“双碳”背景下电缆隧道、综合管廊电力舱人员口部及防火分区设置研究

吴庆华?王恒栋?李国荣?肖燃?李健?罗楚军

一、引言

电缆隧道和综合管廊电力舱（以下简称“电缆隧道”）属于地下构筑物，在地面必然会有各类口部或孔洞，提供人员定期和不定期出入的途径。电缆隧道还需合理设置防火分区满足消防规定。这些人员口部及防火分区的设置，对地下空间占用、地上与环境的协调性、运维便利性、工程投资也都有较大影响。

为促进电力隧道（管廊）绿色健康发展，本文从实现双碳目标、安全可靠、经济合理、环境友好的目的出发，对电缆隧道人员口部及防火分区设置相关问题进行研究探讨，并给出了工程实施建议。

二、关于人员口部

（一）规范口部功能定位与用词

人员出入电缆隧道会有多种目的和需求，出入的环境和状态也多样。在目前的工程实践中，出现了多种口部名称表述，显得十分混乱，功能定位相互重叠，不利于工程建设。各类规程规范用词也不尽一致。表1收集了共14个具有代表性的（包括便于纵向比较的历史沿革版本）国标、行标和企标等相关规范和标准。可以看出，人员口部有多种表达：人员出入口、出入口、疏散出口、安全出口、安全孔、逃生口等。

表1 相关规范和标准的表述

歸纳来看，人员口部有两类：（1）运行人员正常条件下、可携带必要的工器具步行出入的口部；（2）运行人员紧急情况下安全撤离地下电缆隧道的口部。从功能定位来看，前者可用“出入口”一词，后者可用“安全孔”一词。

出入口方便携带工具，占用地下地上空间大，间距的设置应大于安全孔的间距。其地面上带有可开启和关闭扇门的一定规模的小工作间的构筑物，地面下方设置方便运行人员上下的楼梯（图1）。

图1 出入口

安全孔方便尽快撤离，间距的设置应小于出入口的间距。其口部设置满足要求的井盖。井盖尺寸一般为800～1000mm，形式为圆孔或方孔，只可从内部向外翻起。地上与地面齐或高于地面300～500mm。地下设置爬梯供运行人员攀爬上下（图2）。

图2 安全孔

出入口和安全孔还应结合工程具体条件，与其他功能口部，如设备口部、通风口部等统一设置，减少空间占用，实现低碳高效。

（二）安全孔与逃生孔的选择

安全孔有时也借用“逃生口”一词来表达。但实际上这两个词是有实质性差别的。

从字面上看，安全孔概括地表达了保证人员安全基本功能的含义，既包括紧急情况下的有序撤离，也包括危及人身安全时的紧急脱险。安全孔在正常情况下还可方便就近出入和运检作业。显然，逃生口的字面含义偏窄，只是安全孔的部分功能表达。

从适用场合上看，电缆隧道是专业的工作场所，对比公共场所区别明显。这里人员密度很小，人员的年龄范围跨度相对较小，不会发生人员聚集，不会拥挤，可以高效撤离；没有大量的可燃物，没有聚光灯之类的高温用电设备；有自动灭火装置；监测系统已较为完善，可以较早发现隐患；整体结构形式单一，标识简单清晰。因此，把用于公共场所的逃生概念直接搬来不合适。

从适用对象上看，处于电缆隧道的专业人员是通过培训和有预案准备的，对火情和地下隧道的结构和出口有清晰的掌握。专业人员根据紧急状态可清晰判断，或是就地处置或是经必要的简单处理后安全有序就近撤离。监控中心也可随时掌握电缆隧道中各设备状态和专业人员所处位置，直接点对点地为每位专业人员给出对策、建议和指示。因此，紧急情况下，专业人员不会处于茫然和慌乱逃生的状态。

最后，从源头上看。表1统计了各用词用于标准的份数和最早出现在标准中的时间。其中，“安全出口”8份（1987年），“出入口”4份（1995年），“疏散出口”2份（1998年），“安全孔”3份（2013年），“逃生口”2份（2015年）。从“安全”“疏散”着眼选词（安全出口、出入口、疏散出口、安全孔）的共14份，选用“逃生”一词的仅有2份。

可见，“逃生口”一词在标准中出现的时间最晚，采用的标准份数较少。各行业更多、更早认同的是安全和疏散的根本内涵。同时，“逃生口”易造成心理上的障碍和误解。综上所述，建议选用“安全孔”一词。

三、关于防火分区

设立防火分区是指，采用一定措施防止火灾向其他区域蔓延，控制火灾影响范围，提供一定时间供运维人员安全撤离的一种空间分区来隔离火情、火势的思想方法和手段。从单纯的防火角度看，防火分区越小，越利于控制火情火势。

但是，防火分区设置过小，势必带来不便运行、投资增加等不利因素。首先是不便于电缆敷设，尤其是二期电缆敷设工程；其次是影响通风，影响电缆载流量，势必增大风机功率和地面百叶窗面积；再次是增加监控复杂性和运维工作量。因此，必须根据具体情况，多方面地分析，采用合适的措施较好地达到目的。

（一）电缆隧道防火分区的设置

《人民防空工程设计防火规范》（GBJ 98—87）和升级版的《人民防空工程设计防火规范》（GB 50098—2009）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045—95）和升级版的《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（2018年版）都有关于1000m2的防火分区的表述。这些不同标准及多次的升级版，一般的概念是认同且沿用1000m2这个数值的。

《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50229—2006）规定，地下变电站防火分区建筑面积不应大于1000m2。有自动灭火系统的面积可增加一倍。升级版的标准都基本上沿用了这一表述。

由此可见，防火分区及1000m2的概念源于人民防空工程设计、建筑防火设计，然后发电厂和变电站工程逐步采纳而来。

对防火分区的面积，电缆隧道一直没有有针对性的规程规范直接进行规定。两份国标对安全孔的间距作出了规定：“5.4.4敷设电力电缆的舱室，逃生口间距不宜大于200m”和“5.6.6开挖式隧道的安全孔间距不应大于200m”。

电缆隧道顶管直径多为2.7～3.5m，少数有4.0m或5.0m大直径的隧道。按最大5m考虑，200m长度计算，似乎得到了电缆隧道1000m²的防火分区面积。是否就按1000m²设置呢？但是，对于电缆隧道，1000m²和200m两个数值均值得认真讨论。

（二）合理设置电缆隧道防火分区

事实上，由前文可知，电缆隧道与防空工程或建筑工程有着诸多差异性，按1000m²简单设置防火分区是不合适的。

我国《建筑设计防火规范》（GB 50016）表述为：“每个疏散门的平均疏散人数不应超过250人。疏散人员密度按厅、室的建筑面积计算，人员密度0.5～1.0人/m²。疏散宽度按每100人不小于1.0m计”。国家电网公司企标QGDW 1864—2012规定：“5.2.4隧道内人行通道的净宽不小于800～1000mm。”如此计算，电缆隧道的防火分区可以远远超过1000m²。

科学适度地设置防火分区，要综合考虑电缆本体、电缆接头、电压等级、电缆布置形式、电缆隧道开挖方式等多因素确定。

我国110kV及以上的高压电缆火灾事故率逐年降低，运行经验表明，电缆本体的故障率更是远低于电缆接头。110kV及以上的高压系统为中心点直接接地系统，发生故障切除速度快。10～35kV中压系统多为中心点不直接接地系统，允许短时带故障运行，中压电缆的防护有一定压力。目前，在供配电系统较为充分的城市中，中压系统有逐步改造为直接接地系统的趋势。高压电缆多数为单独成舱和中压电缆共舱的建设形式，在防火分区的设置上也应有所区别。

我国电网投运500kV电缆线路工程累计已有36.4km，电缆长度109km，自运行以来未发生过火灾。第一条电缆线路运行已10年以上，按未设防火分区建设。高压电缆隧道或500kV电缆隧道可不设防火分区。

对于明挖隧道可以按2000～3000m2考虑，对于顶管和盾构隧道，可以不作限制，由施工工法和人员出入口具体情况综合确定。

四、关于安全孔的间距

表1中多个规程规范提出了200m安全孔的间距，已有文章从技术经济性上做了分析，本文试图从其他维度来作一分析和思考，以达到安全可靠、经济合理的低碳目标。

（一）200m间距的来源及讨论

20世纪80年代末，我国南方一个电厂发生了厂用电电缆沟火灾事故，造成了损失。电力行业首次提出厂内电缆沟的防火分隔设想，每个分隔设立安全孔。

1994年，《电力工程电缆设计规范》（GB 50217）首次提出了安全孔的技术要求：“5.5.7电缆隧道应每隔不大于75m距离设安全孔。”当时，电缆隧道多处于电厂围墙内，75m的间距并没有太多问题。后来电缆隧道的建设初步扩展到城镇公共区域，问题才逐步显现。

2007年GB 50217修订时，提出安全孔过于密集，影响工程设计和建设。条文遂修改为：“5.5.7在工业性厂区或变电所内隧道的安全孔间距不宜大于75m。在城镇公共区域开挖式隧道的安全孔间距不宜大于200m，非开挖式隧道的安全孔间距可适当加大，且宜根据隧道埋深并结合电缆敷设、通风、消防等综合确定。”条文在数值上有了变化，强制性用词也改成了推荐性用词。

这是电力部门在标准上第一次出现200m的要求。应该说，200m这个数值是一定时期的认知，也符合当时的建设环境。随后，相关的电力行业标准和跨行业的技术标准包括国标在对待电缆隧道时均引用了该数值，并逐步形成标准文本间互相引用。

2018年GB 50217再次修订时，编制组对加大安全孔间距议题进行了较长时间讨论，商定新版涉及安全孔间距的5.6.6条文文字暂不做改动，待广泛收集资料，适时补充修订。

2020年，北京市在总结建设经验和科研成果的基础上，对北京市地方标准进行了梳理和分析，提出了城市综合管廊工程技术要点，北京市的相关要求为，综合考虑消减综合管廊出地面设施对道路、景观的影响，统筹协调、合理设置” “统筹合并减少出地面孔口数量，自然进风口可与逃生、人员出入口及吊装口等合并设置”“通向室外地面的逃生口或逃生通道在地面上的间距不宜大于1200m。”

近年来，各地的工程建设在安全孔间距上有不同程度的调整增大。可以预见，随着工程实践，对安全孔间距的认识加深，有必要就适度增大展开讨论。

从前面对防火分区的分析可知，200m的间距与1000m2防火分区的概念和5m直径考虑的管廊有较大的关联性。按1000m2或更大的防火分区和1.0～2.0m的净寬走道，这样计算得到的间距已经充分大了，可以认为这不是控制因素。电缆隧道、电力舱及其工井等的附属设施，属于专用电缆构筑物，正常运行无人值守。在电缆隧道、电力舱内设置的阻火墙或按通风区段设置的阻火墙上增设可双向开启的防火门，检修人员只要撤离着火区段的防火门便可视为安全，这样安全孔的间距不是主要控制因素。防火门的间距可依据阻火段的设置或通风区段设置确定，相对成本低，工程容易实现。因此，安全孔、安全孔间距不宜直接与防火分区关联起来。

目前，电缆隧道或电力舱有较多顶管和盾构，200m的间距在实现上有难度，同时，地面增加大量构筑物有悖于架空输电线路入地的初衷。多地的经验也说明，综合管廊建设的初衷很大程度是让出城市空间，所以应更多地统筹考虑。

（二）安全孔间距的安全性因素

人员安全疏散的判定标准为：可用安全疏散时间大于必要安全时间。同时考虑报警时间和人员响应时间。

美国消防工程师手册里给出的数据是：“正常水平疏散速度1.1m/s，当人员密度大于2.0人/m2时，速度会大大降低。”有报告建议，紧急情况人员疏散速度最大值可取3.5m/s。还有研究表明，当人群密度为1.0人/m2时，人流迁移流动呈自由流动状态，平均速度为1.3m/s，快步行走速度为2.50m/s。这里按2.0m/s计算，对应于200m、500m、800m、1000m，撤离时间分别为160s、310s、460s、560s。当火灾发生时，危及人身、妨碍人员撤离的主要有三个因素：热辐射、有害气体和能见度。其中能见度是第一位的，是先于其他两个对人产生影响的。研究表明，可用安全疏散时间大于必要安全时间。由此可见，及时撤离人员是安全的，人员安全不是安全孔间距的控制因素。

因此，安全孔的间距设置应该因工程具体情况而定。对于明挖式隧道，安全孔的间距可取400～600m。对于顶管和盾构工法的隧道，顶进井、接收井可以设立出入口或安全孔，当区间较大时，出入口按1～2km或结合变电站位置统一设置。综合考虑后，工程设置防火分隔，可按两个口部间作为一个防火分区进行分隔。若考虑到设备的安全性，较长的口部间可增加一个防火分隔，安全孔也可不一定与防火分区完全一一对应关联，可以跨防火分区设立。

五、小结

（一）运行人员正常条件下、可携带必要的工器具步行出入的口部，建议称为“出入口”。运行人员紧急情况下安全撤离的口部，建议称为安全孔。同时建议尽可能地与其他口部复用。

（二）为减少隧道、管廊的空间占用，提升其经济性、运维便利性、环境友好水平，安全孔及防火分区的设置不宜过密。

（三）对于明挖隧道、管廊，可以按2000～3000m2考虑防火分区，相应地，安全孔间距可按400～600m并结合人员出入口具体情况综合确定。

（四）对于暗挖（顶管、盾构）隧道、管廊，防火分区和安全孔间距可以不做刚性限制，而是给出一个建议值。对于顶管和盾构工法的隧道，顶进井、接收井可以设立出入口或安全孔，当区间较大时，出入口按1～2km设置，安全孔按1km设置。

参考文献

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（责任编辑：张秋辰）