城市综合管廊的建设及运行管理是一个复杂的系统工程, 在诸多的影响因素中, 综合管廊的消防安全关系到今后管廊运维人员和各种市政管线的安全, 应该在管廊设计和建设过程中引起足够的重视。综合管廊内的各种管线中, 如不考虑燃气管道的特殊危害性, 造成火灾危害的主要来源是由于电力线路短路、过载等引起的电气火灾^[1]。

　　 针对这一情况, 在《城市综合管廊工程技术规范》 (GB 50838-2015) 7.1.9条中规定:“干线综合管廊中容纳电力电缆的舱室, 支线综合管廊中容纳6根及以上电力电缆的舱室应设置自动灭火系统, 其他容纳电力电缆的舱室宜设置自动灭火系统”^[2]。根据近几年已建成的综合管廊的应用经验, 可采用的自动灭火系统主要有水喷雾灭火系统和气体灭火系统^[3~5]。

　　 气溶胶灭火剂由氧化剂、还原剂及粘合剂构成, 通过燃烧反应产生大量的灭火介质, 均匀地分布在被保护空间, 通过物理、化学的双重协同作用来熄灭火灾^[6]。气溶胶灭火技术被归类于气体灭火系统的一种, 经过多年的发展, 目前实际应用的气溶胶灭火产品以S型热气溶胶为主。

　　 气溶胶灭火装置由气溶胶灭火剂、贮存和启动装置组成, 平时灭火剂填充在贮存装置内, 火灾发生时, 由外来控制信号触发启动装置, 灭火剂燃烧反应后直接喷放到防护区, 属于无管网灭火系统。与其他灭火系统相比, 气溶胶灭火系统具有以下特点:

　　 (1) 可以有效扑灭A、B类火灾和E类电气火灾。

　　 (2) 灭火剂点燃后燃烧时间短、燃烧速度快, 在很短的时间内能很快扩散到保护空间的各部位, 灭火所需时间短、灭火速度快。

　　 (3) 气溶胶颗粒有很强的悬浮特性, 且采用全淹没灭火方式, 在整个保护空间均匀扩散, 可不受火场地形、温度等环境条件的影响, 全方位灭火。

　　 (4) 气溶胶灭火装置不需要采用耐压容器, 设备结构简单、占地面积小、质量小。整个系统简单, 无须敷设管网, 安装、调试简单。

　　 (5) 气溶胶在反应时不会降低空气中氧的浓度, 相比于七氟丙烷等系统, 毒性和腐蚀性相对较小, 对环境影响较小。

　　 当然, 气溶胶也存在着喷发温度较高, 以及内部药剂存在一定有效期, 4~6年需要进行更换等缺点。但总体而言, 气溶胶灭火系统安装方便, 还兼有较低的工程造价和维护费用, 近年来发展迅速, 尤其在电缆沟、地下通道、吊顶夹层等场所得到较多的应用, 在近年综合管廊工程中, 也已有不少应用案例。

　　 通常情况下, 城市综合管廊为单舱或多舱并联, 在长度方向上不超过200m设置防火门, 将管廊划分为多个单独的防火分区。气溶胶灭火系统主要布置在电力舱内, 或以电力管线为主的综合舱内。图1是某工程中, 气溶胶灭火系统在一个断面尺寸为3m×33.4m、长度为140m的管廊防护区内的布置示意。

　　 该防护区气溶胶灭火系统由火灾自动报警系统、灭火设施等组成。

　　 火灾自动报警系统由火灾探测器、灭火控制器、声光报警器、放气指示灯、紧急启停按钮等组成。声光报警器、放气指示灯、紧急启停按钮每个防护区2套, 设在该防护区两侧的防火门外。火灾自动报警系统具有自动、手动两种启动方式。自动状态下, 当防护区发生火警时, 气体灭火控制器接到火灾报警信号后立即发出联动信号和声光报警信号, 关闭通风系统, 经过30s时间延时后, 关闭防火门并启动灭火系统。当防护区有人员进入检修时, 可使系统转换到手动状态, 当防护区发生火警时, 控制器只发出报警信号, 不输出动作信号, 由值班人员确认后, 手动启动系统。人员离开后, 可恢复为自动方式。

　　 灭火设施采用S型气溶胶预制灭火装置, 由气溶胶发生剂、发生器、冷却装置 (剂) 、反馈元件、壳体等组成。气溶胶灭火装置的数量按全淹没式计算, 所谓全淹没式灭火系统是指在规定的时间内, 向防护区喷放设计规定用量的灭火剂, 并使其均匀地充满整个防护区的灭火系统。对于较大容积防护区, 需根据其容积大小适当增加灭火剂浓度以确保灭火效果。根据《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) ^[7], 热气溶胶灭火剂设计用量的计算见式 (1) :

　　 式中W———灭火设计用量, kg;

　　 C₂———灭火设计密度, kg/m³, 电缆隧道 (夹层、井) 及自备发电机房火灾取0.14kg/m³;

　　 V———防护区净容积, m³;

　　 K_V———容积修正系数, 当V<500m³, K_V=1.0;500m³≤V<1 000 m³, K_V=1.1;V≥1 000m³, K_V=1.2。

　　 根据式 (1) , 计算得到:W=239.9kg。

　　 根据以上计算结果, 该防护区可以选用25套10kg的气溶胶灭火装置。由于综合管廊断面比较规整, 在长度方向上基本无变化, 因此气溶胶灭火装置为等距离布置, 每台气溶胶灭火装置悬挂在管廊正上方 (见图2) 。

　　 按照上述布置, 一般每公里气溶胶灭火系统工程造价在80~100万元 (不含消防控制中心) , 该系统平时基本不发生维护费用, 但每5年左右需更换灭火装置内的药剂, 根据部分设备厂家资料, 更换费用为全新设备造价的30%左右。

　　 气溶胶灭火系统由于采用无管网系统, 且安装简单, 维护工作量小, 因此用于管廊这种密闭空间的场合, 是一种比较好的选择。但气溶胶灭火采用全淹没灭火方式, 一般更适用于容积较小的空间。《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) 3.2.4条规定, 预制型气溶胶灭火系统单个防护区面积宜小于500m², 容积宜小于1 600 m³;3.1.15条规定, 同一防护区内的预制灭火系统装置多于1台时, 必须能同时启动, 其动作响应时差不得大于2s;3.1.16条规定, 单台热气溶胶预制灭火系统装置的保护容积不应大于160m³, 设置多台装置时, 其相互间距不得大于10m;3.1.14条规定, 一个防护区设置的预制灭火系统, 其装置数量不宜超过10台。以上条文都对气溶胶灭火系统的防护空间作出了相应的限制。

　　 而综合管廊的断面大小一般由其容纳管线种类和数量决定, 尺寸最小在2.6m×2.6m, 最大为4m×4m以上, 如仍按《城市综合管廊工程技术规范》 (GB 50838-2015) 要求, 以200m长度为一个防火分区, 其最大容积可达到3 000 m³以上。如严格按照《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) 中的面积和体积限制, 则只能将单个防火分区长度缩短, 对于同样总长度管廊, 防火分区数量会有所增加, 而增加防火分区数量将会带来诸如通风系统、控制系统等其他方面的投入, 从而增加整体工程造价。

　　 在本文上节所示的防护分区布置中, 虽然其面积420m², 容积1 430 m³均在规范规定的范围以内, 但由于目前经国家认证通过的单台预制式气溶胶灭火装置的最大规格为10kg, 单个防护区的灭火装置台数已超过20台。如防护区长度由140m延长到200m, 则单个防护区的气溶胶灭火装置台数将超过30台。

　　 在目前已实施的一些工程中, 在遇到单个防护区面积和容积超出规范要求时, 设计和施工单位一般均严格遵从《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) 3.1.15和3.1.16这两条强制性条文的规定, 但灭火系统设备供货商一般通过在系统内增加放大器数量、优化单个分区内消防控制接线方式等措施, 尽可能地增加单个防护区可以同时控制的灭火装置数量, 来达到防护要求。

　　 但采取以上措施后, 单个防护区最大同时控制的灭火装置台数也仅在35~40台, 且还需要相关消防主管部门的认定。此外, 不同设备供应商的措施会有一定差异, 目前还缺乏统一的标准。考虑到《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) 编制于2005年, 十余年来, 气溶胶系统在设备本体、药剂配方、控制方式和安全性等很多方面也有了长足的进步, 规范的一些条文可能也有一定的滞后性, 因此建议业内能开展进一步的研究和验证工作, 使气溶胶系统能更好地适应综合管廊的应用场合。

　　 综合管廊除标准断面外, 在一些情况下, 尤其是管廊互相交叉时, 断面变化较大, 会对灭火系统的选择和布置产生影响。

　　 图3是常见的管廊上下十字交叉的布置示意, 其上下分两层, 每层平面大小一样, 通过楼梯连接。根据计算, 该区域上下层均需设8台10kg预制气溶胶灭火装置, 但由于两层管廊总高超过6m, 因此上下两层必须按照两个防火分区来考虑。交叉口的上下的楼梯不能简单地畅口布置, 必须设置单独的楼梯间, 并设防火门隔断。

　　 图4是该工程中另一种形式的交叉口布置, 由于路口其他管线限制, 管廊交叉口无法上下交错, 由此导致交叉口平面扩大, 才能满足所有管线的交叉要求。在交叉口四个方向均设防火门的情况下, 该防护区面积仍达到1 450m², 容积近5 000m³。由于防护区面积和容积过大, 且该交叉口再进一步划分成多个防护区的可能性较小, 在设计中, 该防护区未再使用气溶胶灭火系统, 而改用干粉灭火系统, 并采用了分区防护方式, 才满足了该交叉口消防安全的要求。

　　 (1) 综合管廊中火灾危害的主要来源是电气火灾, 气溶胶灭火系统对电气火灾有较好针对性, 且采用无管网系统, 系统简单且安装维护方便, 是适用于综合管廊的一种自动灭火系统。

　　 (2) 气溶胶灭火系统采用全淹没方式灭火, 在应用于空间较大的综合管廊时, 单个防护区的灭火装置数量会超过规范限制, 虽然通过一些技术措施, 能解决多台灭火装置的同步性问题, 但还需要行业内部进行更多的技术研究和实践验证工作, 开发出更好的适用于综合管廊的气溶胶灭火系统, 保证管廊的消防安全。

　　 (3) 在综合管廊交叉口等特殊场合, 应根据交叉口的具体情况对气溶胶灭火装置的布置进行细化设计。