城市地下交通隧道自動滅火系統選用探討

張杰 汪華良

摘要：在現代城市建設中，地下交通隧道已是不可缺少的道路系統，而近年來卻報道出多起隧道火災事故。在城市隧道火災起因、火災特點、火災危害性分析的基礎上，對比分析了目前常用滅火系統的滅火原理、優缺點及在隧道中的適用性，發現水系自動滅火系統適用性較高。在實際工程設計中應根據隧道結構、滅火特征、經濟造價等因素進行綜合選擇。

關鍵詞：城市隧道;火災事故;滅火系統

隨著我國經濟的不斷發展，城市人口的逐漸增多，城市交通面臨著非常大的壓力。因此，為減少城市道路用地、縮短行車里程、疏導交通，城市地下交通隧道在各城市呈現出集聚增長趨勢。然而，由于隧道的特殊結構（空間狹小、縱深較長、出入口數量少、封閉性強），一旦隧道內發生火災，其破壞性和危險性巨大，往往會造成巨大的經濟損失和人員傷亡。

一、城市交通隧道火災分析

（一）火災起因分析

1.車輛故障。由于城市交通車輛的逐年增加，發生故障的頻率也逐漸增高。當車輛行駛至地下隧道時，出現漏油、溫度反常等故障，從而引發隧道火災。

2.交通事故。一般情況下，城市隧道中光線相對較暗、車速限制較低、車輛變道受管控，當駕駛員視線模糊或存在違章行為時，極易發生交通事故，造成火災。

3.人為原因。不法分子擅入破壞、縱火引起火災，施工人員或維保人員在工作中進行非標準化作業產生明火、巡檢人員攜帶火源或其他熱源管理不當造成火災事故。

（二）火災特點分析

1.煙氣蔓延迅速。城市交通隧道一旦發生火災，將產生大量CO和其他有毒高溫煙氣，由于隧道四周密閉，兩側開口，自然排煙難度大，煙氣首先沿隧道頂棚向外側蔓延，進而迅速充滿隧道。

2.火災隨機性大。由于隧道內交通量不均衡、車載物品不確定、火源不確定、火災荷載不確定，決定了隧道火災的隨機性。另外，隧道發生火災的時間和地點也具有很大的隨機性，并且規模和形態不恒定。

3.人員逃生困難、救援難度大。隧道內發生火災時，勢必會造成交通堵塞，加上煙氣蔓延迅速，能見度低，隧道中人員逃生困難，救援人員進入隧道滅火，實施救援的難度較大。

4.易發生二次事故。交通隧道中的火災會產生大量高溫氣流和強烈熱輻射，隨風傳播的高溫氣流一旦遇到易燃物將迅速燃燒，甚至爆炸，從而形成二次事故。

（三）火災危害分析

1.造成人員傷亡。隧道火災對人的傷害主要表現在三個方面：一是空氣溫度高于人體所能承受的最高溫度，造成燒傷或燙傷;二是由于空間相對密閉，可燃物燃燒會消耗大量氧氣，容易形成窒息;三是可燃物在燃燒時會產生大量的CO、CO2、HCN和其他有毒氣體，極易造成人員中毒。

2.破壞隧道結構。當隧道內火災發生到一定規模時，將導致隧道襯砌被燒壞，使得隧道結構承載力降低。而防排水體系受到破壞時，將造成不同程度地滲水。

3.損壞隧道設施。隧道火災對設施、設備的破壞主要表現在：燒毀照明系統，使能見度急劇下降;損壞通風系統，令隧道排煙困難;破壞電氣設備、元器件及電氣線路，無法正常提供動力、供電照明;損害通信、監控等設施，使得遠程監控中心無法迅速做出應急管理措施。

4.導致交通癱瘓。發生火災時，隧道內車輛駛出難，救援車輛駛進易難，該道路段將發生交通堵塞，嚴重時將致使市區交通癱瘓。

綜上，城市地下交通隧道發生火災將造成不可預估的后果，須設置自動滅火系統，在最短的時間內撲滅初期火災，減少人員傷亡和財產損失。而目前自動滅火系統種類較多，相關規范也無明確要求，因此下文將對常見自動滅火系統進行對比分析。

二、自動滅火系統對比分析

（一）水噴霧滅火系統

水噴霧滅火系統是通過噴頭將水流分解成水霧進行冷卻滅火的一種固定式滅火系統。其滅火原理為水霧蒸發冷卻作用和缺氧窒息作用結合達到滅火效果。

優點：水噴霧滅火系統降溫效果好，可持續降低煙塵，系統簡單，滅火條件要求低。缺點：耗水量較高，滅火后需排積水，電氣絕緣性差，工程造價較高。

該系統應用于城市交通隧道，不但可降溫滅火，還可排除高溫煙氣，有利于人員逃生，適用性較好。

（二）氣體滅火系統

氣體滅火系統是以液體、液化氣體或氣體狀態存貯于壓力容器內，滅火時以氣體（包括蒸汽、氣霧）狀態噴射作為滅火介質的滅火系統。其滅火原理為噴放的氣體體積急劇膨脹并吸收大量的熱，可降低火災現場的溫度，同時稀釋被保護空間的氧氣濃度達到窒息滅火的效果。

優點：化學穩定性高、易儲存、腐蝕性小、不導電、無毒、不對設備產生損壞。缺點：噴放大量氣體會降低空間氧氣濃度，因而具有一定的窒息性，管道沿程壓力損失較大，需設儲存站，且經濟成本較高。

雖然氣體滅火系統滅火效率高，但應用于隧道中時，易造成逃生人員窒息，因此適用性一般。

（三）氣溶膠滅火系統

該系統按產生方式可分為熱氣溶膠和冷氣溶膠，目前國內工程上應用的氣溶膠滅火裝置都屬于熱型。在熱作用下，滅火氣溶膠主要會形成氣相化學抑制和固相化學抑制，并全淹沒燃燒表面使其缺氧，最終滅火。

優點：氣溶膠反應器安裝靈活，無需管網，可帶電滅火。缺點：氣溶膠滅火系統運行維護費用較高，不適于爆炸場所。

某些情況下，隧道發生火災時人員較多，且存在車輛爆炸的可能性，因此氣溶膠滅火系統在隧道中的適用性一般。

（四）細水霧滅火系統

細水霧滅火系統是通過供應設備使管道中的水流在噴頭處瞬間被撕裂成細水霧，并利用大量均勻細水霧汽化吸熱，隔離火源，形成窒息等功效，達到火源熄滅的滅火系統。

優點：可帶電滅火，用水量少，對人體無害，對環境無影響，持續滅火能力強。缺點：需敷設管道，設置專用噴頭及高壓泵，一次性投資較高。

細水霧在空間相對密閉的環境中更容易降溫，降低煙氣濃度，因此在隧道中的適用性較好。

（五）超細干粉滅火系統

超細干粉滅火系統是由干粉供應源通過輸送管道連接到固定的噴嘴上，通過噴嘴噴放超細干粉的滅火系統。其滅火原理為切割火焰，破壞燃燒鏈，稀釋氧氣，冷卻降溫，窒息滅火。

優點：超細干粉滅火系統安裝簡便，無需管道，絕熱性能好，滅火效率高，施工周期短，系統工程投資低;缺點：干粉在一定期限內結塊，需定期維護，維保成本高，滅火時對設備有污染。

超細干粉滅火系統應用于隧道時，噴放的大量干粉可能會損壞設備和其他車輛，甚至對逃生人員的眼睛、呼吸道、口腔粘膜造成損傷，因此適用性較差。

綜上，各類自動滅火系統都具有各自的有缺點，理論上，水噴霧滅火系統和細水霧滅火系統在城市交通隧道內的適用性較好。而在實際工程設計過程中，應根據隧道結構，滅火系統的滅火特征，經濟造價等因素進行綜合選擇。

三、結語

通過對城市地下交通隧道發生火災的原因、火災特征及火災危險性分析發現，隧道火災危險性巨大，須設置自動滅火系統。對比國內常用滅火系統滅火原理及優缺點發現，水系自動滅火系統較適用于城市交通隧道。在實際工程設計過程中，還應綜合考慮隧道結構、系統滅火特征、經濟造價等因素，將城市隧道火災損失降到最低。

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作者簡介：張杰（1990—），男，四川德陽人，碩士研究生，主要從事消防安全理論研究。

基金項目：四川省科技計劃項目（2017JZ0022）。