综合管廊燃气舱通风设计与探讨

高彪

北京市市政工程设计研究总院有限公司

城市地下综合管廊由于能够容纳各类市政管线，有效解决“拉链马路”、“空中蜘蛛网”、管线事故等问题，近年来得到了较快的发展。综合管廊是地下空间相对密闭的构筑物，容纳的各类市政管线在自然状态下随着时间的推移会产生大量的余热，余湿及有害气体，对综合管廊的安全运维存在较大的危害，为保证综合管廊的运维环境，应保障其通风系统安全有效。其中，燃气舱存在可燃气体泄露的风险，风险等级较高，其通风、安全问题受到了建设、设计、管理等相关单位的高度重视。

1 工程概况

北京市通州文化旅游区位于北京市东南部，总占地面积约12 km2。为配合北京环球主题公园开园，需加快通州文化旅游区交通市政配套工程建设。工程范围内城市道路共包括主干路9 条、次干路12 条、支路37 条，总长度约70 km。其中综合管廊工程涉及的道路共20 条，综合管廊总长度约22.5 km。

图1 综合管廊布局图

本工程综合管廊大部分平行于道路中线布置，位于道路一侧，沿线设置风井、吊装口、人员出入口、出线节点等管廊附属设施，出地面的附属构筑物位于道路边隔带或周边绿地内。综合管廊多数为并排布置的2～4 舱结构，包含电力舱、水信舱、电力舱、燃气舱等舱室类型。本工程综合管廊均为单层管廊，燃气舱与其他舱室并排布置，考虑当燃气舱发生爆炸事故的极端状态下，为使造成的次生灾害损失降到最低，将燃气舱布置在综合管廊各舱室的最外侧。

2 通风系统设计

2.1 通风分区划分

天然气具有易扩散、易爆炸的特点，综合管廊在设计时考虑将危险控制在一定区间内，减小危险发生时波及的范围。根据《城市综合管廊工程技术规范GB50838-2015》的要求，本工程综合管廊燃气舱室每隔200 m 采用耐火极限不低于3 h 的防火墙划分防火分隔，防火分隔处设置甲级防火门及监控系统，管线穿过防火分隔处采用防火封堵措施进行严密封堵。通风分区原则上不可跨越防火分隔，本工程将通风分区与防火分隔统一设置，在每个通风分区的起点和终点分别设一座进风井、一座排风井，在综合管廊燃气舱全线形成进风井、排风井间隔布置的纵向通风系统。

图2 综合管廊通风分区示意图

2.2 通风方式选择

根据《城市综合管廊工程技术规范GB50838-2015》的要求，综合管廊的通风系统可采用自然通风和机械通风结合的方式，但燃气舱、污水舱由于存在可燃气体、有毒有害气体，应及时有效地将其排出管廊舱室，应采用机械进风、机械排风的强制通风方式。本工程均按照此要求对每个通风分区设置独立的机械进排风系统，保证燃气舱各个通风分区能够在正常工程和事故工况下独立有效的通风。

2.3 通风量计算

综合管廊燃气舱排风量根据通风区间、管廊舱室断面尺寸计算确定，为保证通风换气的时效性，采用通风换气次数法[1]。

换气次数法计算排风量的计算公式为：

式中：L 为燃气舱排风量，m3/h；N 为换气次数，次/h；V为燃气舱通风分区体积，m3；φ 为安全系数，不小于1，本工程取1.05。

燃气舱正常排风量、事故排风量按照通风换气次数分别不小于6 次/h、12 次/h 进行设计计算。

本工程燃气舱的几种典型计算结果如表1 所示：

表1 燃气舱通风量

考虑综合管廊燃气舱的环境要求，应使燃气舱内部保持微负压状态，将进风量设置略小于排风量，本工程燃气舱设计进风量取排风量的90%[3]。

2.4 风机配置

本工程综合管廊燃气舱在每个通风分区的起终点分别设置进风井、排风井。通风机房以机房下方的主管廊防火分隔为界，两侧分别设置两台风机，分别负责各自所在通风分区的通风。

由于燃气舱风机有正常工况和事故工况两种运行状态，相应的通风量按照两种工况分别进行设计，考虑燃气舱后期通风主要是平时正常通风工况，为节约运营期间的风机能耗，本工程设置两台风机，平时一用一备，每台风机均能满足不低于6 次/h 的通风量。事故工况时两台风机同启，可以满足事故工况下不低于12 次/h 的通风量。

风机在满足功能性要求的前提下，选择高效节能的通风设备，同时风机选用防爆风机并设置导除静电的接地装置。另外，为防止各风机运行时相互之间的影响及室外空气对管廊内环境的影响，在风机出口处均设置通风止回阀。

2.5 通风百叶设置

本工程综合管廊出地面的通风口综合考虑噪声、道路景观、防雨、防淹等方面的要求，避开道路交叉口，设置于道路绿化带或道路外的绿地内。通风口采用消声防雨百叶，防雨率不低于98%，百叶底部高出所在地面不小于300 mm，以降低汛期雨水倒灌的风险；风亭整体高度均不超过1 m，避免对道路交通安全的影响。为防止小动物入侵及杂物等通过通风口进入综合管廊，通风口百叶处设置网孔净尺寸不大于10 mm×10 mm 的金属防护网。由于天然气具有易燃易爆性，危险性高于其他类型舱室，应避免燃气舱在平时及事故通风时影响其他舱室，为此，本工程燃气舱排风口严格控制与其他各类孔口的安全距离，保证与其他舱室的排风口、进风口及周边建(构)筑物的口部等有不小于10 m 的安全距离，并在燃气舱通风口部设置明显的安全警示标识。同时，为使综合管廊风亭与道路景观相协调，对风亭进行了适当的美化装饰。

图3 综合管廊风亭效果图

3 设计难点及建议

3.1 通风机房位置

本工程综合管廊随道路线位敷设于道路下方，通风机房沿管廊每隔不超过200 m 设置一座，数量较多，通风机房设置于管廊主廊结构上方，是敷设于地面下的结构夹层空间。风机及风口设置于通风机房内，燃气舱排除的天然气直接排至通风机房并利用风压通过土建风道排至室外大气。由于天然气易燃易爆，危险性较大，这种将排除的天然气直接排至通风机房的做法存在一定的安全隐患。《建筑设计防火规范GB50016-2014》相关条文规定，排除有燃烧或爆炸危险气体的排风系统，其排风设施不允许布置在地下或半地下建筑内[2]。由于综合管廊是一特殊的地下构筑物，不同于常规的建筑物，参照但未完全执行《建筑设计防火规范GB50016-2014》的规定。

鉴于此，笔者建议：

1）在有条件时将燃气舱通风机房设置于地面以上，将风口直接接至室外大气空间。

2）由于通风机房占地较大，数量较多，对地面景观、安全影响较大，往往很难有足够空间用于设置通风机房，可考虑采用类似于屋顶风机的形式对燃气舱进行通风，如此既解决了通风机房的占地问题，又可将泄露的危险气体直接排至室外安全空间。

3.2 易集气节点通风

同温同压下，天然气与空气密度比约为16:29，即天然气密度较空气的密度低，燃气舱内天然气泄漏时会在管廊内部高处聚集，当燃气舱内泄露的天然气浓度达到爆炸下限值（体积分数）的20%时，应启动燃气舱事故段分区及相邻分区的通风设备[1]。同时为保证天然气泄漏时的及时排除，需在燃气舱室内设置可燃气体检测报警装置，并联动相关通风设施。

燃气舱主廊内的天然气可由通风区间两侧的进排风机进行排除，但综合管廊沿线设置有人员出入口、吊装口、燃气出线等局部节点，这些节点往往是在主管廊上方设置局部较高的结构空间，该结构为埋设在土层以下的夹层，这些部位容易聚集天然气且无法随主廊的通风系统有效排除，需要单独设置通风设施。

本工程由于管廊上方道路交通安全及景观效果等因素的限制，这些易聚集天然气的节点上方没有设置单独地面风亭的条件。为解决这些局部节点的通风问题，本工程在这些部位高处均设置了排风口，通过局部风机、风管将可燃气体引到主管廊内，通过主管廊的通风系统排除到室外空间。此方式虽然能够排除节点部位的可燃气体，但将密度较低的可燃气体由高处往低处排，存在一定的安全隐患。因此，在地面空间有条件时，建议在管廊上方地面单独设置风亭，将可燃气体直接排至室外大气，将能更有效的解决局部聚集可燃气体的问题。

3.3 通风百叶设置

燃气舱由于危险性较大，其通风口必须和其他舱室通风口分开独立设置，且要保持有不低于10 m 的结构安全净距，这就导致每个风井出地面的通风口较为分散，对道路景观有不利影响。由于最小安全净距的限制，风井设计尺寸跨度变大，对风井上方地面景观影响加大，且增大工程投资。风井风亭设置于道路边隔带时，为减少对道路交通安全的影响，应严格控制风亭尺寸，尽量压缩其高度及宽度。因此，在风井设计时应综合考虑安全、经济、环境等各方面因素，与建筑、绿化、交通等各相关专业统筹协调，在保证安全的情况下尽量集约布置，精细化设计。

4 结语

天然气易扩散、易爆炸，发生安全事故后会对社会造成极大损失，综合管廊燃气舱通风系统设计应本着安全第一的原则，综合考虑经济、环境等因素，从通风分区、通风方式、风量计算、机房设置、风机配置、风口设置等各环节进行分析研究，确定设计方案。针对不同工程、不同段落的管廊应分析其特殊性、疑难点，因地制宜，加强创新，提升精细化设计水平。

另外，综合管廊的后期运维管理是一项复杂的系统性工作，其中燃气舱的安全管理是重中之重，因此，在综合管廊科学合理设计的基础上，尚应在严防燃气泄露，防范火源，规范巡检制度，制定应急预案等方面增强管理运营能力。