水雾灭火系统与火灾报警系统相连，有自动和手动两种控制方法
该项目共设置2套高压细水雾灭火系统，主要保护区域为电力舱和客户支管廊。第一套系统的功能范围是K0190—K2第二套系统的功能范围是380380—K5480；电力舱总保护长度约为6323m，电力舱宽度为2.7m，客户支管廊宽度为2.6m。
公用隧道内布有防火分区，每个防火分区长度不超过200mm。；电舱和综合舱分别为单独的防火分区，每一个防火分区都配有防火门隔断。每个防火分区都有一个紧急进出口。
根据有关规范规定，喷嘴的设计参数采用全吞没式开式系统，其水量计算参数见表2。
公式中：q是单个喷嘴的流量，L/min；P为喷嘴压力，MPa，取*不利点工作所承受的压力为10MPa。；K为喷嘴流量系数，取0.7。
公式：Qj计算系统流量，L/min；n为启动后同时喷洒的喷嘴数量；qi计算某一细水雾喷头的流量，L/min。
根据管廊平面设计，每个防火分区的长度不超过200m，所以*大分区的保护长度为200m，保护长度分别为104m和96m，喷嘴的数量分别为36个和34个，其中高压单向阀相交处同用10个喷嘴，所以*大分区的喷嘴数量为75个。管廊分区管网系统如图3所示。
*大开式系统*大流量区域设置75个K=0.7的细水雾喷头。根据该区域末端喷嘴的工作所承受的压力，其他喷嘴的工作所承受的压力高于10MPa。的高压管网内没有水。高压细水雾灭火系统同火灾报警系统联动，有自动和手动2种控制方式
该工程共设2套高压细水雾灭火系统，主要防护区域为电力舱、用户支管廊。第1套系统作用范围为K0+190—K2+380，第2套系统作用范围为K2+380—K5+480；总保护长度约为6323m，电力舱宽度为2.7m，用户支管廊宽度为2.6m。
综合管廊内设防火分区，每个防火分区长度不超过200m；电力舱与综合舱分别为独立防火分区，每个防火分区间以防火墙配防火门隔断。各防火分区内设1个紧急出入口。
喷头的设计参数依据相关规范规定，采用全淹没应用方式开式系统的喷头，其水量计算参数见表2。
选用细水雾灭火装置1套，型号为XSW-BZ130/16；装置配泵组单元4套，3用1备。
稳压泵2套（1用1备）：Q=10L/min，P=1.6MPa，N=0.75kW。泵组单元的进水压力不低于0.2MPa，不高于0.6MPa。为保证泵组单元正常工作，在其进水口处设置补水增压装置2套（1用1备），Q≥520L/min，H≥20m。
We=Qs×t。式中：We为储水量，L；Qs为系统模块设计流量，L/min；t为持续喷雾时间，应取15min。
经计算，电力舱消防设置为每3km左右设置泵房1套，共设置2套高压细水雾泵组。高压细水雾泵房示意图见图4。高压细水雾喷头安装于电力舱舱顶正中央处，高压细水雾断面图见图5、6。
AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监视测定于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大幅度的提升了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
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电力监控主要是针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护设施及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。
环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。
马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，实现对电机过载、短路、缺相、漏电等不正常的情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可设为联动控制。
AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全风险隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设施电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。
防火分区单独控制，分区内设置智能控制面板就地驱动器；开关驱动器连接消防报警系统，接收消防报警信息，强制打开驱动器回路。
廊内上方安装智能照明传感器，使人员进入管廊内自动开启灯具，在管廊内停留灯具保持常亮，离开后灯具关闭。
除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
考虑现场模块分布较广，距离过长，除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，支持延时控制，避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统，可独立工作，每个模块均自带时间模块，可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。
在综合管廊工程消防设计中，电力舱自动灭火系统是设计难点之一。郑州国际文化创意产业园文通路综合管廊通过比较选择，*终确定采用高压细水雾系统作为电力舱的消防灭火设施。该系统拥有非常良好的电绝缘性能和冷却、窒息、隔离辐射热的效果，其综合灭火性能强且用水量小，无毒害，能较好地满足综合管廊设计规范的要求，因此能大范围的应用于综合管廊电力舱消防联动控制系统中。
截至目前，文通路综合管廊工程已完成设计，处于施工阶段，希望笔者的经验能给同类工程案例提供一定参考。
