浅谈城市隧道消防设计
摘要：本文就隧道火灾的成因及特点，结合《建筑设计防火规范》、《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）简单分析隧道消防给水及灭火系统的组成。
关键词：隧道，消防，用水量，管道，消火栓
1、概述
《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)要求隧道的防火设计应根据隧道的分类采取一定结构耐火等级，设置人行、车行横通道或疏散通道等防火措施外，还应设置消防给水与灭火设施、通风和排烟系统、火灾自动报警系统等。其中消防给水及灭火系统等设施是隧道工程的重要配套工程，以在火灾发生时迅速可靠地扑灭各类火灾，减少火灾造成的损失，保证人身和财产的安全。
2、隧道消防给水与灭火系统的选取
隧道消防给水与灭火系统的选择是针对预期火灾种类制定的，其灭火设施主要用于隧道内发生火灾时，供司乘人员、隧道管理人员及消防人员扑救初期火灾使用，应具有迅速、有效灭火功能。《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）“城市交通隧道”一章，对交通隧道的消防安全确定了原则性设计要求；其中对二类隧道消防给水与灭火设施要求为：火灾延续时间不应小于3小时，隧道内宜设置消火栓给水系统，应在隧道两侧配置ABC类灭火器。
早期由交通部发布的《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004），作为推荐性行业标准，要求一级公路隧道消防设施必须配置灭火器，应配置消火栓和固定式水成膜泡沫灭火装置。由于城市交通隧道火灾危险性越来越引起人们的重视以及目前还缺少专项针对城市交通隧道的防火设计规范，借鉴国内外的经验及参考公路隧道的要求，近几年国内建成的城市交通隧道在配置消火栓、灭火器的基础上大多还配置其他的灭火设施，主要有水喷雾系统、水成膜灭火系统、水喷雾-泡沫联用系统等形式，如上海市延安东路南线隧道（1994年开工,1996年11月建成通车）采用了消火栓系统、水喷雾系统和灭火器系统；宁波市常洪隧道（1999年6月开工，2002年3月竣工）、南京玄武湖隧道（2001年11月动工，2003年4月通车）、鼓楼立交隧道（1994年10月动工，1995年11月建成）等采用消火栓系统、水成膜灭火系统和灭火器设置等。
国外城市隧道中,日本隧道的消防设施较为完善,大都配置了消火栓系统、水喷雾系统、灭火器等装置,也有的采用了较为先进的水喷雾-泡沫联用系统等。但是,在隧道内应用自动喷水灭火或水喷雾灭火系统及其有效性上，目前国内、外隧道专家对此存在很大争议,主要是灭火成功率差。主要理由是：典型的火灾通常发生在车辆下部或车厢内部，顶部喷水没有灭火效果，如在火灾开始和喷头动作之间发生延误，在巨热火焰上喷一层水雾，实质上压不住火焰，反而会产生大量过热蒸汽，蒸汽比延误更具危害性；隧道是狭长的，其横向和纵向有坡度，且是强制通风，又无防火分隔，因此热量不会局限于着火点；因为热气层流沿着隧道顶部运动，喷头动作可能不会固定在火焰上，大量动作喷头将远离火场，产生冷却效果，致使烟雾层下降，影响逃生及消防人员视线；喷水会引起烟雾分层，导致紊流，将空气和烟雾混合，威胁隧道人员安全，其次汽车火灾一般都从车内起火,喷头水一般只能洒到车顶上,形成大量的热蒸汽,对人体有一定的危害性。由此可以看出，自动喷水灭火系统在隧道内的使用中持“不推荐”态度。
欧美各国近十年来，纷纷采用轻水泡沫灭火系统，具体做法是在隧道内安装轻水泡沫箱。该装置能喷射低倍数空气泡沫，用以扑灭由石油类产品引起的B类火灾，以及木材、纺织品等一般固体物质引起的A类火灾。它具有结构紧凑，使用灵活等特点，在某些场合的使用能弥补大型固定式灭火系统机动性能差，占地面积大的不足，又避免了手提式灭火器容量小，保护面积小的缺点。其工作原理为：当水流经过混合器管路进入比例混合器的喷嘴向扩散管喷出，进入喷嘴时，口径缩小，流量增大，通过扩散作用，在喷嘴出口与扩散管之间形成负压，与大股压力水流汇合形成3%的泡沫混合液，该泡沫混合液被输送至泡沫产生设备，产生空气泡沫扑救A、B类火灾。灭火剂储存箱中储存的灭火剂为3%的水成膜泡沫灭火剂（AFFF）。
鉴于上述原因,同时参照公路隧道方面现行规范—《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）有关规定，城市隧道的消防给水和灭火系统可采用:消火栓系统、固定式水成膜泡沫灭火系统及灭火器。其各系统具有以下优点:
消火栓系统—成熟可靠的消防系统,可扑灭多种类型火灾,由专业消防人员操作,能大大降低火灾损失。固定式水成膜泡沫灭火系统—依靠泡沫和水成膜的双重作用，能够快速压制火势，冷却热气流，阻止火灾蔓延,实践证明效果很好。灭火器配置—使用方便、性能可靠,通过正确使用能及时扑灭隧道内各类火灾。
3、系统设计
3.1消火栓系统
3.1.1设计参数
按照《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的要求,消防用水量应按其火灾延时内，全线同一时间发生一次火灾，经计算确定隧。遂道内部消火栓用水量为20L/s,隧道洞口外消火栓用水量为30L/s，火灾延续时间为3hr。
3.1.2水源及供水方式
隧道工程的消防用水可由市政给水管道，消防水池或地表水源供给，城市隧道消防用水首先是利用市政给水管供给。我国大部分城市市政给水压力一般在0.18～0.3Mpa范围，再加上隧道工程和地面的高差，市政给水一般均能满足人防消防给水的水压要求，无需设消防给水泵。但一定要经过计算，使市政给水管道的供水量和水压都能满足最不利点灭火设备的要求。只有在市政给水管不能满足消防用水量要求时，才考虑在隧道内或附近合适位置设置消防水池，或利用就近的天然湖泊、河流、小溪等地表水。利用天然水源供水时，应保证枯水期最低水位仍能满足消防用水量。
3.1.3系统布置
消防给水管网应布置成换环状；向环状管网供水的给水管不应少于两条，当其中一条发生故障时，其余的进水管应能满足消防用水量的供给要求，通常从市政给水管道上分别引出两条消防管道，在两侧隧道内全线贯通,并于敞开段处连通,从而形成安全可靠的消防供水环网从而形成安全可靠的供水系统。环状管道应采用阀门分成独立的若干段，每段消火栓的数量不宜超过5个，并在其最高点设放气阀，最低点设泄水阀。为便于布管及管线紧凑,通常在每孔隧道的外侧，每隔45m设消火栓箱一套，同时在箱内报警按钮各一个。在火灾初期的时候可由缺乏专业消防技能的就近人员直接取用，投入灭火自救，从而为扑灭火源，控制火情，最大限度地争取到宝贵时间。每支水枪流量不小于5L/s，最不利点消火栓充实水柱长度不小于10m。在敞开段消火栓箱则设于两侧挡墙内,间距、布置同前。按照规范要求，在隧道出入口处应设置室外消火栓，以满足室外消防用水量大小要求。同时，根据其用水量大小，鉴于隧道整体狭长，不同于一般建筑物，在隧道两端分别设置2个地上式水泵结合器。
3.2固定式水成膜泡沫灭火系统
3.2.1设计参数
单台水成膜泡沫灭火栓用水量：1L/s，泡沫混合器处所需压力：0.45MPa。
3.2.2系统给水方式
水成膜泡沫灭火栓系统用水经消防泵房加压后在隧道洞内连通，形成安全可靠的供水系统。
3.2.3系统布置
在每孔隧道的车行道右侧洞壁，每隔45m设置一套箱式水成膜泡沫灭火系统装置。喷射时间大于35分钟。
3.3固定灭火器配置
根据危险等级分类标准，城市地下隧道危险等级为严重危险级，两侧交错布置。同时根据《建筑设计防火规范》，二类隧道应在隧道两侧设置ABC类灭火器，每个设置点不应少于4具。其灭火级别不应低于5A或4B。因隧道内与建筑物内不同，从消防洞室去灭火器到火灾现场均可直线到达，在每孔隧道的两侧，相距约45m均设置灭火器箱一组，两侧呈交错布置，交错后间距约22m，固定式灭火器箱和消火栓箱、水成膜泡沫灭火栓箱合并布置，既统一美观，又便于管理、使用。
4.结论：
对于城市隧道,尽管可以从保证人员安全的角度,充分考虑各种可能的情况,配备相应的消防设备,但如果没有正规化、科学化的管理,各种硬件设备也无法充分发挥作用。因此,隧道管理方需要建立完善的防、救灾管理制度,制定切实可行的救援预案。必要时,可以通过立法等手段保证各项制度的执行。
参考文献：
[1]《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)（京建生等）
[2]《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）（姬为宇等）
[3]《给水排水设计手册》（建筑给水排水）（陈秀生等）