随着我国城镇化建设的推进,城市的发展越来越快。为告别以往城市管线建设中常见的“拉链式”施工以及日益严重的重复建设,我国开始了大力推广城市综合管廊建设。

　　 在我国,城市综合管廊这个概念的提出时间并不长。管廊的早期雏形应该是某些单体建筑中的热力管沟,常见于早期的宾馆、医院、高校等建筑内各单体之间的热水和供暖管沟,以及某些住宅小区的供暖管沟。而其他可直埋管道,比如冷水、消防、电力等,一般采用直埋方式敷设。此类管沟的特点是断面小,埋深浅,不考虑通行。维修时打开地面盖板直接检修。早期管沟断面见图1。

　　 随着业主对管道维修要求的提高,此类管沟逐渐向可通行管沟演变。特别是针对某些有后期扩建要求的项目,业主从节约初期投资角度出发,开始考虑设置通行管沟,且将部分电力管线、冷水、消防管线等均放置于内,而服务后期的管线则仅作留位处理,以节约投资。某些成规模的工业建筑,其管线复杂,也会采用此类通行管沟的方式。其特点是,管沟断面已具有一定规模,具体尺寸因建筑功能而异,可通行但长度有限,基本无消防设施保护。如图2所示。

　　 随着中国经济的快速发展,城市综合管廊应运而生。参考国外市政经验,于城市重点区域或市政道路下方设置综合管廊,容纳大量市政管线,也可位于城市区域内或区域间,或者大型城市综合体内。其特点是,管线种类相对固定,管廊内可通行甚至可容纳工程维修车辆通行;空间布置合理,有预留管位;设计寿命远超直埋管线。其典型断面布置如图3所示。

　　 城市综合管廊设计涉及的部门和专业繁多。涉及的设计部门涵盖规划设计、市政设计以及建筑设计等。项目设计的专业就更加齐全了,包括城市规划、结构、市政给排水、燃气、电力、通信、暖通、建筑、建筑给排水、建筑电气等。

　　 一个成功的综合管廊设计,必然是各设计部门及各专业通力协作的结果。包括城市规划专业的前期定位;各市政专业(水、电、暖、燃气)的专业设计;以及一般由给排水专业承担的管线综合等。最终确定最优的管廊断面,并向土建专业提资。而在后续的管廊设计过程中,需要建筑、结构、机电专业的介入,以解决管廊作为一个单体本身的消防、报警、排水、通风等问题。而最后涉及的这些配套内容,往往是最容易被忽略的。笔者拟将此类问题做分析和探讨。

　　 根据《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2015,以下简称“管廊规范”)中2.1.1条的定义:建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。笔者认为此条文过于宽泛,如果对照此条文,则满足规范要求的综合管廊太多,比如某些酒店、医院、学校的内部通行管廊,其长度不太长,但是一般会满足“容纳两类以上管线”的要求。因此,如果将其完全定义为综合管廊,则此类小型管廊的消防、结构设计等均需按“管廊规范”实施,过于严格。

　　 但是如果将其完全排除在城市管廊之外,则会有新问题产生。如近年来发展迅速的城市综合体,其体量巨大,规模超过100万m²,同时又属于一个开发商,其内部即有综合管廊存在,如将其排除在城市综合管廊之外,也是不合理的。

　　 鉴于此,笔者建议在规范中增加一个有关长度的限制条件,比如以“容纳电力电缆舱室的防火分隔(200m)”作为判定界限,即小于200m的管廊均不在城市综合管廊之列,此类管廊相应的消防等设计要求均可简化。有此界限后,设计师在分类和具体操作时相对方便。

　　 根据“管廊规范”7.1.9条,干线管廊容纳电力电缆的舱室,支线管廊容纳6根及以上电力电缆的舱室应设置自动灭火系统。但具体如何选择系统,还是有相当大的差异。现将几种常用系统列举分析如下。

　　 水喷雾灭火系统用于管廊电力电缆沟的消防,完全满足规范要求。据《水喷雾灭火系统设计规范》(GB 50219-95)3.1.2条,电缆火灾的设计喷雾强度q=13L/(mim·m²),持续喷雾时间为0.4h。为便于计算比照,选取一个常规的管廊断面,尺寸按3m×3.2m(h)计,按规范每段防火分隔舱的长度为200m,则单个防火分隔舱的面积为S=200×3=600(m²)。如按3个分区计算,则单个分区的作用面积为S₁=(200/3+3)×3≈210(m²)(注:如采用2个分区,则流量和管径均过大,完全不可取)。

　　 流量估算:Q₁=1.3×q×S₁/60=59L/s。

　　 储水量计算:V=Q₁×T=59×0.4×60×60/1 000=84.96(m³),取85m³。

　　 对应的管径选用比较列举如下:

　　 DN150———Q=59L/s,DN150,v=3.47m/s,i=0.203 3m/m,对应1 000m管廊的损失为203.3m;

　　 DN200———Q=59L/s,DN200,v=1.92m/s,i=0.041 9 m/m,对应1 000 m管廊的损失为41.9m;

　　 DN250———Q=59L/s,DN250,v=1.18m/s,i=0.011 7 m/m,对应1 000 m管廊的损失为11.7m。

　　 综上,经比对管道水头损失可知,对于1km以内的管廊,如选用水喷雾灭火系统,可选用管径DN200,此数值基本已达到极限;而对于1~4km的管廊,则至少需选用DN250消防管道;超过4km长的管廊,则已不宜选用水喷雾灭火系统,由于水头损失过大,导致供水管径过大,造价高,又占用管廊位置。

　　 即便针对1~3km的管廊,如选用水喷雾灭火系统,考虑系统环状供水的2根母管及本区1根干管,管廊中必将多出3根DN200~250的钢管。同时,水喷雾灭火系统水箱和泵房占地需80 m²。由此可看出,该系统占用管廊管位过多,且需设置水喷雾泵房,对管廊原有功能影响较大。其流程和断面布置见图4和图5。

　　 该系统优点:初期投资中等,系统成熟,适用于短距离管廊。缺点:设备房占用面积大;干管管径大,数量多,占用管廊管位;不适用于超过1km的长距离管廊;有水渍影响。系统造价约200万元/km(含消防泵房、管道、雨淋阀、喷头等)。

　　 与上述水喷雾灭火不同之处是该系统采用了平衡式比例混合装置,采用长距离输送泡沫的方式。是对普通水喷雾灭火系统的提升,能更有效地扑灭电气火灾,其效果优于常规水喷雾灭火系统。但是由于该系统没有改变原有的水系统部分,其干管管径大、占用管廊管位的问题依然存在。具体优缺点不再重复。其典型系统详见图6。

　　 现有综合管廊项目消防设计中,采用气溶胶灭火系统的项目是最多的。规范所指气溶胶即为热气溶胶,由固体化学混合物(热气溶胶发生剂)经化学反应生成具有灭火性质的气溶胶,包括S型热气溶胶和K型热气溶胶等。其灭火机理与其他气体灭火系统基本类似,采用的是全淹没方式。其主要特点是,无需管网,布置灵活,不占空间。鉴于此,很多设计师在进行该部分设计时感觉非常简便,导致此类系统在管廊项目中广泛应用。但是该系统有很大的局限性。其主要缺点如下:由于气溶胶的使用寿命有限,导致后期运营中更换频繁,正常更换时间4~6年,后期维护成本高;气溶胶喷发时,该气体对电气管线等有一定腐蚀作用;由于为全淹没系统,一个防火分隔舱内气瓶需同时开启,而实际使用中设备故障率偏高,导致系统开启的准确率低。其初期造价约150万元/km,但是后期的运营费用很高。

　　 超细干粉灭火系统与气溶胶灭火系统类似,有在管廊项目中运用的实例,其最大的优点也是设计选用方便。其他优缺点也均类似,本文不再详述。不同之处是,超细干粉灭火完成后的二次污染比较严重。

　　 其他气体灭火系统,比如IG541和FM200,其灭火机理及对环境的影响等均优于气溶胶和超细干粉,但是受气体本身高压特性的影响,基本不适用于管廊项目。如选用有管网系统,则气体保护距离过短;如采用无管网系统,则每区域的钢瓶放置位置很难落实。同时此系统造价又高,故一般不适合在管廊项目中选用。

　　 据《细水雾灭火系统技术规范》(GB 50898-2013)1.0.3条,其适用于扑救电气火灾。它的成分是直径D_v0.5<200μm,D_v0.99<400μm的水雾滴,由于雾滴极其细微,成分接近于洁净气体,且无窒息危害。其灭火机理为:汽化吸热降温、隔氧窒息、辐射热隔绝、消烟释毒、浸湿作用。因此它的特点是灭火高效,用水量少,水渍损失少,对保护对象损害轻微。

　　 由于高压细水雾的工作压力一般不小于3.45MPa,因此该系统供水管径很小,其干管一般不会超过DN50,支管仅DN20。这一点最能打动管廊设计者。这意味着该系统比气溶胶更节省空间,可贴顶敷设,基本不占用管廊本身的资源。由于系统的高压特性,几公里的距离对该系统来说不是问题,而30m²的机房完全可以与控制中心结合放置。详见图7和8。

　　 现阶段尚在争论问题是,一套系统到底能保护多少个防护区。《细水雾灭火系统技术规范》(GB50898-2013)中提及,作为开式系统,防护区数量不能超过3个。笔者认为规范中此条内容不尽合理。经核对规范条文,文中没有特别说明原因,主要是担心系统过大,而不是过多。而管廊消防的特点是每个分区均很小,数量多,呈线状分布。以上述3m×3.2m的管廊为例,单个防火分隔舱的容积仅1 920m³,远小于规范中的3 000m³。作为水灭火系统的一种型式,其防护区的设置完全可以参照湿式系统或雨淋系统。增加防护区数量对整个细水雾系统不会产生不利影响。笔者曾查阅过相关资料,发现广东省的已建管廊项目中就没有参照此条不合理要求;其他民用项目在实际设计中也基本不按此条文实施。因此笔者认为此条规范是值得商榷的。同时为规避有关违规行为,笔者建议“管廊规范”中增加相关放宽条款,毕竟管廊与民用建筑比还是有其特殊性的。

　　 该系统的优点:用水量少,占地小,干管占位少;后期维护成本低;特别针对长距离管廊有优势。缺点:初期总体投资略高。系统造价220万元/km。系统流程示意见图9。

　　 “管廊规范”中对管廊控制中心的消防保护内容未提及。也就是说,按现有规范,该区域不必作特殊保护。作为城市综合管廊的控制中心,它的重要性是不言而喻的。如果该中心发生火灾,则整个管廊服务区域将瘫痪。因此,笔者建议,此类控制中心应参照《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)中的“其它特殊重要设备室”的概念,设置自动灭火(或气体灭火)系统。由于管廊一般均设有自动灭火系统,实际项目中只要对原有自动灭火系统略作拓展,即可完成对该控制中心的保护。

　　 镀锌成品支架在单体建筑项目中早已广泛运用,在管廊设计中,这种成品支架系统更能体现其灵活的价值。早期的管廊支架一般均采用槽钢作为支撑系统,而此类槽钢是现场焊接加工的,放置于管沟内,焊点极易腐蚀生锈,其寿命远不及管廊的设计寿命(100年)。另外,管廊内有较多的管位预留,而后期管道安装时,往往会对原有管架进行调整。这时,成品支架就显现出其价值。常规做法是在管廊结构施工时于侧壁和顶部预埋成品支吊架的预埋件,后期安装以此为基础,可随意组合和调整支撑系统的位置。

　　 另外,随着《建筑机电工程抗震设计规范》(GB50981-2014)的实施,管廊内各种管线的抗震设计也必须整体设计安装到位,以保证在出现地震灾害的情况下,管廊内各类管线仍能正常运行。

　　 对于河道水体密集区域来说,新增综合管廊在给城市地下管线带来便利的同时,将给原有的区域市政重力雨污水排放体系带来很大影响。一般管廊的深度为2~2.5m,这基本与南方地区的雨水排河标高一致,从而导致二者交叉,雨污水管被管廊阻断。因此如何确定管廊的埋深是一个关键的问题,合理的管廊埋深能节约前期投资和后期运行费用。

　　 在管廊实施过程中,某些政府部门提出了所有管道入廊的要求,特别提到雨污水管。近期的管廊设计过程中,已经出现了一味迎合领导要求,将雨污水重力管道不加分析,机械入廊的状况。雨污水重力管入廊,则意味着今后该地区的所有雨污水管道均需提升排放,此部分的运行费用是巨大的,特别是在江南降雨偏多的地区。笔者认为,总体而言,重力污水入管廊弊大于利。合理的做法是因地制宜,如有局部加压提升的雨污水管道,则可相应入廊,其他区域的重力管道,则应谨慎而为,不要盲目接入。

　　 城市综合管廊是一种新型城市基础设施,解决了原有管线直埋带来的规划建设、维护管理等诸多难题。综合管廊作为一种现代化、集约化的城市基础设施,有利于节约城市用地,方便管网维修,减少道路开挖,提升城市形象,具有良好的经济社会效益。

　　 由于管廊的造价较高,其单价4 500万~5 500万元/km,甚至更高。因此,各地应量力而行,切忌一哄而上。在市政管线敷设中,管廊有其特有的优势,但是管廊也绝不是解决所有问题的灵丹妙药,必须是基于城市发展的正真需要。否则管廊将成为摆设,甚至影响区域的规划。

　　 在进行整个管廊设计的同时,选择合理的消防系统是一个关键的环节,它对提升整个城市综合管廊的运行安全性起决定作用。