第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
近年来，我国的城市化水平得到了飞跃式的发展，但是城市地下管线类基础设施还相对落后，与城市现代化的发展水平不相匹配，地下管线重复建设、道路反复开挖、蜘蛛网式架空线路等问题日益突出，对城市现代化的发展产生了严重影响。
众多发达国家的城市建设发展经验都表明，建设综合管廊是解决城市道路反复开挖和架空管线混乱等问题的有效措施，是综合有效利用城市地下空间，尤其是道路地下空间的重要途径，是地下管线基础设施步入现代化的最佳方式。于是，我国提出了大力发展综合管廊建设的国家战略，制定了一系列政策、法规来推动我国城市综合管廊的建设和发展，如：《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发[2013]36号）、《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发[2014]27号）、《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》（国办发[2015]61号）[1]。自此以后，我国综合管廊建设进入了快速发展的爆发时期。至2015年末，全国在建的综合管廊里程数达到了1000公里，未来3年还将新建4000公里的综合管廊[2]。2016年的3月，国务院总理李克强在政府工作报告中阐述了要进一步加强城市的规划与建设管理工作，确定了要在全国建设2000公里以上综合管廊的目标。大规模的综合管廊正在国内如火如荼地建设中，且还有大量的综合管廊正在规划、设计中，未来相当长一个时期，城市综合管廊都将是我国城市基础设施建设的一大热点。
我国大规模的城市综合管廊建设从2013年才刚起步，而对于综合管廊的的研究还处于初级阶段，尤其是对管廊消防灭火系统的研究更是少而又少，此方面的规范和标准制定还有待完善。《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）中对于综合管廊消防自动灭火系统的设置仅有简简单单的一句要求：“干线管廊中敷设电力电缆的舱室，支线管廊中敷设6根或以上电力电缆的舱室，都应设置消防自动灭火系统；其他敷设有电力电缆的舱室宜设置消防自动灭火系统[3]。”但目前市面上存在十几种自动灭火系统，具体应选用哪种自动灭火系统，该管廊规范及其他设计规范都无明确的设计指引，更没有写明应如何设置，具体设计时还有赖于设计人的主观把握，导致各地区已设计或已建成的管廊消防自动灭火系统做法千差万别，缺乏统一的设计标准，可供借鉴的工程案例不多。综合管廊消防自动灭火系统的设计和运营缺少科学可靠的依据，导致工程建设完成后的安全与可靠性存在一定风险。.........................
1.2 综合管廊消防灭火系统的国内外研究现状
由于综合管廊的特殊性及其在城市资源输送网络中的重要作用，国内外诸多研究人员对其火灾演变及消防灭火措施进行了专门的研究，并取得了一定的研究成果。
1.2.1 综合管廊消防灭火系统国内的研究现状
关于综合管廊消防灭火系统的早期国内研究主要针对要不要在管廊内设置自动灭火系统展开。孙磊等通过总结已完工综合管廊的建设经验，在2009年就撰写文章认为，
管廊自动灭火系统的设备投资与管廊火灾所造成的直接损失和间接损失之间要寻求平衡，对于规模小、辐射范围小的综合管廊可通过设置完备的工程措施从而不设置自动灭火系统，对于规模大、敷设范围广、服务区域重要的管廊工程建议设置自动灭火系统，并推荐采用移动式水喷雾灭火系统[4]。仲崇军、赵辉等也通过研究认为，2015年之前的国家以及地方的综合管廊设计规范对综合管廊消防灭火系统多为建议性条文，并从节约成本、已设逃生口、设置线性感温光纤、采用阻燃电缆等角度出发，主张管廊内不设置自动灭火系统[5,6]。但是，也有不少研究人员，如童浩、苏洪涛等则从管廊线路长、高压电缆多、巡视人员少、初期火灾不宜发现、火灾难以靠外部人工扑灭等角度出发，认为管廊内火灾风险大，其自动灭火系统的作用是至关重要且不可或缺的[7,8]。最终，认为应在管廊内设置自动灭火系统的观点获得了业界大多数人的认同，而在2015年版的《城市综合管廊工程技术规范（GB50838-2015）》也已明确要求了干线管廊以及容纳6根及以上电力电缆的支线管廊必须要设置自动灭火系统，另外，该规范还特别强调：电缆接头处最易发生火灾事故，应设置自动灭火装置[3]。至此，关于综合管廊内是否需要设置自动灭火系统的探讨告一段落，为确保综合管廊的安全运行，电缆舱室设置自动灭火系统已成为设计人的共识，但到底应采用哪种自动灭火系统还存在很大分歧。
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第二章 综合管廊火灾特性分析
2.1 综合管廊概述
2.1.1 综合管廊的基本概念
综合管廊，也称为“共同沟”、“共同管道”，是指将两种或两种以上的城市工程管线一起敷设在城市地下的管线综合廊道及其附属设施[3]，其一般容纳的管线有垃圾真空管道、排水、电力、通信、中水、供水、燃气和热力管道等，综合管廊的典型横断面如图2-1所示。
综合管廊按照规模大小以及服务用户的不同，一般可以分为以下三大类：干线综合管廊，支线综合管廊和缆线管廊[3]。干线综合管廊一般舱室规模较大，主要布置于城市主干道路，用于敷设主干工程管线，如水厂、变电站、能源站的进出管线等，干线综合管廊一般不直接服务于终端用户或只服务于大型用户，典型断面如图2-2所示。支线综合管廊断面一般比干线综合管廊小，如图2-3所示，一般设置于道路的两侧，可采用单舱或双舱的形式，主要敷设城市配给工程管线，直接服务于用户。干线综合管廊与支线综合管廊一般都设置有检修通道和通风、照明、监控、消防等配套设施。缆线管廊类似于浅埋的电缆沟，埋深一般在1.5m左右，其断面较前两种管廊更小，如图2-4所示，一般不可进人，不设置通风、照明、监控、消防等配套设施，仅在地面设置检修手孔，容纳管线有电力电缆、通信线缆等[38]。
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2.2 综合管廊火灾的起因
综合管廊作为一种地下构筑物，容纳有燃气、污水、电力电缆等众多工程管线，其火灾的起因跟其他普通建筑物相比具有不一样的特性，火灾起因具体可以归纳为以下三个方面：
（1）管廊燃气舱、污水舱引起的火灾；
综合管廊中的燃气管道、污水管道所传输的介质带有一定的腐蚀性，长期运营中容易导致管道损坏泄露，泄露的燃气、沼气等在管廊内聚集，当遇到明火、静电火花、摩擦火花时容易起火乃至爆炸[9]。但是，管廊内的燃气管线已单独舱室敷设，不与电力电缆等同舱室，且燃气舱地面采用的是撞击时不产生火花的材料，在燃气舱入口处设置有消除人体静电的接地装置，所以燃气管线引起火灾的概率较低。而污水管道由于坡降的原因，一般与管廊分开建设，即使与管廊合建，也是采用独立结构的污水舱室与其他管线舱完全隔开，并采取了相应的安全防范措施，所以污水管道沼气引起火灾的概率也较低。
（2）管廊电力电缆引起的火灾；
综合管廊中敷设的电缆类型通常有通信电缆、10kV~220 kV的输配电电缆和380V的管廊自用电缆，众多电缆以电缆桥架的形式密集敷设，且延伸的距离达几公里乃至几十公里，火灾荷载非常大。虽然管廊内采用的是阻燃电缆或绝缘电缆，但瑞典的Andersson P.等人的研究就已发现电缆升温至一定温度时，绝缘层就会失去绝缘性[30]，所以电缆的火灾防护不容忽视。
（3）外部因素引起的火灾；
外部因素包含了工人维修时明火作业引发的火灾，人为纵火引发的火灾，管廊外部火势蔓延进入内部引发的火灾等。但是，管廊与外界一般都有防火门分隔，电缆舱在运行中基本与外部环境隔绝，外部火灾难以侵入[41]，非管理人员也难以进入，所以，此类外部因素引起的火灾概率较小。
综上，综合管廊的火灾起因包含多方面的，既有燃气管道、污水管道的可燃气体泄露、积聚引起的火灾，也有电力电缆发热引起的火灾，还有外部因素引入的火灾等，其中管廊内的主要可燃物为电缆，又以电力电缆引发火灾的概率最大。所以，研究管廊内电缆舱的消防自动灭火系统具有重大价值。
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第三章 综合管廊自动灭火系统的性能分析 ................................. 24
3.1 水喷雾自动灭火系统 ..................................... 24
3.1.1 水喷雾灭火系统概述 ................................... 24
3.1.2 水喷雾灭火系统在综合管廊中的应用 ........................... 25
第四章 基于层次分析法的综合管廊自动灭火系统优化研究 ............................................ 46
4.1 层次分析法的基本原理 ..................................... 46
4.2 建立层次结构模型 ........................................... 47
4.3 构造判断矩阵并分析 .................................... 48
第五章 综合管廊自动灭火系统的设计优化探讨 ............................. 57
结论与展望 ...................................... 60
结论 ................................. 60
展望 ............................. 60
第四章 基于层次分析法的综合管廊自动灭火系统优化研究
4.1 层次分析法的基本原理
美国运筹学家Saaty T.L.教授在20世纪70年代提出了一种层次权重决策分析方法——层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称为AHP法）[59]。
层次分析法是把定性方法与定量方法相互结合在一起的决策方法，解决问题的基本思路是将定性的问题分解为不同的判定准则层，将准侧层内的不同指标进行两两量化比较，然后建立判断矩阵，最终求得各指标的总体权重，为评价指标的选择提供决策依据[60]。层次分析法是解决本文此类综合评价问题的有效思维模型，它可以将决策者的思考评价过程数学化，将主观判断的定性分析转化为定性与定量相结合，最终根据定量结果对评价指标或候选方案进行优劣排序，并帮助决策人保持思维过程的一致性，此方法在工程实践中得到了广泛的应用[61,62]。
采用层次分析法对综合管廊自动灭火系统进行优化研究的的优化原理是，在前文性能分析基础上，采用基于专家打分的层次分析法全面评价各灭火系统在各评价指标上的性能表现，建立层次结构模型，比较、量化各评价指标，构造判断矩阵，计算各判断矩阵的特征向量并做一致性检验，将一二级评价指标的权重加权后，求得各二级指标相对于总体目标的权重，最后计算各灭火系统方案相对于总体目标的优先程度的排序，计算得出的层次总排序值最高的即为综合管廊内综合各项评价指标最优的自动灭火系统方案。总体思路是将定性分析的问题转化为定性与定量分析相结合的问题，便于总体地、直观地得出综合最优解。
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结论与展望
结论
本文以城市综合管廊为研究对象，简要介绍了综合管廊的定义、组成、分类、特点等，论述综合管廊与其他建筑物相比，具有空间狭长、高压电缆众多、火灾荷载大等特点，无法完全照搬其他类型建筑物的消防灭火系统做法直接应用于综合管廊。目前虽然我国已在大范围兴建综合管廊，但作为一种新兴事物，各类消防灭火系统规范几乎都没有明确提出在综合管廊内的具体应用方式与做法。管廊内的火灾起因主要是电缆起火，管廊火灾具有火灾隐蔽、蔓延速度快、难以从外部扑救、影响范围广的特点。管廊内的消防措施主要有土建防火措施、电气防火措施、通风防火措施和消防灭火措施等，其中消防灭火措施是唯一的主动灭火措施，承担主要的灭火功能。经过分析后指出，在综合管廊内主要适用的自动灭火系统有水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统和超细干粉自动灭火装置这三大系统，系统介绍了这三大灭火系统的灭火机理、系统特性、设计参数等，并结合具体工程设计实例系统介绍了各灭火系统在安全性、简洁性、经济性等方面的性能，进行了对比研究后发现，各灭火系统在不同的灭火性能上各有优缺点，无法通过简单的性能对比得出最优的设计方案。最后采用层次分析法建立层次结构模型，利用专家打分的数据构造判断矩阵并求特征向量，将多目标的定性分析问题转化单目标的定性分析与定量分析相结合的问题，最终求得各灭火系统的优先程度排序方案。研究得出超细干粉灭火装置是综合管廊内的综合最优设置方案，并结合工程实践及理论分析，对该系统在管廊内的设计方案提出了优化的建议。
参考文献（略）