固定消防系統在公路隧道中的應用
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固定消防系統是指用水作為滅火劑，或用水中摻加其他物質作為滅火劑的技術領域。這個系統的設備是公路隧道基礎設施的一部分。當需要滅火時，不必增加其他設施，可從一個遙遠的位置，自動、半自動或人工啟動固定消防系統，把火災控制在一定范圍內。固定消防系統目前被認為是一個活躍的技術領域。當它經過適當設計、整合、安裝、操作和維護，便能對保護生命財產安全發揮積極作用。
固定消防系統具有遏制火災發展與蔓延的潛能，有助于在自救和助救的階段保護司機的安全和進行緊急狀態的服務，減小隧道資產的火災損失，避免和減少公路網的中斷時間，因為隧道火災后通常需要整修才能恢復。
固定消防系統在具有完備的通風系統條件下，快速而精確的火災探測以及固定消防系統的盡早啟動，是達到最好消防效果的重要組成部分。
固定消防系統的操作性能，最好通過系統工程評估，其中包括合適的維護、測試和培訓制度。必須認真考慮這一系統在操作和維護預算方面達到的效果。
雖然固定消防系統自上世紀50年代以來在隧道中一直可靠使用，然而它的使用范圍仍不夠廣泛，沒有成為世界上公路隧道必須安裝的一個規章。這一系統能減小火災的發展和蔓延速度，目前對它進行維護和作業整合，以保證其功能處于最優狀態。使用固定消防系統的決策必須與這一系統的設計、整合、安裝、操作和維護的意愿和能力結合起來。
1 類型和特點
1.1 噴水系統
噴水系統是分區用水的典型問題，其特點是大水滴的數量占很大比例。這些系統的精確性能因不同隧道而不同。通常這樣規定：隧道離散斷面的噴水系統噴水速度（mm/min），或隧道面積上的噴水密度（l/min/m2），而不是基于水滴大小分布。
1.2 噴霧系統
噴霧系統的工作壓力可能或高或低，然而它使用的典型壓力比噴水系統高。噴霧系統一般用于需要考慮供水量、空間因素以及重力限制的場合。噴霧水滴的特點是相對細小，它的蒸發過程有助于空氣的冷卻，它的性能規定l/min/m3，要考慮噴霧區的隧道體積。
1.3 兩個系統的共同點
?。?）要有在質量、數量和壓力方面足夠可靠的水源，滿足隧道設計面積所需的水速。
?。?）要有1個可靠的啟動閥（或1個電磁閥），控制流入分布網的水流量，不依賴連接噴頭的局部可熔的保險絲。
?。?）在預定時間內向設計火災區輸送預定的水量。
1.4 從噴水系統轉變為噴霧系統的要求
?。?）采用比噴水系統更高的壓力。
?。?）采用比噴水系統直徑更小的管路。
?。?）對同樣的覆蓋面積，采用流量較小、流速較慢的水。
（4）由于較高的操作壓力，需要采用特殊的材料和設備，諸如泵、管路和噴嘴，需要保持精細的噴嘴，清除管路中產生的任何顆粒物阻塞噴嘴的開口。為了防止堵塞可采用過濾系統。
2 決策因素和設計考慮
2.1 在決定是否安裝任何固定消防系統時必須考慮的事項
?。?）遵守地方的規則和指南，包括法律方面的考慮。
?。?）總的指導原則和安全標準。
?。?）生命安全。
?。?）資產保護以及與此有關的可以獲得的交通聯系。
?。?）對諸如危險品車輛等進行處置的附加靈活性。
?。?）消防系統的啟動。
?。?）具有足夠的系統操作和維護能力，包括系統的作用、位置、利益攸關方的責任和操作人員培訓。
?。?）安裝固定消防系統的投資成本和（或）壽命周期成本，以及安裝成本收益。
（9）系統可靠性和備用部分。
（10）可持續性（有時也是決策的一個因素）。
2.2 一旦決定安裝固定消防系統，設計過程中必須考慮的事項
?。?）火災設計。
?。?）系統類型。
?。?）采用噴霧還是噴水系統。
?。?）水源供給，包括消防栓和儲水系統。
?。?）隧道排水。
?。?）空間考慮。
?。?）火情探測及消防系統的啟動。
?。?）環境。
（9）系統的整合。
（10）固定消防系統與通風系統的聯動。
?。?1）其他因素。
3 研究與分析
3.1 固定消防系統未能在公路隧道中廣泛采用的原因
1999年出版了“控制公路隧道中的火災和煙霧”指南，但未曾提出在公路隧道中安裝固定消防系統的建議，人們擔心在公路隧道中安裝固定消防系統會產生不利情況，存在以下疑慮與猜想：
?。?）如果水中不加適當的摻加劑，會引起汽油或其他化學物質的爆炸;
?。?）雖然火被撲滅了，但可燃性氣體仍會產生爆炸;
?。?）蒸發的水蒸汽會對人造成損害;
?。?）對于車輛內的滅火效率不高;
?。?）煙霧層冷卻、不分層，以致充滿整個隧道，導致人員死亡;
?。?）維護費用高;
?。?）能見度降低。
3.2 公路隧道火災試驗計劃
在2001年～2013年間，進行了一系列公路隧道火災試驗計劃（表1）。
3.3 試驗結果
在完成的大量試驗中沒有發生由固定消防設備引起的爆炸;可燃性氣體沒有燃燒，也沒有發生爆炸;沒有產生大量水蒸汽構成威脅。通過熱管理檢查，余火還是被撲滅了。
試驗表明，剛一啟動固定消防系統，煙霧沒有分層，在固定消防系統應用范圍內能見度降低，但如果盡早啟動固定消防系統，能限制熱量的釋放速度。通過遙控操作固定消防系統，在消防隊到達之前能控制早期火災。 4 從實際發生的火災中汲取教訓
固定消防系統既定的目標和優點，在2008年3月澳大利亞墨爾本Burnley公路隧道火災中充分顯示出來。在車流高峰期間1輛重載車輛突然轉向，與鄰車道的車輛發生碰撞，立即爆炸起火。噴水系統和通風系統立即啟動，雖然沒有完全撲滅火災，但減小了火災的蔓延速度，爭取了時間，使消防隊趕到事故現場，有人在事故中受傷，但火災沒有蔓延，對隧道沒有損害。經過短時間的處理，隧道恢復使用。
5 結論
多次公路隧道火災事故表明，事故的嚴重后果影響隧道用戶，影響隧道基礎設施，并對公路網絡造成強烈沖擊，對隧道火災風險及其后果的管理與改進形成了巨大的壓力。固定消防系統是一種可以對隧道用戶生命安全、對隧道基礎設施提供保護的一種方法。然而基于經濟、技術、政治和社會各種原因，固定消防系統沒有得到廣泛應用。因此，論文提供了在采用固定消防系統之前進行決策的指南，也提供了設計和付諸實施的指南。
廣泛的試驗已經表明，固定消防系統有能力減小火災范圍，防止火災荷載達到它的最高值。氣體的高溫度可能仍會達到，影響火災鄰近的結構和基礎設施。這與固定消防系統設計中正確選擇熱量釋放速度直接有關，與發生火災事故盡早啟動系統的方法有關。
如果安裝、維護和操作得當，固定消防系統對延長疏散與撤離時間是有正面作用的。這對于車輛上游是縱向通風隧道、火災兩側是橫向通風隧道的情況是有利的。
隧道車行道被固有消防系統覆蓋的長度，受到可獲得的水源供應和隧道寬度的影響。固定消防系統的運作會降低一定范圍內司機的能見度，然而在消防系統啟動后大多數車輛應停止運行。而且，應實行管理交通和操作隧道內有關系統的特殊辦法，使司機免受意外傷害。這意味著固定消防系統的操作必須可靠，消除誤啟動的可能性。
固定消防系統如今已被人們視為一項積極的技術，用以管理隧道資產和隧道用戶的火災風險。
6 結束語
交通隧道中的火災問題通常受到人們的高度關注，因為隧道中的空間狹小，外部消防隊的消防滅火在時間上難以達到十分及時，如果隧道內沒有起碼的自救的消防系統，定將錯失時機，火災在早期沒有得到遏制，蔓延開來將造成人員傷亡和隧道基礎設施的巨大損失，甚至影響交通網的正常使用。雖然這里介紹的是公路隧道中固定消防系統的應用，但是這里談到的一些基本原則，應予考慮的主要因素，對于鐵路隧道、地鐵隧道及其他地下結構，具有參考價值。
參考文獻
[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 編譯
收稿日期 2018-05-09
責任編輯 冒一平
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