固定消防系统在公路隧道中的应用

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　　固定消防系统是指用水作为灭火剂，或用水中掺加其他物质作为灭火剂的技术领域。这个系统的设备是公路隧道基础设施的一部分。当需要灭火时，不必增加其他设施，可从一个遥远的位置，自动、半自动或人工启动固定消防系统，把火灾控制在一定范围内。固定消防系统目前被认为是一个活跃的技术领域。当它经过适当设计、整合、安装、操作和维护，便能对保护生命财产安全发挥积极作用。
　　固定消防系统具有遏制火灾发展与蔓延的潜能，有助于在自救和助救的阶段保护司机的安全和进行紧急状态的服务，减小隧道资产的火灾损失，避免和减少公路网的中断时间，因为隧道火灾后通常需要整修才能恢复。
　　固定消防系统在具有完备的通风系统条件下，快速而精确的火灾探测以及固定消防系统的尽早启动，是达到最好消防效果的重要组成部分。
　　固定消防系统的操作性能，最好通过系统工程评估，其中包括合适的维护、测试和培训制度。必须认真考虑这一系统在操作和维护预算方面达到的效果。
　　虽然固定消防系统自上世纪50年代以来在隧道中一直可靠使用，然而它的使用范围仍不够广泛，没有成为世界上公路隧道必须安装的一个规章。这一系统能减小火灾的发展和蔓延速度，目前对它进行维护和作业整合，以保证其功能处于最优状态。使用固定消防系统的决策必须与这一系统的设计、整合、安装、操作和维护的意愿和能力结合起来。
　　1 类型和特点
　　1.1 喷水系统
　　喷水系统是分区用水的典型问题，其特点是大水滴的数量占很大比例。这些系统的精确性能因不同隧道而不同。通常这样规定：隧道离散断面的喷水系统喷水速度（mm/min），或隧道面积上的喷水密度（l/min/m2），而不是基于水滴大小分布。
　　1.2 喷雾系统
　　喷雾系统的工作压力可能或高或低，然而它使用的典型压力比喷水系统高。喷雾系统一般用于需要考虑供水量、空间因素以及重力限制的场合。喷雾水滴的特点是相对细小，它的蒸发过程有助于空气的冷却，它的性能规定l/min/m3，要考虑喷雾区的隧道体积。
　　1.3 两个系统的共同点
　　（1）要有在质量、数量和压力方面足够可靠的水源，满足隧道设计面积所需的水速。
　　（2）要有1个可靠的启动阀（或1个电磁阀），控制流入分布网的水流量，不依赖连接喷头的局部可熔的保险丝。
　　（3）在预定时间内向设计火灾区输送预定的水量。
　　1.4 从喷水系统转变为喷雾系统的要求
　　（1）采用比喷水系统更高的压力。
　　（2）采用比喷水系统直径更小的管路。
　　（3）对同样的覆盖面积，采用流量较小、流速较慢的水。
　　（4）由于较高的操作压力，需要采用特殊的材料和设备，诸如泵、管路和喷嘴，需要保持精细的喷嘴，清除管路中产生的任何颗粒物阻塞喷嘴的开口。为了防止堵塞可采用过滤系统。
　　2 决策因素和设计考虑
　　2.1 在决定是否安装任何固定消防系统时必须考虑的事项
　　（1）遵守地方的规则和指南，包括法律方面的考虑。
　　（2）总的指导原则和安全标准。
　　（3）生命安全。
　　（4）资产保护以及与此有关的可以获得的交通联系。
　　（5）对诸如危险品车辆等进行处置的附加灵活性。
　　（6）消防系统的启动。
　　（7）具有足够的系统操作和维护能力，包括系统的作用、位置、利益攸关方的责任和操作人员培训。
　　（8）安装固定消防系統的投资成本和（或）寿命周期成本，以及安装成本收益。
　　（9）系统可靠性和备用部分。
　　（10）可持续性（有时也是决策的一个因素）。
　　2.2 一旦决定安装固定消防系统，设计过程中必须考虑的事项
　　（1）火灾设计。
　　（2）系统类型。
　　（3）采用喷雾还是喷水系统。
　　（4）水源供给，包括消防栓和储水系统。
　　（5）隧道排水。
　　（6）空间考虑。
　　（7）火情探测及消防系统的启动。
　　（8）环境。
　　（9）系统的整合。
　　（10）固定消防系统与通风系统的联动。
　　（11）其他因素。
　　3 研究与分析
　　3.1 固定消防系统未能在公路隧道中广泛采用的原因
　　1999年出版了“控制公路隧道中的火灾和烟雾”指南，但未曾提出在公路隧道中安装固定消防系统的建议，人们担心在公路隧道中安装固定消防系统会产生不利情况，存在以下疑虑与猜想：
　　（1）如果水中不加适当的掺加剂，会引起汽油或其他化学物质的爆炸;
　　（2）虽然火被扑灭了，但可燃性气体仍会产生爆炸;
　　（3）蒸发的水蒸汽会对人造成损害;
　　（4）对于车辆内的灭火效率不高;
　　（5）烟雾层冷却、不分层，以致充满整个隧道，导致人员死亡;
　　（6）维护费用高;
　　（7）能见度降低。
　　3.2 公路隧道火灾试验计划
　　在2001年～2013年间，进行了一系列公路隧道火灾试验计划（表1）。
　　3.3 试验结果
　　在完成的大量试验中没有发生由固定消防设备引起的爆炸;可燃性气体没有燃烧，也没有发生爆炸;没有产生大量水蒸汽构成威胁。通过热管理检查，余火还是被扑灭了。
　　试验表明，刚一启动固定消防系统，烟雾没有分层，在固定消防系统应用范围内能见度降低，但如果尽早启动固定消防系统，能限制热量的释放速度。通过遥控操作固定消防系统，在消防队到达之前能控制早期火灾。 　　4 从实际发生的火灾中汲取教训
　　固定消防系统既定的目标和优点，在2008年3月澳大利亚墨尔本Burnley公路隧道火灾中充分显示出来。在车流高峰期间1辆重载车辆突然转向，与邻车道的车辆发生碰撞，立即爆炸起火。喷水系统和通风系统立即启动，虽然没有完全扑灭火灾，但减小了火灾的蔓延速度，争取了时间，使消防队赶到事故现场，有人在事故中受伤，但火灾没有蔓延，对隧道没有损害。经过短时间的处理，隧道恢复使用。
　　5 结论
　　多次公路隧道火灾事故表明，事故的严重后果影响隧道用户，影响隧道基础设施，并对公路网络造成强烈冲击，对隧道火灾风险及其后果的管理与改进形成了巨大的压力。固定消防系统是一种可以对隧道用户生命安全、对隧道基础设施提供保护的一种方法。然而基于经济、技术、政治和社会各种原因，固定消防系统没有得到广泛应用。因此，论文提供了在采用固定消防系统之前进行决策的指南，也提供了设计和付诸实施的指南。
　　广泛的试验已经表明，固定消防系统有能力减小火灾范围，防止火灾荷载达到它的最高值。气体的高温度可能仍会达到，影响火灾邻近的结构和基础设施。这与固定消防系统设计中正确选择热量释放速度直接有关，与发生火灾事故尽早启动系统的方法有关。
　　如果安装、维护和操作得当，固定消防系统对延长疏散与撤离时间是有正面作用的。这对于车辆上游是纵向通风隧道、火灾两侧是横向通风隧道的情况是有利的。
　　隧道车行道被固有消防系统覆盖的长度，受到可获得的水源供应和隧道宽度的影响。固定消防系统的运作会降低一定范围内司机的能见度，然而在消防系统启动后大多数车辆应停止运行。而且，应实行管理交通和操作隧道内有关系统的特殊办法，使司机免受意外伤害。这意味着固定消防系统的操作必须可靠，消除误启动的可能性。
　　固定消防系统如今已被人們视为一项积极的技术，用以管理隧道资产和隧道用户的火灾风险。
　　6 结束语
　　交通隧道中的火灾问题通常受到人们的高度关注，因为隧道中的空间狭小，外部消防队的消防灭火在时间上难以达到十分及时，如果隧道内没有起码的自救的消防系统，定将错失时机，火灾在早期没有得到遏制，蔓延开来将造成人员伤亡和隧道基础设施的巨大损失，甚至影响交通网的正常使用。虽然这里介绍的是公路隧道中固定消防系统的应用，但是这里谈到的一些基本原则，应予考虑的主要因素，对于铁路隧道、地铁隧道及其他地下结构，具有参考价值。
　　参考文献
　　[1] Bruce Dandie， Norris Harvey. Application of fixed fire fighting systems in road tunnels[J]. Tunnels and Tunnelling International，2017（3）：21-23.
　　
　　邵根大 编译
　　收稿日期 2018-05-09
　　责任编辑 冒一平
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