地下交通隧道防火设计的研究
内容摘要：地下交通联系隧道(UTLT)是一种新型的城市地下交通系统，其特点通常由环形的主隧道及多条连接隧道组成，一般位于城市繁华地带。地下交通隧道的防火是保证交通畅通的基本条件，而传统“处方时”防火设计已经存在很大的局限和不合理性，进行新的防火设计工作显得尤其重要。本文分析了传统防火方式的弊端后，提出了性能化防火设计的理念及其优越性，为当前地下交通隧道防火工作给与启示。
关键词：地下交通隧道，火灾安全，防火设计，性能化
近年来，由于地面道路的建设会影响城市景观、并占用城市地面空间，许多大型城市开始发展地下交通系统。城市地下交通隧道既可保证行车速度，又不占据城市空间，是一种新型的地下交通形式。但是城市具有交通流量大，车辆类型多等特点，发生火灾事故的机率与危险性很高，因此地下隧道的火灾安全与环境控制成了亟待解决的技术问题。
一、 地下交通隧道介绍
地下交通隧道不同于山岭隧道或海底隧道，其车流量大，且频繁而且带有周期性，每逢上下班是交通隧道的使用高峰期，也是火灾防范的重要时间段。是从交通量、隧道长度和火灾发生概率三方面比较分析，城市隧道交通量比山岭隧道火灾发生率要高出7~8倍，火灾事故的风险也高出许多。而且为了缩短车辆绕行时间，城市地下交通隧道一般会根据设计要求建造多个出入口。进出口的增多等于将隧道进行了分区，使长隧道分割成若干短隧道，这有利于就近将隧道内的污染物或烟气排出，也有利于隧道内滞留人员的安全疏散，可以增加隧道的安全性，但是这也相应的使得隧道通风、排烟过程中，烟气流动更为复杂，也更难于控制。此外，在城市地下交通隧道规划、建设时，需特别注意隧道的坡度问题，应重点考虑坡度对通风、排烟以及人员疏散的影响。
二、 传统地下交通隧道防火存在的问题
传统“处方式”设计在现代隧道工程中应用是存在很大的局限性的，随着难以满足城市地下交通隧道这样的新型隧道形式要求。
1、不能根据实际情况选择合理排烟和疏散方式。在排烟系统形式和人员疏散方面存在多样性，城市地下快速路设置通风排烟系统的主要目的是为隧道内滞留人员的疏散提供安全的环境，要求必须将将疏散系统和排烟系统结合起来考虑合理搭配，以达到经济合理的设计目的，传统的“处方式”设计难以判断采用何种通风防排烟形式更加合理，更不能满足城市地下交通隧道的实际要求。面对多样的安疏渠道，在实际应用中“处方式”设计并不能判断使用哪种疏散系统形式更加合理。“处方式”设计不能对横向联络通道设置距离的合理性做出判断。
2、传统“处方式”设计缺乏对隧道安全的整体性考虑，安全疏散系统设计和烟气控制系统脱节。我国相关规范中要求人员疏散用横向联络通道的设置间距为250~300m，该值并未考虑烟气流动过程对人员疏散的影响，因此按此值进行设计，容易导致过度保护或保护不当的结果出现。
3、灭火系统多样化，“处方式”设计方法难以做出合理选择。固定式灭火系统种类很多，有自动喷淋灭系统、泡沫灭火系统等等，同时这些形式也是各有利弊。正是由于各种固定式灭火系统在形式、灭火介质和灭火特点上，存在不同的优缺点和应用局限，使得“处方式”设计难以对是否设置固定式灭火系统、设置什么样的固定式灭火系统、如何设置、如何确定系统运行时间等问题做出合理的判断。
三、 地下交通隧道性能化防火设计
由于城市地下交通隧道车流量大、火灾风险高、坡度大等特点，在城市地下交通隧道防火安全设计中，使用传统的“处方式”设计难以保证隧道防火系统的安全性和可靠性。因此，寻求城市地下交通隧道防火安全设计方法是十分必要的。
性能化防火设计方法是建立在消防安全工程学基础上的一种新型建筑防火设计方法，在城市地下交通隧道火灾安全设计中的应用，可根据隧道的结构和内部可燃物等具体情况，由设计者依据城市地下交通隧道的个体条件，自由地选择各种火灾安全设计方案，构成该隧道的总体火灾安全设计方案，并利用安全工程学的原理方法，对火灾的危害性进行定量的预测和评估，从而得出最优化、合理经济可行的火灾安全设计方案。其性能指标氛围以下几个方面：
1、火灾场景的设置
火灾场景的设置是性能化设计的基础之一，只有选择了合适的火灾场景，才能保证性能化设计的合理性、可靠性。通过火灾场景的设置，可以明确火源的大小、烟气的产生和火势扩散的模式，是做性能化设计的前提条件，确保隧道安全性和防火安全系统设计的合理性的前提。
2、烟气及有毒气体的扩散
在性能化设计中，无论选择什么样的通风方式，事故通风必须要满足性能化目标要求。它的主要作用是为人员的安全疏散提供保证，为消防人员进入隧道灭火提供安全保证，而不再是将隧道内防火通风速度简单的按规范定为2~3m/s。如在北京奥林匹克公园地下交通联系通道消防性能化设计报告中，对纵向式通风系统提出了如下性能化设计要求：
1)隧道发生火灾后，隧道的排烟系统应能够将烟气控制在火灾发生点下游，火灾烟气不能影响上游人员的安全疏散；
2)如果烟层下降到距离人员活动地面高度2m以下，烟层的温度不应超过60℃；
3)距离人员活动地面高度2m以下的烟气能见度不小于10m；
4)距离人员活动地面高度2m以下的烟气CO体积分数不大于5×10-4。
可见，在性能化防火设计中，要求将烟气控制和人员疏散有机的结合起来，使整个系统设计更为合理。
3、人员疏散及避难
性能化防火设计，会对人员疏散系统与隧道内烟气控制进行综合考虑。通过对人员疏散及避难模拟，对隧道安全系统的作用做出评估，得出有效参数，如果不满足疏散要求，就要对防排烟系统的设计做出改进，对疏散通道设置间距也就是疏散距离相应做出调整，使其满足疏散要求。这样既可以排除疏散距离和疏散时间太长导致人员不能及时疏散的可能，同时避免过度消防而造成的资金浪费。在保证疏散效果的同时，还可以提高资金的利用效率，可谓一举两得。
4、固定式灭火系统
根据以往交通隧道火灾事故案例的经验，固定式灭火系统能有效的阻止火势在隧道内的扩散及在车辆间的传播，但是它也存在很大的隐患，就是由于固定式灭火装置的存在，容易导致烟气层的提前下降，进而给隧道内滞留人员的生命安全造成威胁。因此关于地下交通隧道是否合适设置固定式灭火系统的问题一直存在争议。而采用性能化防火设计方法，则可以有效解决这一问题。在设计时，使固定式灭火系统在系统形式、作用时间和设置方式等方面满足性能化要求，在保证有安全疏散环境的同时，还可以有效阻止火势的扩散和传播，充分发挥固定式灭火系统对火势的控制功能，使隧道消防系统配置更加安全合理。
结束语：
城市地下交通隧道作为新型的地下交通系统，在给城市交通带来方便的同时也给防火工作带来的挑战，关于交通隧道的防火问题也是当前不容忽视的问题。目前尚无专门针对城市地下交通隧道的消防设计标准的前提下，性能化防火设计的提出在解决了城市地下交通隧道的火灾安全设计方面的局限性与不合理性。采用性能化防火安全设计，考虑场景设定、疏散与烟气控制系统以及固定式灭火系统等多方面因素，可有效的解决交通隧道防火问题。
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