城市地下交通联系隧道的防火设计难点解析

吕红卓 华高英

1.北京市公安局消防局 2.中国建筑科学研究院

1 概念辨析及规范研究现状

城市地下交通联系隧道（简称环隧）是一种新型的城市地下交通系统，建于城市建筑密集开发区地下，并与周边地块的地下车库相连接，便于缓解地面交通、整合地下车库资源、改善地面用地功能布局、构建地面绿色出行系统。环隧的平面由主隧道、出入口支隧道及车库连接道组成；环隧限高一般为2.8～3.5m，且通行车辆主要为7座及7座以下的小型轿车；环隧内不允许通行危险化学品；绝大部分环隧工程的主隧道及出入口支隧道为单向逆时针行车，主隧道行车速度约为30km/h，支隧道为20km/h，如下图。

北京已建的环隧分别位于中关村科技园西区、金融街、奥林匹克公园及其南区、通州运河核心区北侧等。目前城市地下联系隧道的成环方案，有单环、双环、三环等形式，可形象的比喻为“口”、“日”、“目”字型隧道[1]。相比于常规单入单出的直线型隧道，环隧布局的复杂程度可想而知。因此，近几年对于环隧这类特殊的隧道工程，通常开展专项的消防设计研究。

图 环隧平面布局示意图

由于环隧的评估咨询单位的不同，对环隧的理解就不同，所提出环隧消防安全等级及排烟设计要求也有所不同。如部分评估单位没有结合环隧独有的特点，参考已有的相近工程—地下车库与公路隧道对环隧进行消防设计，不仅增加了环隧在消防设计上的投资，且安全等级是否得到可靠保障存在不确定性。如按地下车库进行设计，则环隧需按60m的疏散距离要求布置直通室外的疏散楼梯，提高了环隧开发建设的难度，增加了环隧在疏散楼梯土建方面的投资费用；如按公路隧道进行排烟设计，则火灾规模至少为20MW，远高于环隧的典型火灾规模10MW，从而增加了环隧的排烟设计要求，大大提高了项目在排烟设计及土建方面的投资。

为规范环隧的消防设计，北京市公安局消防局及中国建筑科学研究院防火所基于北京的这些环隧平面布局特点以及在实际工程中所遇到的消防设计难点、总结出的消防设计经验，编制了地标《城市地下联系隧道防火设计规范》DB11/T1246-2015，期望给北京未来设计的环隧提供消防设计标准。该标准是在已有相关规范基础上的补充，如《建筑设计防火规范》GB50016-2014的第12章，《公路隧道通风设计细则》JTG/TD70/2-01-2014等。此外，该规范明确了环隧的定义，即设置于城市地面以下，联系地面道路与地下停车设施的道路交通工程。

从规范DB11/T1246-2015编制之初，面向的是同时联系地面市政道路和地下车库的环隧，具有承担市政道路交通、联络地下车库的双重功能。近两年，出现了一些仅联系地下车库且长度远超60m的隧道工程。此类隧道工程功能单一，类似于常规地下车库的地面进出库通道。对于此类隧道的消防设计标准，是依据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014还是DB11/T1246-2015。由于这两本规范在疏散出口、灭火设施、排烟、火灾自动报警系统等方面的设计要求差别非常大，使得项目建设方、设计方、消防管理部门不知如何设计和管理。笔者认为，对于长度大于60m的车库连通道，宜执行GB50067-2014进行消防设计，对于可能存在的疏散距离大于60m的问题，可参考隧道的人员疏散设计方式。

此后，建设部颁布了行业标准《城市地下道路工程设计规范》CJJ221-2015，并在规范里给出了更为细致的分类，如将同时具有市政交通、联络地下车库的环隧纳入到“城市地下道路”的概念中，将仅联络地下车库的通道命名为“地下车库联络道”，并在该本规范的第八章的8.3节里给出了城市地下道路的消防设计要求，但尚未包括地下车库联络道。

笔者结合多年的工作经验，对环隧主要的消防设计难点进行分析和探讨，提出一些消防解决思路对策供同行共同研究。

2 环隧消防设计难点

2.1 防火分隔设计

环隧与周围地下车库之间属于不同的防火分区、运营单位及功能区，因而在环隧进出车库处应设置满足规范要求的防火卷帘进行防火分隔。考虑到隧道发生火灾后，隧道地面口可能无法完全满足隧道内车辆疏散要求，因而考虑将不受烟火影响的相邻车库入口作为隧道汽车疏散出口。因此，需在车库入口隧道侧设置防火卷帘专用的点式探测器（点型感温探测器、感烟探测器）。火灾报警后，隧道与车库之间用于防火分隔的所有防火卷帘均下降至车辆允许通行高度，待卷帘专用的任一火灾探测器报警时，卷帘下降至地面。此外，防火卷帘还应有手动控制方式，具体执行《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013第4.6.4第二款要求。

从防火分区分隔角度，隧道与车库之间可设置1道防火卷帘；从便于隧道与车库各自独立管理的角度，宜设置2道，并分别由隧道与车库侧设置的火灾自动报警系统进行控制。由于卷帘本身厚约30cm，设置双道卷帘本身将占用较多空间，尤其是这双道卷帘不紧挨的情况；此外，若卷帘旁侧需设置疏散防火隔间，则该隔间的进出口应在双道防火卷帘之外，才能满足疏散要求。在实际项目落实时，车库与隧道不同期实施，因而很难确定车库侧的卷帘位置，从而疏散防火隔间的空间位置不易确定。基于此，很多业主希望设置一道卷帘，但这对消防管理提出了新要求：如隧道与周围地下车库的各个运营管理方之间进行友好磋商，且宜由隧道侧维护、保养、管理、控制消防卷帘。火灾发生时，卷帘的控制信号应从隧道的消控中心传递给各地下车库的消控中心，便于车库配合隧道的车辆和人员疏散，做好相应的疏导工作。

2.2 排烟设计要求探讨

2.2.1 标准中对排烟设计的要求

本文梳理了关于城市交通隧道排烟设计的最新规范的设计要求，并进行分析和探讨。

（1）国标GB 50016-2014对城市交通隧道的排烟设计进行了完善和细化要求，譬如对于四类隧道取消GB 50016-2006版中可采用自然排烟方式的要求，并在条文说明中解释了不设置排烟设施的缘由，从而给设计方提供了更多的自由度。此外，结合隧道长度（是否大于3000m）、交通流向（单向或双向）给出了排烟方式的选用原则，尤其是首次提出了重点排烟方式，然而规范内没有给出该方式排烟口布置间距、烟气控制范围及控制方式的具体要求。对于纵向排烟，明确了纵向气流速度不应小于2m/s，同时大于临界风速，该要求与《公路隧道通风设计细则》JTG/T D70/2-01-2014及《地铁设计规范》GB 50157-2013的设计要求基本一致。

重点排烟方式也被称为排烟道集中排烟方式，目前已在上海长江隧道、武汉长江隧道、浙江钱江隧道以及重庆解放碑环隧内运用。一些高校及相关科研单位结合实际工程案例对隧道内应用重点排烟方式的排烟效果、排烟方案、排烟阀的排烟效率、排热效率以及纵向诱导风速等进行了数值模拟及现场试验，提出了重点排烟的关键设计参数，该参数最后被《公路隧道通风设计细则》JTG/T D70/2-01-2014所引用，即烟气蔓延范围不宜大于300m，排烟分区长度不应大于1000m，排烟口纵向间距不宜小于60m。隧道重点排烟方式，除以上设计要求外，还有一个关键点在于火灾探测报警设备的准确定位火源点，并及时联动火源附近的排烟口，减少烟气在隧道内的蔓延。

（2）JTG/T D70/2-01-2014作为公路隧道的行业推荐性标准，规范内的很多设计要求可作为国标GB 50016-2014的补充，并在城市交通隧道排烟设计时作为参考，如临界风速与烟雾生成率的选用、排烟需风量、火灾规模的设定、火风压的计算、烟气控制范围、射流风机的布置间距等。此外随着城市交通隧道排烟设备运营经验的积累，可进一步丰富现行规范设计要求，包括给出特殊类型的城市交通隧道的排烟设计方向。

（3）行标CJJ221-2015在国标基础上，关于自然排烟、纵向排烟和重点排烟方式的设置条件和原则，增加了交通拥堵或顺畅的条件，取消了隧道长度3000m和纵向排烟风速不低于2m/s的限定条件。隧道设计之初，通常需经过交通量预测分析，使隧道的车道、匝道设计满足隧道通行顺畅，而非拥堵的目的。因而，隧道交通通畅度作为排烟设计的前提条件，恐不妥。

（4）DB11/T 1246-2015在国标基础上，主要补充了隧道平面布局成环时的排烟设计要求，并在条文说明里给出临界风速的计算方法。此外基于很多环隧长度小于3000m，因而取消了隧道长度的要求。

尽管DB11/T 1246-2015是专门面向环隧的消防设计规范，但对于环隧临界风速的设计值，仍然沿用了国标GB 50016-2014的要求，这对于环隧的通风设计要求是非常高的。对于常规直线型城市交通隧道，纵向排烟气流速即便大于临界风速，对隧道火源上游的人员疏散、火源下游的车行疏散及消防救援都是可行的，但对于环隧，则需要控制纵向排烟速度。若风速值设计过大，则可能发生烟气转圈现象，导致火源点上游人员受到烟气影响，不利于烟气控制和人员疏散。烟气转圈现象主要发生于长度较短的隧道成环部分，尤其是连接主隧道的隧道连接道上，以及隧道连接道的上游主隧道区域。一旦在成环隧道的区域内发生火灾，很难明显区分火源点的上游和下游，从而很难确保上游的人员疏散安全区，这是纵向通风方式在环隧内应用后与直线型隧道的最大区别。因此，对于环隧中较短的成环部分，当火源上游纵向排烟速度在满足临界风速要求下，同时烟气被控制在有限范围内时，建议取消环隧纵向排烟风速不应小于2m/s的要求，从而减小烟气转圈的可能性，减少设备联动控制难度。

2.2.2 工程实例对排烟设计要求

笔者结合多个环隧工程排烟设计的咨询项目，提供些环隧排烟方式选择上的建议以供同行参考。

（1）对于主隧道为单环、单洞、单向的隧道，无论主隧道无坡度或纵坡较大，均优先采用纵向分段排烟方式，利用分段设置的送风口、排烟口将隧道划分为多个烟控区域，充分利用出口支隧道作为主隧道天然排烟口，减少烟气在主隧道内的蔓延范围。

利用稳定的纵向风速克服隧道坡度对烟气火风压的影响是较好的方式。某条位于山城的环隧，其主隧道为单环且其纵坡最大为5.9%，采用了重点排烟方式，将排烟分区缩小至120m，每个分区内均有独立的排烟和补风系统，同时增加挡烟垂壁高度至0.8m。通过专业的数值模拟软件发现，该排烟设计方案仍然很难克服较大火灾规模下烟气向上坡方向的蔓延。隧道坡度越大，火风压越大、蔓延速率越快。在这种情况下，选用纵向分段排烟方式不失为一个替代方案。

纵向排烟方案的关键设计参数为送风量的选取，其决定于设计火灾规模以及临界风速的确定。参考已有规范的汽车火灾热释放速率的建议值，并考虑环隧内已设置的自动灭火系统，建议环隧火灾规模可按5MW考虑。基于环隧的横断面尺寸（非建筑限高），利用DB11/T 1246-2015条文说明的公式，计算临界风速。

（2）其他隧道类型下的主隧道，宜采用重点排烟方式，且应有从隧道两端进行补风的条件，形成火源区排烟，隧道上下游两端补风的气流组织，压制烟气不往上下游蔓延。某多环环隧，设计方为避免排烟风管对隧道行车空间的占用，坚持采用纵向排烟方式。

（3）对于入口支隧道，两者在火灾时的人员疏散方式不同，因而排烟方式也应有区别。入口支隧道发生火灾后，人员需下车就近从疏散出口或隧道地面口进行疏散，人员与烟气蔓延方向很可能同向。若火灾后直接启动支隧道排烟系统，将破坏烟气分层，不利于人员安全疏散。经过多个环隧项目的数值模拟验证，建议火灾探测器报警后延迟300s联动启动相应支隧道排烟设施，此外主隧道就近的送风机可开启进行防烟，防止烟气进入主隧道。对于出口支隧道，与常规交通隧道差别不大，其排烟联动设计可不做特殊考虑。

2.3 消防救援

环隧为城市重要的交通隧道，依据《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》（公安部第61号令）为消防重点单位，因而建议环隧设立微型消防站，配置小型消防摩托车，实现有效处置初起火灾的目标。

环隧所在管辖区的消防中队可配置适用于环隧扑救的小型消防车。隧道发生火灾后，基于隧道内火灾自动报警系统和视频监控系统的实时监测，判断烟气蔓延范围、人员与车辆的疏散情况，从火源上游的入口支隧道进入隧道进行灭火控制。若入口支隧道由于地面或隧道内的车辆堵塞无法通行消防车时，可充分利用周边相邻的车库进入隧道。

3 结束语

笔者首先对环隧的发展、隧道特征进行了介绍，并对环隧的涵盖范围进行辨析；然后结合实际项目的工程经验，对环隧可能遇到的一些消防设计难点进行分析，包括防火分隔、排烟设计、消防救援等，探讨现有几大主要规范的各自要求，给出一些消防设计策略和建议，包括环隧的防火分隔的消防控制与管理方案以及排烟方式选择、临界风速设计等。

环隧的人员疏散、车辆疏散、消防救援都与周边地下车库之间均有所联系，因而建议环隧开发区建设综合的控制中心，将消防控制中心、交通监控中心、指挥中心合设，信息互通互享，便于平时车库停车位、交通量以及火灾时火情控制等信息的权威发布，也便于不同部门工作时的协调、管理和沟通。

[1] 华高英,李磊,南化祥,等.城市地下交通联系隧道防排烟设计分析[J].建筑科学,2014,(9):88-92