1引言
随着城市汽车保有量的不断增加，我国城市隧道规模不断扩大，越来越多的城市新建了越江、越湖等地下隧道，隧道中往往存在着大量的通风、照明、给排水等机电设备。现有的规范、标准对指导通风、供电、照明、监控等系统的设计起到了重要的指导作用。但由于规范之间的差异性及设计人员对规范的理解不同或疏忽，在实际工程设计中常常出现一些与规范相矛盾的问题，为防止类似问题出现，本文将对城市隧道电气设计容易出现的技术问题进行分析。
210kV及以上的高压电缆防火分隔问题
目前国内已建成的城市过江隧道如武汉过江隧道、南京过江隧道等高压电缆敷设一般采用独立的电缆廊道，根据《电力工程电缆设计标准》（GB50217-2018）要求，“35kV及以下的相邻电压级电力电缆可排列于同一层支架”，将高低压电缆采取分层支架方式敷设，高压电缆没有采取独立的防火隔离措施，但根据《建筑设计防火规范》（GB50016－2014）（2018年版）第12.5.4条：“当设置10kV及以上的高压电缆时，应采用耐火极限不低于2.00h的防火分隔体与其他区域分隔。”该条文解释是“此条文目的是为防止隧道着火时因高压线路、燃气管线等加剧火势的发展而影响安全疏散与抢险救援等行动”。部分城市隧道消防验收时提出，隧道电缆通道内敷设的10kV高压电缆应该与所有其他区域设置不低于2.00h的防火分隔体，包括本项目自用的低压电缆。由于国内大部分工程10kV高压电缆属于隧道工程自用电缆，一般设于暗埋段电缆廊道内，与车道、逃生通道等严格分离，且暗埋段电缆廊道内无其他专业管线通过。电缆廊道本身作为防火分隔体满足规范要求的2.00h防火要求，隧道车道着火时不会蔓延至电缆廊道，高压电缆着火也不会蔓延至车道及安全疏散、救援通道，不会因高压线路加剧火势影响疏散与救援。因此，当高压电缆设置在专用廊道内时，可不单独对自用高压电缆进行防火隔离。3火灾报警及联动控制方案
3.1 规范要求
为提高火灾探测的可靠性，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）（以下简称《火规》[1]）规定，城市道路隧道应采用能同时探测两种及以上火灾参数的探测器，一般采用点型红外火焰探测器（简称火焰探测器）和线型光纤（或光栅）感温探测器。参照《城市地下道路工程设计规范》（CJJ 221-2015）规定，同一条城市地下道路内宜按同一时间发生一次火灾考虑，火灾报警及消防联动控制要求如下：
第一种消防联动控制方式：同一报警区域内只有一个报警装置报警时，如一只火焰探测器（一段光纤感温探测器）或者一只手动火灾报警按钮发出报警信号后，信号反馈到消防控制室并与CCTV联动显示报警区域，值班人员确认火灾后手动启动相应区域的两组雨淋阀组进行灭火。
第二种消防联动控制方式：同一报警区域内若有两只及以上独立的火焰探测器或两段及以上独立的光纤感温探测器或一只火焰探测器（一段光纤光栅感温探测器）与一只手动火灾报警按钮发出报警信号后，作为火灾区域内的两组雨淋阀组开启的联动触发信号，应由消防联动控制器自动启动雨淋阀组进行灭火。
3.2 火焰探测器联动方式分析
第二种联动模式涉及因素较多，与探测器选型、火源种类、汽车移动速度、风速大小有关，实际工程中很难实现。根据给排水专业设计要求，当隧道发生火灾时，应能自动报警并联动火焰探测器对应的两组雨淋阀组进行喷水灭火，这就要求设计中火焰探测器安装位置与雨淋阀组安装位置完全对应。火焰探测器一般设计间距为50m，雨淋阀组安装间距为25m，要求雨淋阀组均匀布置在两探测器之间，两组雨淋阀组分别距相邻探测器距离为12.5m。但在施工现场中常常会发现，由于电气专业和给排水专业之间接口配合问题及施工单位施工存在误差，图纸中没有明确雨淋阀组与探测器距离要求，致使现场雨淋阀组与探测器距离不等，有的雨淋阀组设在探测器正上方，当火焰探测器报警时，很难实现火灾报警区域与灭火区域对应。
另外，由于火焰探测器的保护角度、安装方式不同，也很难实现火灾报警区域与灭火区域对应，目前市面上广泛应用的火焰探测器主要有以下两种类型：
第一种火焰探测器正面采用垂直隧道壁安装，如某种探测器的主要技术参数为：
（1）灵敏程度：当试验面积为0.5m²，2升车用汽油在此面积上燃烧，风速为12m/s以下时，30s内探测器发出报警信号;
（2）污损检测：当两次实验间隔45s，两次检测探测器的污损率均超过50%时，探测器自动故障报警；
（3）监视范围：当探测器污损率为0%时，其保护半径r为45m；
（4）保护半径：当探测器的污损率为50%，其保护半径r为32m；
（5）监视角度：探测器的左右水平监视角度为180°，上下为120°。
当探测器安装间距为50m时，一个探测器报警时，说明火灾位于该探测器两侧各5m~18m之间，报警系统应联动探测器两侧的雨淋阀组灭火，当两个探测器报警时，说明火灾位于以上范围之外，报警系统应联动两探测器之间的两组雨淋阀组灭火。该探测器由于保护范围为水平左右为180°，保护范围对称，发生火灾时，容易实现与雨淋阀组一对一连锁控制灭火。
第二种火焰探测器类型，其安装要求探测器正面朝车道前进方向，安装示意图如图1所示。该探测器保护范围水平方向不对称，当一个探测器报警时，说明火灾位于该探测器前进方向一段距离，当两个探测器报警时，说明火灾位于两个探测器范围之内或者前面一个探测器左右两侧范围，造成火灾报警系统不能准确联动对应的两组喷淋阀组灭火。
图1 第二种火焰探测器安装示意图
以上分析的是一种探测器情况，当有两种探测器时，联动方案更加复杂。当光纤探测器与火焰探测器报警位置不一致时，究竟以哪种探测器报警位置为准，暂时没有定论。由于感温光纤探测器的灵敏度较差，报警时间远大于30s，有时火灾后数分钟才报警，在此期间，如果等待火灾报警自动联动灭火装置，势必延误了灭火时间；如果考虑汽车起火时，车辆可能扔在移动情况则更加复杂，当探测器报警时，汽车有可能移动第一个报警点前面，发生多点火灾报警现象。例如，2021年5月16日南京某隧道出城方向入洞2938米位置，一辆蓝牌小货车发生自燃事故，消防控制室显示连续3个火焰探测器报警，该种情况也很难定位火灾实际位置，无法实现两组雨淋阀组自动灭火。
除以上因素外，联动模式还与火源种类、隧道内风速大小有关，隧道内火灾工况较为复杂，消防联动宜通过消防控制室结合CCTV报警画面及探测器动作情况，采用人工确认启动相应的喷淋阀组。
4其他技术问题
除以上技术问题外，设计中往往容易出现以下问题，也应引起注意。
4.1 隧道内消防电气设备防护等级问题
《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》JTG D70/2-2014（以下简称《公路隧道规》[2]第9.1.3条规定：“隧道内设置的火灾探测报警设备的防护等级不应低于IP65”；第11.3.1条规定“隧道内配电箱、柜的防护等级应达到IP55”。按照该规定，除火灾报警设备按IP65等级设计外，其余设备可采用IP55等级。又根据《火规》[1]第12.1.11条规定：“隧道内设置的消防设备的防护等级不应低于IP65”，且为强条规范。对于配电柜来讲，大功率配电柜做成IP65不利于通风散热，同时增加配电柜生产成本。因此，笔者认为《火规》[1]规定的消防设备只是针对火灾自动报警及消防联动控制设备，不包含隧道内的消防配电箱、柜，故最后结论为：隧道内设置的火灾自动报警和消防联动控制设备的防护等级不应低于IP65等级，隧道内设置消防配电箱、柜不应低于IP55等级。
4.2 火灾自动报警系统蓄电池备用电源问题
根据《公路隧道规》[2]第9.7.3条规定：“蓄电池备用电源宜采用专用蓄电池或集中设置的蓄电池……采用集中设置的蓄电池时，火灾报警控制器应采用单独的供电回路。”部分隧道设计采用了与中央监控系统共用蓄电池，但是隧道的火灾报警控制器供电线路却又没有采用耐火线缆，保护开关未采用单磁脱扣断路器来实现过负荷报警功能，建议按照《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）要求，给火灾报警装置供电的线路采用铜芯耐火电线、电缆，电线电缆的选择燃烧性能不低于B1级。供电线路保护用可采用单磁断路器+热继电器反馈信号方式实现过负荷报警而不跳闸功能。
4.3 线型光纤感温火灾探测器安装高度问题
根据《火规》[1]第12.1.2条规定“线型光纤感温火灾探测器设置在车道顶部距顶棚100mm~200mm”，由于大部分隧道明挖段和盾构段中间设有工作井，顶部存在高差，设计图上没有明确感温光纤的具体标高，施工单位施工时一条感温电缆敷设到底，导致盾构段感温光纤贴顶部，工作井部分距离顶部较远。施工图应明确感温光纤明确安装要求，施工单位严格按图施工。
4.4关于雨淋阀组控制线路问题
根据《火规》[1]规定：应将雨淋消防泵控制箱(柜)的启动和停止按钮、雨淋阀组的启动和停止按钮，用专用线路直接连接至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘，直接手动控制雨淋消防泵的启动、停止及雨淋阀组的开启。考虑到隧道管理中心一般距离隧道主线较远，且雨淋阀组均匀分布在整个隧道区域内，数量较多，如果从隧道管理中心至隧道的雨淋阀采用手动控制线一对一控制，投资就比较大。故笔者认为可以采用电转光方案，即在隧道管理中心消控室设置的手动控制与现场直启设备间采用光纤传输，经光电转换后实现远程手动控制，光电转换装置应按国家标准《火灾自动报警系统兼容性要求》GB22134进行检验。这种方式既可节省投资，也能起到同样的效果。
5结语
城市地下道路隧道电气设计是一项复杂的系统工程，要求设计师准确掌握电气设计的相关规范及各规范之间的差异性，了解相关专业的工艺要求，做好接口设计，深入细致地开展设计，才能完成高质量的设计。
参考文献
References
[1]火灾自动报警设计规范 GB50116-2013【S】
Design Code for Automatic Fire Alarm Systems GB50116-2013【S】
[2]公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施JTG D70/2—2014【S】
Code for Design of Highway Tunnels Part 2: Traffic Engineering and Ancillary Facilities JTG D70/2—2014【S】
[3]公路隧道照明设计细则JTG/T D70/2-01-2014【S】
Detailed Design Code for Highway Tunnel Lighting JTG/T D70/2-01-2014【S】
[4]城市地下道路工程设计规范CJJ 221-2015【S】
Design Code for Urban Underground Road Engineering CJJ 221-2015【S】
[5]建筑设计防火规范GB50016-2014（2018版）【S】
Code for Fire Protection Design of Buildings GB50016-2014 (2018 Edition)【S】
