综合管廊自动灭火系统设计如何选择
本文来源中国给水排水公众号，编者按：目前国内综合管廊设置的自动灭火方式有水喷雾、细水雾、超细干粉、气溶胶等多种方式，但各种方式都有其限制条件和优缺点，综合管廊内的自动灭火方式的选择是行业内争议较大的问题之一。作者列举了目前国内综合管廊工程自动灭火系统的实际应用情况，结合深圳前海合作区综合管廊的实际情况，通过对比分析，建议全域采用高压细水雾自动灭火系统，在后期运营、使用性能及造价费用等方面更具有优势。
作者简介：朱安邦（1987年生人），男，湖南郴州人，硕士，深圳市城市规划设计研究院有限公司工程师，主要从事市政工程规划与设计研究。
深圳市前海深港现代服务业合作区（以下简称前海）成立于2010年，为“高标准，高要求”打造现代化国际滨海城市中心，规划采用综合管廊敷设市政管线。综合管廊内消防方式的选择是影响未来综合管廊运营管理的重要因素之一。
1、综合管廊内消防设置
1.1综合管廊内火灾分析
综合管廊属于构筑物，含有燃气、电力、通信、热力、污水等管线的火灾种类如表1所示。
根据各类管线的火灾危险性，综合管廊内的消防重点应关注天然气管道舱室和设置有电力电缆的舱室。
1.2综合管廊内针对电力电缆的消防措施
目前，国内还未针对综合管廊内的消防系统设置出台专门的技术规范，对于综合管廊内容纳电力电缆、通信电缆、给水管线等的情况下，要不要设置消防系统，设置何种消防系统，国内存在不同的意见。但是，综合管廊内可能引起火灾的主要原因是电力电缆，因此针对电力电缆布置相应的消防措施具有共识。综合管廊内电力管线的相间短路、对地短路、接触不良、线路过载等因素都容易引起电力电缆发生火灾。综合管廊中，电缆起火的温度可超过800°C，如果没有及时关闭电源，火灾必将危及相邻的线路。综合管廊内由于电缆火灾不易察觉，且救援困难。电力电缆一旦发生火灾，消防人员无法进入管廊进行灭火救援，因此需要采用自动灭火系统。
根据《电力工程电缆设计规范》、《城市电力电缆线路设计技术规定》、《城市综合管廊工程技术规范》等规范，电力电缆在综合管廊内应采用阻燃电缆。额定电压等级为110kV及以上的电力电缆宜设置电缆接头集中区。并且设置电气火灾监控系统和自动灭火装置。
为了更好的保护综合管廊，在容纳电力电缆的舱室按照距离不超过200m设置不燃性墙体进行防火分隔。
1.3综合管廊内针对天然气管道的消防措施
综合管廊内燃气舱中，主要是采用监控为主的一套设备，包括设置可燃气体探测报警系统，采用防爆电气设备等措施来预防综合管廊燃气舱的火灾风险。
在含天然气管道舱室，同样按照不超过200m设置一道防火隔墙。另外天然气管道舱室内的电气设备要按照防爆要求进行设置。而且舱室内的电气线路不设置接头。为了应对火灾时逃生，在综合管廊各舱室还应设置逃生口。逃生口的设置要按照国家规范的要求进行设置。
2、综合管廊内常用灭火系统比较
2.1常见自动灭火系统比较
近年来，自动灭火系统类的相关规范是重要的发展类型，我国不断完善消防规范，为自动灭火系统的选择应用提供了技术法规依据。目前，根据相关规范及工程案例，国内综合管廊内密闭环境的电气火灾采用的自动灭火系统有、细水雾灭火、超细干粉灭火、气溶胶、二氧化碳气体灭火等多种方式。
二氧化碳气体灭火对火灾是有效的，但由于二氧化碳的冷却作用较小。火虽然能扑灭，但难于在短时间内使火场的环境温度（包括其中设置物的温度）降至燃气的燃点以下。如果气源不能关闭，则气体会继续逸出，当逸出量在空间里达到或高过燃烧下限浓度，则有发生燃烧或爆炸的危险，故一般不采用气体灭火方式。
故仅对高压细水雾、S型气溶胶以及超细干粉等几种灭火方式，在具体的工程应用中的优缺点进行比较和判断。一方面，要从各种自动灭火系统的灭火原理，保护方式、响应时间、喷射时间等方面进行对比。另一方面，针对综合管廊的特点，自动消防灭火系统还应考虑系统复杂性、安装空间、残留物等进行综合比较。最后，还应从各类自动灭火系统的设计施工和验收规范等技术健全性进行考虑。综合管廊中选择各种灭火系统需要从灭火原理和性能，环境安全、系统经济性、应用场所条件等指标进行综合考察。针对高压细水雾、S型气溶胶、超细干粉三类自动灭火系统选择影响因素如表2所示。
2.2综合管廊消防设计经验借鉴
综合管廊内常用的灭火系统主要为高压细水雾、水喷雾、超细干粉和S型气溶胶3种灭火系统。在国内工程中的应用如表3所示。
高压细水雾灭火系统其主要优势主要体现在更好的电绝缘性、更具经济性、更具灭火效率。而且相比于水喷雾灭火系统，高压细水雾灭火系统不会产生大量的排水，这一特点在综合管廊内具有相当大的优势。目前，在综合管廊中，高压细水雾灭火系统具有取代水喷雾灭火系统的趋势。
气溶胶灭火系统作为哈龙替代产品，因其具有优秀的灭火性能和环保性能，近年得到了快速发展。综合管廊建设初期，电力电缆舱室设置的自动灭火装置多采用S型气溶胶预制灭火系统。
但随着哈龙替代物开发研究的不断深入，一种新型的冷气溶胶灭火剂-超细干粉灭火剂受到越来越多的关注。目前S型气溶胶自动灭火装置逐渐被超细干粉所替代。主要原因气溶胶灭火装置容易出现“误喷问题”及启动可靠性不稳定等问题，且S型气溶胶装置尚未取得国家3C认证。最近几年新建的综合管廊内普遍采用超细干粉灭火系统。
3、前海综合管廊自动灭火方案比选
3.1概况
前海已建成综合管廊3.2km；正在建设的综合管廊0.8km。至远期规划（至2030年）建设干、支线综合管廊长度为15.3公里。其中干线综合管廊10.5公里；支线综合管廊4.8公里，如图1所示。
在前海的综合管廊中，容纳电力电缆的舱室包括综合舱（纳入10kV电力电缆+通信电缆+给水管道等）和高压电力舱（纳入110kV和220kV电力电缆）。最大综合舱净空尺寸为：4.9m×3.2m；最大电力舱净空尺寸为：2.6m×3.2m，舱室布置如图2所示。
为统筹考虑前海区域综合管廊消防系统布置，具体的消防设计需要在具体工程中进行，为比选出各类消防系统方案，以最大综合舱及最大电力舱为研究对象，重点对高压细水雾自动消防系统和超细干粉自动消防系统方案在前海综合管廊内的应用进行比选。
3.2超细干粉自动灭火系统方案
（1）产品选型
超细干粉灭火装置主要有5kg、8kg、10kg等规格，目前应用较广的是8kg的规格。
（2）费用测算
在以上设计参数下，以1公里典型断面的综合管廊进行该系统造价估算。在典型断面综合舱和高压电力舱共需要安装超细干粉灭火装置数量如表4所示。
按照相关材料费用估算，前海区域内每公里综合管廊内设置超细干粉灭火装置数量约为225套，装置费用约144.2万元/公里。
按照全生命周期计算，考虑超细干粉自动灭火系统需要每5年更换一次。综合管廊100年使用寿命期内需要更换20次。贴现率按照国家开发银行最低基准利率4.85%进行计算；
在全生命周期下，每公里测算综合管廊安装超细干粉自动灭火系统费用约677.9万元。
3.3高压细水雾自动灭火系统方案
（1）高压细水雾自动灭火系统组成
综合管廊内高压细水雾一般采用开式系统，该系统由高压泵组、开式细水雾喷头、分区控制阀（开式）、系统过滤装置、水箱（消防水池）、供水管网及火警报警装置构成。
（2）部分设计参数
1）参考依据《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013；
2）系统持续喷雾时间30min；
3）开式系统的响应时间≤30s；
4）最不利点喷头工作压力≥10MPa；
5）高压泵组泵体材料为不锈钢而且工作压力≥14MPa；
6）消防泵房服务半径2km；
（3）高压细水雾自动灭火系统费用组成
在以上设计参数下，以1公里典型断面的综合管廊进行该系统造价估算。
1）消防泵房组成：高压细水雾泵组（含单泵、稳压泵、增压泵等）、阀门、水箱等；
2）高压细水雾系统材料：高压细水雾开式区域阀组、高压细水雾开式喷头、阀门、高压不锈钢管等；综合管廊内设置高压细水雾灭火系统材料每公里费用为380万元，每公里综合管廊部分为380万元。
3）泵房土建及泵房占地；
按照相关材料费用估算，高压细水雾系统中，每个消防泵组材料费用估算为80万元，可以满足单向2公里长度综合管廊的消防压力要求。
前海共规划建设15.3km综合管廊，需要独立设置3座消防泵房供综合管廊使用，每座独立占地100m2，预计设置8个方向的泵组，可采用地下式设计或地上式设计两种方式。消防泵房布局如图3所示。
4）泵房后期运营电费
泵房后期运营需要供电运行稳压泵，每座泵组稳压泵，其功率0.55kW。同时需要定时运行补水泵，其功率为7.5kW。（该部分用电费用在本文中不计算。）
（4）费用测算（现金流量贴现值法）
高压细水雾自动灭火系统使用寿命可以达到30~60年，按50年计算。全生命周期下，采用高压细水雾系统，综合管廊100年使用寿命期内需要更新2次。
每公里材料费为380万元，每50年更新一次，按贴现率4.85%，则全生命周期内，贴现值为：418.9万元；
3个消防泵房设备材料费贴现值为：705.6万元；则该部分每公里综合管廊均摊费用为46.1万元/公里。
3个消防泵房土建费用为一次性投资（按占地面积100m2估算）：地下式4000元/m2，地上式1500元/m2。则3个消防泵房一次性投资为：120万元（地下式），45万元（地上式）；
综上，每公里测算综合管廊采用高压细水雾系统造价贴现值为：585万元（地下式）或510万元（地上式）。
3.4方案比选
从设计施工便利性比较，超细干粉灭火系统设计简单，由于其本身即是一个成品，无需多余设计，故较为简单。而高压细水雾自动灭火系统涉及泵房、水箱、泵站、喷淋系统等，施工设计复杂。
从性能方面比较，高压细水雾消防系统和超细干粉灭火系统在性能上各有优缺点，都能达到综合管廊内灭火要求，且都符合现有国家规范的要求。但是，根据实际运行的经验，高压细水雾自动灭火系统更具有可靠性，且响应时间较超细干粉灭火系统快，可以在火灾发生时最大程度减少损失。
从运营管理上比较，超细干粉灭火系统需要每隔3~5年更换一次。未来随着人工成本的增加，更换超细干粉灭火系统期间需要耗费大量人力，更换超细干粉的人工费用将会较大。而高压细水雾自动灭火系统较为稳定，一次性安装后可以使用30~50年，可以节省大量的人力物力。且高压细水雾自动灭火系统可实现远程监控功能，便于集中统一管理。故在后期运营管理中，高压细水雾自动灭火系统更具有优势。
从造价费用上比较，高压细水雾灭火系统单次造价成本较超细干粉消防系统高，但如果统筹考虑整个区域，在综合管廊全生命周期内进行计算，则高压细水雾灭火系统在经济性上好于超细干粉灭火消防系统（未计算独立占地所产生的的成本以及电费）。
综合以上分析，从设计施工、使用性能、后期运营管理以及造价费用等方面考虑，高压细水雾自动灭火系统更具有优势，因此建议在前海区域内综合管廊采用高压细水雾灭火系统，并统筹考虑前海全域综合管廊消防泵房设置位置。
【本文详细内容参见2018年9月即将出版的《中国给水排水》第18期 《深圳前海合作区综合管廊自动灭火系统比选》，作者：朱安邦1，刘应明1，汪叶萍2 单位：1.深圳市城市规划设计研究院有限公司2.中国城市规划设计研究院深圳分院】
该文标准引用格式：
朱安邦，刘应明，汪叶萍. 深圳前海合作区综合管廊自动灭火系统比选[J]. 中国给水排水，2018,34（18）：42-47.
Zhu Anbang,Liu Yingming,Wang Yeping. Comparisonof automatic fire extinguishing systems in utility tunnel in Shenzhen Qianhaicooperation area[J]. China Water & Wastewater, 2018,34（18）：42-47 (in Chinese).
