引言
隨著社會發(fā)展對交通狀況需求的不斷提高和工程建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種鐵路、公路交通隧道和地下鐵路得到了迅速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2000年歐洲地區(qū)交通隧道的總長已超過10000km；我國的鐵路隧道總長達(dá)到2457km；根據(jù)北京市的規(guī)劃，到2005年，地鐵營運(yùn)將達(dá)到138km，線網(wǎng)覆蓋率達(dá)到13%，客運(yùn)量達(dá)到7.64億人次。隧道交通不斷改善的同時，也在不斷增加隧道火災(zāi)事故的風(fēng)險，對隧道火災(zāi)的防治不斷提出更嚴(yán)格的要求和挑戰(zhàn)。
細(xì)水霧滅火技術(shù)作為哈龍系列滅火劑的主要替代品，具有滅火高效、環(huán)境友好、對人員無毒害及對被保護(hù)對象水漬影響小等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著對細(xì)水霧滅火技術(shù)研究的不斷深入，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷得以擴(kuò)展，在隧道火災(zāi)的防治中，也日益受到關(guān)注并已有實(shí)際應(yīng)用。
隧道火災(zāi)及其防治技術(shù)現(xiàn)狀
鐵路、公路隧道以及地下鐵路都在交通運(yùn)輸中承擔(dān)著重要的樞紐作用，是眾多可燃物的經(jīng)過場所，而同時客流量大，人員車輛集中，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成群死群傷、財產(chǎn)損失嚴(yán)重以及延燒時間長、交通長期中斷的嚴(yán)重后果?？偟膩碚f，隧道火災(zāi)具有以下特點(diǎn)（如圖1）：

圖1
a)空氣流動暢通；
b)大量煙氣難以排除；
c)通道狹長，d)橫斷面小，e)如果是人員密集的場所，f)則難以及時疏散；
g)氣流方向受外界影響較大，h)撲救困難。
近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起造成重大傷亡的隧道火災(zāi)事故。1995年10月阿塞拜疆巴庫地鐵由于電動機(jī)車電路故障發(fā)生特大火災(zāi)，造成死亡558人，傷269人的慘??；2000年11月，奧地利山地列車公路隧道發(fā)生公路隧道火災(zāi)，造成155人死亡；2003年2月韓國大邱由于人為縱火，造成198人死亡,146人受傷，289人失蹤,成為震驚世界的重大火災(zāi)事故。可以看出，公路隧道、鐵路隧道、地鐵、海底隧道等各類隧道火災(zāi)的防治技術(shù)急需進(jìn)一步改善和提高。
各類隧道在火災(zāi)防治上沒有本質(zhì)區(qū)別，原則上均應(yīng)按照重要次序執(zhí)行應(yīng)變措施，萬一隧道內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重火警，首先必須充分利用一切疏通手段搶救人員生命。其次，利用一切可行手段進(jìn)行滅火和搶救財產(chǎn)。然后，在滅火過程中，盡一切可能阻止火勢蔓延，堅決避免易燃性貨物或者油箱發(fā)生爆炸。最后，在搶救過程中，盡一切可能減少隧道內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)、線路設(shè)備、車輛財產(chǎn)的損失。根據(jù)隧道允許通行的車輛、貨物和人員流動情況來合理確定實(shí)際的火災(zāi)場景、制定有效的消防安全措施。
在被動防治對策方面，主要以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐火性能為目的，加固長時間高溫作用下隧道拱頂結(jié)構(gòu)的承載力。目前一般采用在混凝土中添加聚丙烯纖維或在混凝土內(nèi)襯下安裝防火絕熱保護(hù)層等方法。對于主動防治對策中的人員疏散和滅火措施，主要可分為隔離火源、通風(fēng)煙控、封堵降氧和滅火介質(zhì)降溫四個方面。
隔離火源是通過在長通道中設(shè)置安全避難所、防火門等設(shè)施，將狹長空間合理分割成若干區(qū)域，為人員疏散和消防撲救提供保護(hù)，同時也能阻止火勢延燒以及控制煙氣擴(kuò)散。
采用通風(fēng)、防排煙措施控制煙氣產(chǎn)物及其運(yùn)動可以改善火災(zāi)環(huán)境，降低火場溫度，提高能見度以及減少熱分解有害產(chǎn)物的濃度，但是，隧道內(nèi)煙流受到節(jié)流效應(yīng)、火風(fēng)壓、活塞效應(yīng)等多因素的干擾，不恰當(dāng)?shù)臋C(jī)械通風(fēng)也有可能加劇火災(zāi)發(fā)展和蔓延。因此，針對特定的火災(zāi)場景，尋找合適的臨界風(fēng)速對于隧道煙氣控制是至關(guān)重要的。
從理論和滅火實(shí)踐都已證明，封堵隧道洞口，使得燃燒斷氧窒息，對于油槽列車隧道火災(zāi)的撲救具有明顯的效果。需要注意火區(qū)封閉燃燒中止后的復(fù)燃，并需要輔以其它滅火手段如注水降溫以減小損失，縮短火災(zāi)延燒的時間。
滅火介質(zhì)降溫與火災(zāi)探測自動報警系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)等配合使用。對于前三種主動防治對策，都應(yīng)當(dāng)輔以滅火介質(zhì)降溫，為人員疏散和火災(zāi)抑制爭取最佳時機(jī)，盡量減少火災(zāi)損失，取得更好的滅火效果。常用的滅火介質(zhì)有二氧化碳?xì)怏w滅火劑、自動水噴淋系統(tǒng)、水成膜泡沫雨淋系統(tǒng)以及清潔、高效的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。
清潔、高效的新型滅火技術(shù)——細(xì)水霧
細(xì)水霧是使用特殊加工的噴嘴，通過水與不同霧化介質(zhì)產(chǎn)生的水微粒。其滅火機(jī)理是：當(dāng)細(xì)水霧直接噴射進(jìn)入或被卷吸進(jìn)入火焰區(qū)時，由于表面積相對較大，吸收熱量快，迅速汽化并降低氣相燃料及氧化劑的溫度，同時大量水蒸氣的存在也會降低反應(yīng)區(qū)的氧氣及可燃?xì)怏w的體積分量，并有效衰減熱輻射的傳遞，從而達(dá)到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減輻射等機(jī)理復(fù)合作用的滅火效果。
細(xì)水霧以易取、價廉的水作為滅火介質(zhì)，對環(huán)境無污染，對人員無傷害，用水量小，對被保護(hù)對象水漬影響極小，因而在應(yīng)用和研究方面，國際上已經(jīng)得到了廣泛的開展。目前已有一系列專利產(chǎn)品，并制定了相應(yīng)的設(shè)計、施工及驗收規(guī)范，如美國消防協(xié)會的NFPA750標(biāo)準(zhǔn)、加拿大火災(zāi)研究實(shí)驗室制定的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計工程標(biāo)準(zhǔn)。許多實(shí)驗室和生產(chǎn)廠家業(yè)已對細(xì)水霧在電子設(shè)備房、歷史建筑、珍貴資料庫等場所抑制和撲滅火災(zāi)有效性進(jìn)行研究。另外，細(xì)水霧對燃?xì)鉁u輪機(jī)、高層建筑內(nèi)的變壓器室及配電房等設(shè)備場所的保護(hù)以及燃?xì)獗嫉目刂频确矫嬉灿兄A(yù)期良好的應(yīng)用前景，在商業(yè)上有待發(fā)展。加拿大的Securiplex公司、德國的Fogtec公司、芬蘭的Marioff公司、奧地利的Hainzl公司等生產(chǎn)廠商都已將自己的細(xì)水霧產(chǎn)品應(yīng)用于火災(zāi)安全的眾多領(lǐng)域，在市場上獲得了良好的反響。國內(nèi)對于細(xì)水霧滅火技術(shù)的研究起步較晚，但也已經(jīng)逐步得到開展。更為可喜的是，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用在國內(nèi)的領(lǐng)域也不斷加深和推廣。

細(xì)水霧滅火技術(shù)及系統(tǒng)在隧道中的應(yīng)用評價
4.1目前常規(guī)防治措施的局限性
隧道火災(zāi)防治中長期以來采用的是通風(fēng)控制煙氣或封堵降氧等相對消極的防火對策，雖然成本較低，工程設(shè)計難度較小，但并不能有效控制火災(zāi)的延燒，往往要經(jīng)歷幾小時甚至幾天的火災(zāi)持續(xù)時間，從而造成財產(chǎn)的重大損失及隧道結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。而且通風(fēng)煙控技術(shù)受外界影響較大，操作不當(dāng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面作用，封堵降氧則極易造成隧道重新開啟的復(fù)燃。因此，在隧道火災(zāi)防治中采用積極高效的滅火手段，結(jié)合其它防治措施，能夠更加有效地保障人員疏散，降低隧道火災(zāi)損失。
然而常規(guī)的自動水噴淋系統(tǒng)在隧道內(nèi)使用的有效性存在一定的爭議，原因有以下幾點(diǎn)：
水噴淋噴頭一般只能安裝在隧道上部，如果是隧道內(nèi)車輛內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，往往無法及時抑制或撲滅；
水噴淋耗水量大，容易造成隧道內(nèi)路面濕滑，并促使液體火災(zāi)的擴(kuò)大；
水噴淋需要固定的大量水源和排水系統(tǒng)，以及其它管路設(shè)備，在隧道內(nèi)安裝維護(hù)具有一定的難度。
因此，為了更好的達(dá)到及時抑制和撲滅隧道火災(zāi)，保障人員安全疏散，減少財產(chǎn)損失的目的，有必要對滅火系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在滅火有效性、系統(tǒng)靈動性、人員和財產(chǎn)的安全性以及用水量等方面更加適合隧道整體設(shè)計的要求。作為新興滅火技術(shù)的細(xì)水霧無疑是值得考慮的對象之一。
4.2隧道火災(zāi)防治中的細(xì)水霧滅火技術(shù)特點(diǎn)
綜合考慮配置滅火系統(tǒng)的有效性和經(jīng)濟(jì)性，隧道內(nèi)的滅火系統(tǒng)按照其安裝方式通?？梢苑譃楣潭ㄊ綔缁鹣到y(tǒng)和移動式滅火系統(tǒng)兩類。以細(xì)水霧為滅火介質(zhì)的滅火系統(tǒng)也可按這兩種情況分別考慮技術(shù)解決方案。
4.2.1固定式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用探測裝置和控制系統(tǒng)，使噴頭可以自動定位，然后高壓噴射出水霧，對準(zhǔn)隧道內(nèi)車輛起火位置，從而對火勢進(jìn)行有效抑制，如圖2所示。

圖2
應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道系統(tǒng)各部分自身特點(diǎn)，分別考慮選用局部保護(hù)系統(tǒng)、分區(qū)保護(hù)系統(tǒng)或者全淹沒式保護(hù)系統(tǒng)。
局部應(yīng)用系統(tǒng)：系統(tǒng)直接對位于封閉空間、非封閉空間或室外的保護(hù)對象噴霧進(jìn)行保護(hù)。將該系統(tǒng)安裝于特定位置，對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。
分區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)：保護(hù)封閉空間中局部區(qū)域的系統(tǒng)。一個區(qū)域可以有多套保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)某個局部區(qū)域發(fā)生警報時，只啟動相應(yīng)細(xì)水霧系統(tǒng)的控制閥，對其噴霧進(jìn)行保護(hù)。
全淹沒式應(yīng)用系統(tǒng)：系統(tǒng)對封閉空間噴霧，保護(hù)封閉空間內(nèi)所有危險對象。由于該系統(tǒng)霧化性能強(qiáng)、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，如果將噴頭組合使用，也可用于對封閉區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行全淹沒式保護(hù)。
4.2.2移動式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)
隧道內(nèi)使用的移動式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以考慮分為兩類，即救援車載系統(tǒng)和行駛車輛本身安裝的滅火系統(tǒng)。
利用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)相對輕便的特點(diǎn)，可將該系統(tǒng)安裝于救援車內(nèi)。特別對于鐵路隧道或地下鐵路中，車輛還配有“軌道、道路”通用系統(tǒng)，在車輛前后四個車輪上配有受它驅(qū)動的軌道小輪，其寬度與鐵路軌道的尺寸吻合。這樣，救援車在地面和軌道上行駛都能進(jìn)退自如。因此，救援車能夠做到對隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后的快速準(zhǔn)確反應(yīng)。
將帶有水箱的水平氣動泵組安裝于車廂底部。每個乘客車廂連接若干噴頭，列車末端的駕駛員車廂安裝一個噴頭。在車廂內(nèi)設(shè)置與自動探測報警裝置連接的自動閥和手動閥。該系統(tǒng)能夠在車廂內(nèi)早期火災(zāi)階段即有效抑制和熄滅火災(zāi)，而同時不影響列車的行駛和人員的疏散，使得列車能夠行駛到站臺從而更加順利的逃生，避免列車被迫停在行車隧道內(nèi)的危險局面。
4.3細(xì)水霧在隧道火災(zāi)防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著世界各國對細(xì)水霧的滅火機(jī)理的認(rèn)識和滅火技術(shù)的研究日益深入，細(xì)水霧也不斷在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括隧道火災(zāi)的防治中細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。
德國IFEX公司研制的IFEX3000型脈沖式滅火技術(shù)，以水為滅火介質(zhì)，利用壓縮空氣驅(qū)動，使水高速噴出，水滴微粒大小在2～200μm之間。1997年10月和1999年8月分別在挪威和瑞典的海岸公路隧道內(nèi)對其進(jìn)行了實(shí)體滅火試驗。

圖3 圖4
試驗結(jié)果均表明，IFEX3000型脈沖式滅火技術(shù)能夠迅速撲滅火災(zāi)，用水量與常規(guī)水噴淋相比，可節(jié)省用水量的95%，并能迅速凈化空氣和保護(hù)環(huán)境。其脈沖設(shè)
備及其移動式滅火系統(tǒng)如圖3、圖4所示。目前該系統(tǒng)在德國、瑞典、挪威等國的隧道已經(jīng)得到應(yīng)用。
芬蘭Marioff公司的Hi-Fog系列細(xì)水霧滅火系統(tǒng)自1996年開始，就已在西班牙、英國、澳大利亞等國的地鐵交通中推廣細(xì)水霧的應(yīng)用。到2003年，在西班牙馬德里地鐵、英國倫敦地下交通中，分別都已安裝了超過300個獨(dú)立的細(xì)水霧保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)區(qū)域包括地鐵列車、電梯、地鐵控制室及地下零售商店。馬德里城市安全部門官員評價說：“細(xì)水霧是一種經(jīng)濟(jì)、友好、安全的滅火介質(zhì)，不會像氣體滅火劑那樣受到太多的限制。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)水噴淋或雨淋系統(tǒng)相比，Hi-Fog系統(tǒng)需要最小的設(shè)計工序和市政工程造價，以及簡易的維護(hù)要求。我們選擇Hi-Fog，因為它已經(jīng)證實(shí)具有良好的滅火性能，能夠有效吸收煙氣和最重要的一個原因——最低的長期代價。”Marioff公司也正計劃將細(xì)水霧系統(tǒng)應(yīng)用于鐵路和公路隧道。
奧地利Hainzl工業(yè)公司以其對細(xì)水霧滅火技術(shù)將近20年的研究基礎(chǔ)，研制了適用于鐵路隧道的滅火系統(tǒng)。在對世界各地隧道內(nèi)發(fā)生的重大火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行徹底全面調(diào)查后，歐盟隧道交通安全委員會于1999年5月決定在鐵路隧道內(nèi)通行的穿梭式列車上，全部配備和安裝由奧地利該公司設(shè)計生產(chǎn)的AQUASYS牌自動水霧消防系統(tǒng)，這種消防設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是，車輛在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的一瞬間，會立即啟動，噴出高壓水霧，籠罩火源，急劇降低火源及其四周的溫度，有效控制火源升溫和火勢蔓延的速度，為消防隊員及時趕到出事現(xiàn)場爭取寶貴的時間。試驗表明，該系統(tǒng)能符合重載車輛火災(zāi)（80～100kW）的撲救要求。
在電纜隧道的火災(zāi)防治中，Hi-Fog、Fogtec、Securiplex等公司的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)也都已發(fā)揮了重要作用。圖5給出了細(xì)水霧撲滅電纜隧道火災(zāi)的過程，可以看出，細(xì)水霧作用之后，電纜受火災(zāi)的破壞及水漬影響比較小。

圖5
但目前在國內(nèi)的隧道安全防治中，還未有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。因此，結(jié)合隧道火災(zāi)自身的特點(diǎn)及細(xì)水霧技術(shù)在其防治中的優(yōu)勢，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在隧道火災(zāi)防治方案中應(yīng)當(dāng)具有重要的推廣意義和應(yīng)用價值。
結(jié)論
細(xì)水霧在隧道火災(zāi)安全的防治中具有其獨(dú)有的優(yōu)勢。針對隧道火災(zāi)的特點(diǎn)，在技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，能夠使這一清潔、高效的新型滅火技術(shù)很好地應(yīng)用于隧道火災(zāi)的防治。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在國外的隧道火災(zāi)防治中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，并取得了明顯的效果。但是，細(xì)水霧在隧道條件下的滅火機(jī)理性研究尚開展的不夠深入，這在一定程度上限制了其技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮，因此有必要在這方面進(jìn)行加強(qiáng)。

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（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，合肥 230026）朱 偉 曾德云