關(guān)于城市地下綜合管廊運維火災風險因素的探討

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：隨著城市基礎設施的不斷完善，地下綜合管廊作為城市生命線工程得到了快速發(fā)展，綜合管廊后期運維周期較長，如何保障管廊內(nèi)各管線安全運行顯得尤為重要。本文從地下綜合管廊火災的特點出發(fā)，根據(jù)燃燒的三要素分析地下綜合管廊火災的潛在影響因素， 給出了綜合管廊運維火災預警設定范圍，并在此基礎上提出管廊防火管理的相關(guān)措施，有助于管廊運維管理人員提高和 完善管廊運維安全風險管理工作，為管廊安全運維以及城市運行提供保障。

　　關(guān)鍵詞：可燃物；電力纜線；運維安全

　　0 引言

　　城市地下綜合管廊運載了被譽為城市“生命線”的各類市政管線，是21世紀城市發(fā)展現(xiàn)代化的重要基礎設施之一，能夠帶來巨大的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。管廊內(nèi)部容納大量管線，各類管線屬性不同，火災事故一旦發(fā)生，火勢將會迅速擴大，不僅會波及其他管線的運營安全，而且管廊內(nèi)部將會充滿大量因不完全燃燒產(chǎn)生的高溫、有毒、有害氣體，救援工作難度變大。綜合管廊在我國發(fā)展至今已有60年歷史，但早期投入運營的管廊規(guī)模較小，且未發(fā)生過重大安全事故，運維管理及風險應對經(jīng)驗依然存在不足之處。綜合管廊運維過程中存在火災風險，國內(nèi)外學者已經(jīng)對綜合管廊火災風險進行了大量研究。Ishii等通過測量斯托克斯和反斯托克斯線的拉曼背散射來確定沿著光纖的溫度分布，并以此為基礎研究了綜合管廊的火災探測系統(tǒng)；Jang和Kim研究了綜合管廊內(nèi)由于燃氣泄漏及未知點火引起瓦斯爆炸的情況；Zhao等研究了不同截面形狀對綜合管廊系統(tǒng)火災溫度分布的影響，結(jié)果表明熱煙探測器放置在管廊頂部較合適。郝冠宇根據(jù)綜合管廊內(nèi)電纜線路火災的特點， 找出了發(fā)生電纜艙內(nèi)電纜線路火災事故的主要原因；林帥等人主要分析了管廊內(nèi)火災起因以 及各種滅火系統(tǒng)性能的比較，提出自動滅火設備為城市綜合管廊自動滅火系統(tǒng)的優(yōu)解決方案。

　　國內(nèi)外關(guān)于綜合管廊火災的研究多集中于通過實驗分析研究管廊內(nèi)火災發(fā)生時煙氣及溫度分布，并據(jù)此設計火災報警系統(tǒng)，對綜合管廊內(nèi)火災風險因素未做具體分析。本文基于前人的研究基礎上，對影響綜合管廊火災風險的因素做具體分析，以便管理人員及時采取相對應的風險應對措施。

　　1 地下綜合管廊內(nèi)潛在火災影響因素分析

　　1.1 地下綜合管廊火災特點

　　1.1.1 火災風險大、損失大、影響較廣泛

　　城市地下綜合管廊其內(nèi)部空間狹窄且存在大量管線， 一旦在運維階段發(fā)生火災，就會影響整個城市地下管線的正常運行，對人民生活帶來重大影響。同時，隨著管廊新規(guī)范的不斷推出，各種市政管線都將入廊，其中天然氣管道發(fā)生泄漏、燃燒和爆炸時，對事發(fā)地附近人員的安全將構(gòu)成嚴重的威脅。

　　1.1.2 地下綜合管廊火災救援困難

　　管廊內(nèi)起火將會釋放大量熱量、煙氣，熱量通過熱傳導、熱對流和熱輻射等形式進行傳播，會對管廊內(nèi)的工作人員造成灼傷，對管線、設備和管廊結(jié)構(gòu)造成傷害和破壞。綜合管廊空間狹小，大量煙氣會嚴重污染管廊環(huán)境，遮擋視線，使救援人員無法判斷管廊內(nèi)的環(huán)境和火勢蔓延情況，影響救援進度。若燃氣艙內(nèi)起火，則存在爆炸風險，爆炸產(chǎn)生的殺傷力很強，火情往往難以控制。

　　1.1.3 地下綜合管廊監(jiān)管不足，應急措施滯后

　　城市綜合管廊收容管道種類繁多，傳統(tǒng)市政管線信息較為閉塞，無法實現(xiàn)艙室內(nèi)各管道信息資源互通，管廊監(jiān)管單位很難對管廊內(nèi)各管線做到實時監(jiān)管。一旦有異常信息，管線單位經(jīng)常不與管線監(jiān)管部門共享，造成應急措施不及時，不但威脅到管廊自身安全，同時危及到附近地面人員安全。

　　1.2 地下綜合管廊潛在火災影響因素

　　在綜合管廊運維階段，火災是有可能發(fā)生的災害事故，而管廊起火是由管線本身、周圍環(huán)境和人為狀況三大因素所引起的。管廊起火三大影響因素概述如表 1 所示。

　　可燃物、助燃物和起火源稱為燃燒的三要素，當管廊內(nèi)滿足上述三要素時，便會產(chǎn)生起火現(xiàn)象，導致火災發(fā)生。

　　1.2.1 可燃物

　　可燃物是指能與空氣中的氧或其他氧化劑起燃燒反應的物質(zhì)。在綜合管廊中，每個艙室均敷設了一種或多種市政管線，因此管廊內(nèi)也存在了多種潛在可燃物。綜合管廊內(nèi)熱力管道、空調(diào)管道保溫層、非金屬管線等一般具有可燃性，遇到明火時易被點燃；電氣設備、電力電纜等出現(xiàn)短路、局部溫度過高及其他電氣故障時，容易形成火源，引起火災事故；管廊內(nèi)如設有排水管道或污水管道時，管道內(nèi)易揮發(fā)出甲烷等可燃氣體，當達到一定濃度，遇到起火源會產(chǎn)生火災或爆炸的危險；如果管廊中有天然氣管道，若氣體泄漏，氣體濃度達到爆炸下限或遇靜電、高溫和明火時，則容易起火甚至產(chǎn)生爆炸。

　　1.2.2 助燃物

　　助燃物是指有助于燃燒可燃物，能與可燃物發(fā)生燃燒 反應的物質(zhì)，如氧氣、氯氣。綜合管廊沿途設有多個投料口、通風口和人員進出口等與外界相連接的通道口，通過自然通風或器械通風來保障管廊內(nèi)空氣的流動，確保廊內(nèi)度不超過40℃，空氣中氧氣含量不低于0.19，為工作人員提供一個工作環(huán)境，同時保障管廊內(nèi)的設備設施正常、安全運行。

　　1.2.3 起火源

　　起火源是指供給可燃物與助燃劑產(chǎn)生燃燒反應能的來源。由于綜合管廊中存在大量的電力電纜、通信電纜和照明系統(tǒng)等設備設施，這類線路的存在很可能由于短路而導致電力線中的大電流短期流動，從而線路的溫度迅速上升，引起火災。各類管線運行過程中可能出 現(xiàn)局部溫度過高現(xiàn)象，一旦通風系統(tǒng)設計不合理或出現(xiàn)故障時，將導致管廊內(nèi)熱量積聚，溫度升高，成為潛在起火源]。

　　2 地下綜合管廊運維火災危險性分析

　　根據(jù) 《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB508382015），綜合管廊艙室火災危險性分類如表2所示：天然氣管道艙室的火災危險性類別為較高；阻燃電力電纜、通信電纜、 熱力管道的火災危險性類別均為丙級；污水管道、塑料管等難燃管材的火災危險性類別均為丁級；鋼管、球墨鑄鐵管等不燃管材的火災危險性類別為戊級。

　　因此，電力電纜、通訊電纜和天然氣管線的意外起火燃燒成為地下綜合管廊火災的重要原因。

2.1 綜合管廊電力纜線火災危險性分析

　　綜合管廊中的電力風險事故主要是指由接地故障引起的對人員和其他管道產(chǎn)生傷害的問題。綜合管廊電力纜 線作為城市電力和通信控制電纜的傳輸線，連接著各處的 電氣設備，一旦電力纜線發(fā)生火災，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并 采取措施， 使大火蔓延到其他管線， 造成嚴重的損失。電力 電纜火災發(fā)生的原因有以下幾個方面：

　?、匐娏|線發(fā)生接地或相間短路事故時，會由于繼電保護裝置未產(chǎn)生動作引起火災；

　?、陔娏|線中的附屬設施（如照明系統(tǒng)、通風設施電源等）由于電氣故障引起火災；

　?、垭娏|線接頭處在施工過程中由于連接不緊，造成電流過大，引起局部電力纜線過熱，使電力纜線出現(xiàn)自燃現(xiàn)象發(fā)生火災；

　?、芫C合管廊內(nèi)由于防火措施不當，管廊內(nèi)的電力纜線會遭受雨水浸漬，發(fā)生短路事故而引起火災；

　?、蓦娏|線隨著時間的推移會產(chǎn)生老化現(xiàn)象，使得電纜的過載能力變差，自燃溫度點降低較多，容易造成電纜自燃現(xiàn)象發(fā)生火災；

　?、揠娏|線在施工時采用明火引起的火災。通過對綜合管廊電力纜線火災危險性的分析，需要對電力纜線做好維護與管理工作，防范電力電纜火災的發(fā)生，防范措施如表3所示。

2.2 綜合管廊天然氣管線火災危險性分析

　　考慮到天然氣管道輸送介質(zhì)的危險性，天然氣管線是否入廊一直存在很大爭議。傳統(tǒng)方式下，天然氣管線鋪設時采用的是直埋的方式，每年會因鄰近地區(qū)施工等各種因素引起的天然氣管爆裂事故多達數(shù)百例，因此從城市防災的角度考慮，其天然氣管線納入綜合管廊是可行且有利的，但需要獨立設艙。但天然氣易燃、易爆的特性，很容易就會釀成管廊內(nèi)火災爆炸事故，引起城市火災或人員傷亡，產(chǎn)生嚴重的影響。

　　通過對天然氣管線火災影響因素的分析，如何保證綜合管廊內(nèi)天然氣管線的安全性顯得尤為重要。首先，天然氣管道應放置在獨立的艙室內(nèi)，在獨立艙室內(nèi)應采用防爆風機，且設置獨立的送、排風系統(tǒng)。其次，在天然氣管道的 施工過程中，需要做到嚴格的作業(yè)安全管理，施工人員在進入綜合管廊入口前應由安保人員進行檢查，禁止攜帶易燃品進入管廊內(nèi)工作。需指定人員對天然氣管道作業(yè)開始前可能出現(xiàn)可燃性氣體處進行的氣體濃度檢測，并且將結(jié)果做成記錄，同時天然氣管道內(nèi)需設有燃氣濃度檢測報警緊急切斷系統(tǒng)，緊急切斷閥應具有遠程操控功能。

　　2.3 地下綜合管廊運維火災預警設定

　　在綜合管廊這個密閉空間內(nèi)，需要時刻監(jiān)視管廊內(nèi)空氣中的天然氣及氧氣含量，當綜合管廊內(nèi)的可燃氣體（甲烷、一氧化碳）與空氣形成混合氣體，在滿足一定的濃度后，一旦遇火容易發(fā)生爆炸。這個濃度會有一個范圍，即爆炸下限和爆炸上限。根據(jù)預測值和爆炸范圍值做一個對比，當預測值超出爆炸范圍時，能夠提前進行預警，可以對超出范圍的大小程度不同進行分析預警等級。

　　3 地下綜合管廊防火管理措施

　　3.1 建立統(tǒng)一管理平臺

　　隨著綜合管廊新規(guī)范的要求，各種地下管線都要入廊，后期管廊的運維安全管理顯得尤為重要。近年來，影響重大的管線爆炸或火災事故都是因管線在前期規(guī)劃上缺乏整體規(guī)劃和統(tǒng)籌，在日常運營管理階段維護薄弱、信息管理滯后。為了滿足地下管廊各管線的環(huán)境運行，應急處理和日常監(jiān)管要求，需要安裝環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、火災預警監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和人員管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)在滿足對應監(jiān)管功能的同時又涉及較多關(guān)聯(lián)操控，使 得運營管理人員通過管理平臺實時對管廊內(nèi)的狀況進行監(jiān)控和處理。

　　3.2 定期進行監(jiān)控與報警系統(tǒng)維護

　　地下綜合管廊電纜電線材質(zhì)的特殊性，火災發(fā)生時，由于金屬的導熱性能， 電纜溫度會很快升高，熱傳導十分明顯。將線型探測器裝置在電纜之上，在很短時間內(nèi)探測器就 能檢測出來高溫，并且報警。一般而言，通過感煙報警探測設備和感溫報警器探測到煙霧或者高溫等異常情況時，報警系統(tǒng)就會自動發(fā)出預警，地下管廊安全監(jiān)控中心將會很快收到預警信號，根據(jù)探測設備可以有針對性的探測到管廊中的可燃物屬性、 火災源頭、 起火物等。通過監(jiān)控中心操作，探測器可以及時聯(lián)動其他設施共同滅火。

　　4 安科瑞綜合管廊電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)選型

　　4.1電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）

　　產(chǎn)品選型

　　注：地下管廊使用的動力箱/柜符合管廊相關(guān)標準，防護等級達IP65

　　4.2消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）

　　產(chǎn)品選型

　　5 結(jié)束語

　　本文從可燃物、助燃物和起火源這三個角度分析了地下綜合管廊潛在火災的影響因素，闡述了電力纜線和天然氣管線產(chǎn)生火災的原因及地下綜合管廊防火 管理的措施，其中包括：建立統(tǒng)一管理平臺、完善法律法規(guī)，提升綜合管廊管理水平、定期進行監(jiān)控與報警系統(tǒng) 維護和滅火系統(tǒng)的選擇和設計的建議，旨在通過完善的地下綜合管廊防火和消防系統(tǒng)，確保城市地下綜合管廊的安全。