引言
隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展對交通狀況需求的不斷提高和工程建設技術(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。據統計，2000年歐洲地區交通隧道的總長(cháng)已超過(guò)10000km；我國的鐵路隧道總長(cháng)達到2457km；根據北京市的規劃，到2005年，地鐵營(yíng)運將達到138km，線(xiàn)網(wǎng)覆蓋率達到13%，客運量達到7.64億人次。隧道交通不斷改善的同時(shí)，也在不斷增加隧道火災事故的風(fēng)險，對隧道火災的防治不斷提出更嚴格的要求和挑戰。
細水霧滅火技術(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(wú)毒害及對被保護對象水漬影響小等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。隨著(zhù)對細水霧滅火技術(shù)研究的不斷深入，應用領(lǐng)域也不斷得以擴展，在隧道火災的防治中，也日益受到關(guān)注并已有實(shí)際應用。
隧道火災及其防治技術(shù)現狀
鐵路、公路隧道以及地下鐵路都在交通運輸中承擔著(zhù)重要的樞紐作用，是眾多可燃物的經(jīng)過(guò)場(chǎng)所，而同時(shí)客流量大，人員車(chē)輛集中，一旦發(fā)生火災，極易造成群死群傷、財產(chǎn)損失嚴重以及延燒時(shí)間長(cháng)、交通長(cháng)期中斷的嚴重后果?？偟膩?lái)說(shuō)，隧道火災具有以下特點(diǎn)（如圖1）：
圖1
a)空氣流動(dòng)暢通；
b)大量煙氣難以排除；
c)通道狹長(cháng)，d)橫斷面小，e)如果是人員密集的場(chǎng)所，f)則難以及時(shí)疏散；
g)氣流方向受外界影響較大，h)撲救困難。
近年來(lái)，國內外發(fā)生了多起造成重大傷亡的隧道火災事故。1995年10月阿塞拜疆巴庫地鐵由于電動(dòng)機車(chē)電路故障發(fā)生特大火災，造成死亡558人，傷269人的慘??；2000年11月，奧地利山地列車(chē)公路隧道發(fā)生公路隧道火災，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事故?？梢钥闯?，公路隧道、鐵路隧道、地鐵、海底隧道等各類(lèi)隧道火災的防治技術(shù)急需進(jìn)一步改善和提高。
各類(lèi)隧道在火災防治上沒(méi)有本質(zhì)區別，原則上均應按照重要次序執行應變措施，萬(wàn)一隧道內發(fā)生嚴重火警，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(guò)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(guò)程中，盡一切可能減少隧道內壁的結構、線(xiàn)路設備、車(chē)輛財產(chǎn)的損失。根據隧道允許通行的車(chē)輛、貨物和人員流動(dòng)情況來(lái)合理確定實(shí)際的火災場(chǎng)景、制定有效的消防安全措施。
在被動(dòng)防治對策方面，主要以提高隧道襯砌結構耐火性能為目的，加固長(cháng)時(shí)間高溫作用下隧道拱頂結構的承載力。目前一般采用在混凝土中添加聚丙烯纖維或在混凝土內襯下安裝防火絕熱保護層等方法。對于主動(dòng)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(gè)方面。
隔離火源是通過(guò)在長(cháng)通道中設置安全避難所、防火門(mén)等設施，將狹長(cháng)空間合理分割成若干區域，為人員疏散和消防撲救提供保護，同時(shí)也能阻止火勢延燒以及控制煙氣擴散。
采用通風(fēng)、防排煙措施控制煙氣產(chǎn)物及其運動(dòng)可以改善火災環(huán)境，降低火場(chǎng)溫度，提高能見(jiàn)度以及減少熱分解有害產(chǎn)物的濃度，但是，隧道內煙流受到節流效應、火風(fēng)壓、活塞效應等多因素的干擾，不恰當的機械通風(fēng)也有可能加劇火災發(fā)展和蔓延。因此，針對特定的火災場(chǎng)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(chē)隧道火災的撲救具有明顯的效果。需要注意火區封閉燃燒中止后的復燃，并需要輔以其它滅火手段如注水降溫以減小損失，縮短火災延燒的時(shí)間。
滅火介質(zhì)降溫與火災探測自動(dòng)報警系統、通風(fēng)排煙系統等配合使用。對于前三種主動(dòng)防治對策，都應當輔以滅火介質(zhì)降溫，為人員疏散和火災抑制爭取最佳時(shí)機，盡量減少火災損失，取得更好的滅火效果。常用的滅火介質(zhì)有二氧化碳氣體滅火劑、自動(dòng)水噴淋系統、水成膜泡沫雨淋系統以及清潔、高效的細水霧滅火系統。
清潔、高效的新型滅火技術(shù)——細水霧
細水霧是使用特殊加工的噴嘴，通過(guò)水與不同霧化介質(zhì)產(chǎn)生的水微粒。其滅火機理是：當細水霧直接噴射進(jìn)入或被卷吸進(jìn)入火焰區時(shí)，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(shí)大量水蒸氣的存在也會(huì )降低反應區的氧氣及可燃氣體的體積分量，并有效衰減熱輻射的傳遞，從而達到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減輻射等機理復合作用的滅火效果。
細水霧以易取、價(jià)廉的水作為滅火介質(zhì)，對環(huán)境無(wú)污染，對人員無(wú)傷害，用水量小，對被保護對象水漬影響極小，因而在應用和研究方面，國際上已經(jīng)得到了廣泛的開(kāi)展。目前已有一系列專(zhuān)利產(chǎn)品，并制定了相應的設計、施工及驗收規范，如美國消防協(xié)會(huì )的NFPA750標準、加拿大火災研究實(shí)驗室制定的細水霧滅火系統設計工程標準。許多實(shí)驗室和生產(chǎn)廠(chǎng)家業(yè)已對細水霧在電子設備房、歷史建筑、珍貴資料庫等場(chǎng)所抑制和撲滅火災有效性進(jìn)行研究。另外，細水霧對燃氣渦輪機、高層建筑內的變壓器室及配電房等設備場(chǎng)所的保護以及燃氣爆燃的控制等方面也有著(zhù)預期良好的應用前景，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(chǎng)商都已將自己的細水霧產(chǎn)品應用于火災安全的眾多領(lǐng)域，在市場(chǎng)上獲得了良好的反響。國內對于細水霧滅火技術(shù)的研究起步較晚，但也已經(jīng)逐步得到開(kāi)展。更為可喜的是，細水霧滅火系統的應用在國內的領(lǐng)域也不斷加深和推廣。
細水霧滅火技術(shù)及系統在隧道中的應用評價(jià)
4.1目前常規防治措施的局限性
隧道火災防治中長(cháng)期以來(lái)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，工程設計難度較小，但并不能有效控制火災的延燒，往往要經(jīng)歷幾小時(shí)甚至幾天的火災持續時(shí)間，從而造成財產(chǎn)的重大損失及隧道結構的嚴重破壞。而且通風(fēng)煙控技術(shù)受外界影響較大，操作不當可能產(chǎn)生嚴重的負面作用，封堵降氧則極易造成隧道重新開(kāi)啟的復燃。因此，在隧道火災防治中采用積極高效的滅火手段，結合其它防治措施，能夠更加有效地保障人員疏散，降低隧道火災損失。
然而常規的自動(dòng)水噴淋系統在隧道內使用的有效性存在一定的爭議，原因有以下幾點(diǎn)：
水噴淋?chē)婎^一般只能安裝在隧道上部，如果是隧道內車(chē)輛內部發(fā)生火災，往往無(wú)法及時(shí)抑制或撲滅；
水噴淋耗水量大，容易造成隧道內路面濕滑，并促使液體火災的擴大；
水噴淋需要固定的大量水源和排水系統，以及其它管路設備，在隧道內安裝維護具有一定的難度。
因此，為了更好的達到及時(shí)抑制和撲滅隧道火災，保障人員安全疏散，減少財產(chǎn)損失的目的，有必要對滅火系統進(jìn)行改進(jìn)，在滅火有效性、系統靈動(dòng)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計的要求。作為新興滅火技術(shù)的細水霧無(wú)疑是值得考慮的對象之一。
4.2隧道火災防治中的細水霧滅火技術(shù)特點(diǎn)
綜合考慮配置滅火系統的有效性和經(jīng)濟性，隧道內的滅火系統按照其安裝方式通?？梢苑譃楣潭ㄊ綔缁鹣到y和移動(dòng)式滅火系統兩類(lèi)。以細水霧為滅火介質(zhì)的滅火系統也可按這兩種情況分別考慮技術(shù)解決方案。
4.2.1固定式細水霧滅火系統
該系統利用探測裝置和控制系統，使噴頭可以自動(dòng)定位，然后高壓噴射出水霧，對準隧道內車(chē)輛起火位置，從而對火勢進(jìn)行有效抑制，如圖2所示。
圖2
應當根據隧道系統各部分自身特點(diǎn)，分別考慮選用局部保護系統、分區保護系統或者全淹沒(méi)式保護系統。
局部應用系統：系統直接對位于封閉空間、非封閉空間或室外的保護對象噴霧進(jìn)行保護。將該系統安裝于特定位置，對關(guān)鍵設備進(jìn)行重點(diǎn)保護。
分區應用系統：保護封閉空間中局部區域的系統。一個(gè)區域可以有多套保護系統，當某個(gè)局部區域發(fā)生警報時(shí)，只啟動(dòng)相應細水霧系統的控制閥，對其噴霧進(jìn)行保護。
全淹沒(méi)式應用系統：系統對封閉空間噴霧，保護封閉空間內所有危險對象。由于該系統霧化性能強、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，如果將噴頭組合使用，也可用于對封閉區域內所有設備進(jìn)行全淹沒(méi)式保護。
4.2.2移動(dòng)式細水霧滅火系統
隧道內使用的移動(dòng)式細水霧滅火系統可以考慮分為兩類(lèi)，即救援車(chē)載系統和行駛車(chē)輛本身安裝的滅火系統。
利用細水霧滅火系統相對輕便的特點(diǎn)，可將該系統安裝于救援車(chē)內。特別對于鐵路隧道或地下鐵路中，車(chē)輛還配有“軌道、道路”通用系統，在車(chē)輛前后四個(gè)車(chē)輪上配有受它驅動(dòng)的軌道小輪，其寬度與鐵路軌道的尺寸吻合。這樣，救援車(chē)在地面和軌道上行駛都能進(jìn)退自如。因此，救援車(chē)能夠做到對隧道內發(fā)生火災后的快速準確反應。
將帶有水箱的水平氣動(dòng)泵組安裝于車(chē)廂底部。每個(gè)乘客車(chē)廂連接若干噴頭，列車(chē)末端的駕駛員車(chē)廂安裝一個(gè)噴頭。在車(chē)廂內設置與自動(dòng)探測報警裝置連接的自動(dòng)閥和手動(dòng)閥。該系統能夠在車(chē)廂內早期火災階段即有效抑制和熄滅火災，而同時(shí)不影響列車(chē)的行駛和人員的疏散，使得列車(chē)能夠行駛到站臺從而更加順利的逃生，避免列車(chē)被迫停在行車(chē)隧道內的危險局面。
4.3細水霧在隧道火災防治中的應用現狀
隨著(zhù)世界各國對細水霧的滅火機理的認識和滅火技術(shù)的研究日益深入，細水霧也不斷在各個(gè)領(lǐng)域得到應用，包括隧道火災的防治中細水霧滅火系統的應用。
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)，利用壓縮空氣驅動(dòng)，使水高速?lài)姵?，水滴微粒大小?～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對其進(jìn)行了實(shí)體滅火試驗。
圖3 圖4
試驗結果均表明，IFEX3000型脈沖式滅火技術(shù)能夠迅速撲滅火災，用水量與常規水噴淋相比，可節省用水量的95%，并能迅速凈化空氣和保護環(huán)境。其脈沖設
備及其移動(dòng)式滅火系統如圖3、圖4所示。目前該系統在德國、瑞典、挪威等國的隧道已經(jīng)得到應用。
芬蘭Marioff公司的Hi-Fog系列細水霧滅火系統自1996年開(kāi)始，就已在西班牙、英國、澳大利亞等國的地鐵交通中推廣細水霧的應用。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(guò)300個(gè)獨立的細水霧保護系統，保護區域包括地鐵列車(chē)、電梯、地鐵控制室及地下零售商店。馬德里城市安全部門(mén)官員評價(jià)說(shuō)：“細水霧是一種經(jīng)濟、友好、安全的滅火介質(zhì)，不會(huì )像氣體滅火劑那樣受到太多的限制。同時(shí)，我們也發(fā)現，與傳統水噴淋或雨淋系統相比，Hi-Fog系統需要最小的設計工序和市政工程造價(jià)，以及簡(jiǎn)易的維護要求。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(gè)原因——最低的長(cháng)期代價(jià)?！盡arioff公司也正計劃將細水霧系統應用于鐵路和公路隧道。
奧地利Hainzl工業(yè)公司以其對細水霧滅火技術(shù)將近20年的研究基礎，研制了適用于鐵路隧道的滅火系統。在對世界各地隧道內發(fā)生的重大火災爆炸事故進(jìn)行徹底全面調查后，歐盟隧道交通安全委員會(huì )于1999年5月決定在鐵路隧道內通行的穿梭式列車(chē)上，全部配備和安裝由奧地利該公司設計生產(chǎn)的AQUASYS牌自動(dòng)水霧消防系統，這種消防設備的最大優(yōu)點(diǎn)是，車(chē)輛在隧道內發(fā)生火災的一瞬間，會(huì )立即啟動(dòng)，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(shí)趕到出事現場(chǎng)爭取寶貴的時(shí)間。試驗表明，該系統能符合重載車(chē)輛火災（80～100kW）的撲救要求。
在電纜隧道的火災防治中，Hi-Fog、Fogtec、Securiplex等公司的細水霧滅火系統也都已發(fā)揮了重要作用。圖5給出了細水霧撲滅電纜隧道火災的過(guò)程，可以看出，細水霧作用之后，電纜受火災的破壞及水漬影響比較小。
圖5
但目前在國內的隧道安全防治中，還未有細水霧滅火系統的應用。因此，結合隧道火災自身的特點(diǎn)及細水霧技術(shù)在其防治中的優(yōu)勢，細水霧滅火系統在隧道火災防治方案中應當具有重要的推廣意義和應用價(jià)值。
結論
細水霧在隧道火災安全的防治中具有其獨有的優(yōu)勢。針對隧道火災的特點(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)很好地應用于隧道火災的防治。細水霧滅火系統在國外的隧道火災防治中已經(jīng)得到了較為廣泛的應用，并取得了明顯的效果。但是，細水霧在隧道條件下的滅火機理性研究尚開(kāi)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。
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（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，合肥 230026）朱 偉 曾德云
