关于地下综合管廊消防设计的探讨

最近，一则建筑设计师和甲方一起坐牢的新闻又火了！发生在2010年导致12死、23伤的沈阳市铁西区万达广场重大火灾事故案件，日前一审作出判决：相关人员擅改消防设施规划等导致灾难发生，四名被告分别被判处2至5年不等有期徒刑，各处3至5万元人民币不等罚金。消防无小事，除了地上消防需要谨慎，地下综合管廊的消防也需谨慎规划。

综合管廊常见的消防形式有超细干粉灭火系统、气溶胶灭火系统、水喷雾灭火系统和高压细水雾灭火系统等。经考察，气溶胶灭火装置经常发生气溶胶失效导致系统不能正常使用，并且气溶胶每隔5～6年需更换药剂，增加成本；高压细水雾灭火系统虽然用水量少，但管材需要采用不锈钢管，系统造价高。仅对超细干粉灭火系统和水喷雾灭火系统做详细比选，并结合工程实例，提出看法和建议，供同行商榷。
水喷雾灭火系统的可靠性是指系统在动作状态时，主消防泵能够成功启动，同时雨淋阀组能够通过火灾探测与报警系统的自动控制、远程手动控制、现场应急操作3种方式中的任何一种方式启动。根据贝叶斯网络分析计算，水喷雾灭火系统失效主要表现在水泵失效、雨淋阀组失效，系统的可靠度区间为（0.998 7,0.999 0）。

无管网超细干粉自动灭火系统由一个个灭火器串联，通过电信号控制一个防火分区的灭火器，火警发生后，同时启动防火区间内的自动灭火器，系统布置方案如图1所示。

该防火分区长200 m，宽2.4 m，超细干粉自动灭火器布置间距2.4 m，共84具，通过电源实现自动控制，当温感探测器探知到火警时，同时开启防火分区内自动灭火器灭火。当只考虑灭火器质量对系统可靠性的影响时，该系统的可靠性如式所示：Rs=R1×R2×R2×…×R84当采用同一厂家、同一批次的自动灭火器，系统可靠性Rs=R084。

根据《灭火器维修换药年检合作协议书》的合同范本，“灭火器换药工作完成后由乙方提供一年的保修期，保修期内出现灭火器泄压、泄漏、药剂失效等情况，乙方负责无条件免费维修（不可抗拒的自然和人为破坏等因素除外)；维修换药完成后一年合同期内故障率不得超过5%，如超出5%，甲方有权终止协议”。鉴于此，超细干粉灭火器的故障率P=0.05，可靠率R0=0.95，故超细干粉自动灭火器灭火系统的可靠性Rs=0.9584=0.012 8。

由于超细干粉储存在气压罐内，有效喷洒时间不超过5 s，84具自动灭火器串联使用，只要一具灭火器失效，就导致综合管廊防火区间的喷洒浓度达不到设计要求，不能保证扑灭效果。而水喷雾灭火系统的持续喷雾时间至少24 min，即便系统某一个或几个喷头不喷水，也可以保证灭火区域的窒息灭火。

由上分析，仅仅从产品质量的可靠性而言，水喷雾灭火系统可靠性高，无管网超细干粉自动灭火器灭火系统可靠性低，远远低于可以接受的程度。
《消防法》规定“对建筑消防设施每年至少进行一次全面检测，确保完好有效，检测记录应当完整准确，存档备查”。消防灭火系统的日常维护是消防设计中必须考虑的一个因素，系统不同，其日常维护量也不同。地下综合管廊采用水喷雾消防和超细干粉灭火器消防，其日常维护量差别很大。

水喷雾灭火系统失效主要表现在水泵失效、管网故障和雨淋阀失效，灭火系统的日常维护主要针对水泵、管网和雨淋阀。《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974—2014）和《自动喷水灭火系统施工及验收规范》（GB 50261—2005）规定“消防水泵或内燃机驱动的消防水泵应每月启动运转一次。当消防水泵为自动控制启动时，应每月模拟自动控制的条件启动运转一次”、“每个季度应对系统所有的末端试水阀和报警阀旁的放水试验阀进行一次放水试验，检查系统启动、报警功能以及出水情况是否正常”。水喷雾灭火系统的日常维护管理采取的是试运行的方式进行，每月试验性启动一次水泵，每个季度对雨淋阀进行一次放水试验，这种管理简单、直接、有效、工作量少。

灭火器检查与水泵、雨淋阀的检查方式不一样，水泵和雨淋阀采用直接试用的方式检查，而灭火器只能间接检查，不能直接试用。根据《建筑灭火器配置验收及检查规范》（GB 50444—2008），地下综合管廊属于地下室，其灭火器应每半个月检查一次。检查分为配置检查和外观检查，配置检查共11项，外观检查共18项，检查应记录在册，存档备查。由于无管网超细干粉自动灭火器悬挂在综合管廊顶部，需要爬梯才能近距离检查，每检查一具耗时5 min，一个防火分区有84具灭火器，需要7 h才能完成检查。广东省梅州市某地下综合管廊长20.2 km，有101个防火分区，共有8 417具自动灭火器，巡检一次需要97 d，远远大于规范要求的“每半个月检查一次”。并且，灭火器出厂5年后必须送到有厂家或厂家授权的维修点进行首次维修，首次维修后每隔2年必须再次维修，一次外检灭火器的数量不得超过总数的1/4。如果该地下综合管廊采用无管网超细干粉自动灭火器灭火系统，就要配6.5个班组，每天巡视检查，才能保证“每半个月检查一次”，而且平均每年有1 683具灭火器需要外送检查。在后期管理中，考虑到灭火器报销期限不一致，按10年计算，平均每年有842具灭火器需要更换。
由此可见，当灭火器数量很多时，其日常维护的工作量非常巨大、繁重。水喷雾灭火系统日常管理简单方便，只需试运行就可以完成检查。
广东梅州市某综合管廊长20.2 km，井字形布局，消防分区长200 m，拟对水喷雾消防方案与超细干粉自动灭火器方案进行经济比选。消防方案一：采用水喷雾消防，设置1座水喷雾消防泵房，消防泵房最大服务半径4.5 km，电力舱水喷雾的设计强度13 L/(min·m2),持续喷雾时间0.4 h，喷头最小压力0.35 MPa，喷头间距2.4 m，喷头采用离心式水雾喷头，最不利防火分区设5组雨淋阀，火灾报警时同时开启2组雨淋阀，系统流量64.32 L/s。干管管径DN200，支管管径DN150，喷头到支管雨淋阀的水头损失h1=17.21+35+6=58.21（m），干管水头损失hi=i·l=1.83×10－4×4 500=0.41（MPa）=41（m·H2O），故水泵扬程H=（58.21+41）×1.1=109.1（m）。消防泵房设置3台主泵，2用1备，稳压罐1套，稳压泵2台，消防水池1座100m2。仅仅计算管材、喷头、雨淋阀及消防设备间的分摊，在综合管廊100年的生命周期里，水喷雾灭火系统每公里造价不超过200万元。消防方案二：采用无管网超细干粉自动灭火系统，自动灭火器悬挂管廊顶部，间隔2.4 m，每公里需要420具灭火器，首期投资大约10.5万元，灭火器在报废之前可以维修3次，每公里灭火器总共维修费用为12.6万元，10年后灭火器直接报废。根据《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）规定“综合管廊工程的结构设计使用年限应为100年”，100年使用期间，超细干粉自动灭火器需要更换10次，在不考虑通货膨胀的情况下，每公里消防设施总造价为（10.5+12.6）×10＝231（万元）。

在100年的使用年限内，水喷雾消防系统造价低，而超细干粉自动灭火器方案造价高，主要原因是超细干粉灭火器需要经常外检维护，并且报销期限是10年。
水喷雾系统以水作为消防媒介，窒息灭火。水对环境和人体都没有危害，属于环保材料。超细干粉灭火剂平均粒径不大于5 μm，为白色粉末固体，经加压、喷射后以气溶胶的形态弥散于保护空间，灭火效率高。超细干粉灭火剂平均粒径跟PM2.5颗粒是一个数量级，不分解、不吸湿、不结块，具有良好的流动性、弥散性和电绝缘性。干粉喷洒于空气中，能见度低，影响管廊内人员逃生。干粉流动性好，不沉淀，容易吸入肺部，市面上常见的口罩或防毒面具不能过滤这种粒径的颗粒，只能采用特别的颗粒防护口罩。喷洒于综合管廊内，在现有技术状态下，只能通过鼓风机排到廊外空气中，即便排到廊外，路上行人也会吸入肺部。从这个角度而言，超细干粉不环保。广东梅州市某综合管廊有20.2 km，需要8 417具灭火器，需要超细干粉灭火剂16.834 t，并且管廊附近都是商业住宅用地，大范围使用这种超细干粉灭火剂，人吸入的可能性大。我国近几年一直开展节能减排、低碳发展行动，提倡绿色建筑、绿色市政，要求在设计阶段采用新工艺、新材料来保护环境，作为消防媒介的水和超细干粉，水更环保，用于综合管廊示范项目，更能体现绿色市政的设计理念，符合“节能减排、低碳发展”的倡议，真正发挥“综合管廊示范工程”的示范效应。
目前，已建成的综合管廊较多采用水喷雾灭火系统，也有部分综合管廊示范项目采用无管网超细干粉灭火装置。客观分析，超细干粉灭火装置有突出优点，灭火效率高，对初期火灾能在3 s内灭火，对保护物无任何损害，其火灾损失基本为零；超细干粉灭火剂可以长时间悬浮，并能绕过障碍物，散布到各个角落，以一种全淹没的方式灭火，无管网布置，设计、施工简单。但是，超细干粉灭火装置毕竟是一种局部应用系统，是局部范围的权益之计、无奈之举，当大范围应用时，它的缺点也随之放大，系统可靠性低、维修量大、造价高、材料不环保。水喷雾灭火系统可靠性高、造价低、维护简单。水喷雾消防也有缺点，例如：消防管占了综合管廊断面资源、消防泵扬程大以及雨淋阀设置困难等。笔者参与广东省梅州市某综合管廊项目，经过方案比选，最终采用水喷雾灭火系统。