地下空间防火与安全现状及发展趋势简述（2015-12-26更新）
1 国内外相关的研究组织及机构
国际隧道与地下空间协会（原国际隧道协会）（International Tunnellling and Underground Space Association，ITA）下设两个工作组开展隧道及地下工程火灾安全方面的研究：
（1）Working Group 5 Healthy and Safety；
（2）Working Group 6 Repair and Maintenance of Underground Structures。
此外，2005年新成立了COSUF（the ITA Committee on Operational Safety of Underground Facilities），进行地下空间安全运营方面的研究。
ITA发布的关于隧道火灾的指导性标准主要有：Guidelines for Good Occupational Health and Safety Practice in Tunnelling（WG 5）和Guidelines for Structure Fire Resistance for Road Tunnels（WG 6）。
国际道路协会PIARC（Permanent International Association of Road Congress）C5技术委员会（PIARC Committee on Road Tunnels）下设有Working Group No. 6 Fire and Smoke Control工作组，开展隧道火灾方面的研究工作（Bendelius，2002）。
PIARC发布的关于隧道火灾的指导性标准主要有1999年的Fire and Smoke Control in Road Tunnels，05.05.B（内容主要包括火灾和烟雾控制、火灾风险和火灾设计；烟流行为；火灾通风和烟流控制；紧急出口和安全设备；隧道衬砌火灾反应和耐火性能；应急管理等）；2002年的PIARC Proposal on the Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures和2004年的Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels。
除了这两大国际组织外，目前国际上在隧道防火领域研究活动活跃且处于领先地位的研究机构还有：荷兰TNO（Netherlands Organization for Applied Scientific Research）；瑞典SP Fire（Swedish National Testing and Research Institute），德国STUVA（Research Association for Underground Transportation Facilities）；挪威SINTEF/NBL（Norwegian Fire Research Laboratory）以及瑞士VSH（VersuchsStollen Hagerbach AG Hagerbach Test Gallery Ltd.）等。值得一提的是瑞士VSH Hagerbach Test Gallery已建立了长达
在隧道火灾会议交流方面，除了两大协会ITA、PIARC各自的年会外，目前在欧洲举行的国际会议包括：International Symposium on Tunnel Safety and Security以及International symposium on catastrophic tunnel fires等。
国内2010年成立了隧道及地下空间运营安全与节能环保专业委员会，已组织了系列会议，探讨隧道及地下空间防灾与运营安全方面的问题。
2 国内外开展的隧道及地下空间防火安全研究工作
欧洲是世界上开展隧道火灾研究最为活跃的区域。已开展和正在进行的防火研究项目主要有（Haack，1998，2006；Høj等，2003；Both等，
（1）EUREKA EU 499: FIRETUN－Fires in Transport Tunnels
1990－1992年，由德国STUVA和iBMB发起，芬兰、挪威、奥地利、法国、英国、意大利、瑞典、瑞士等国家参与进行了该项目。项目共进行了20多次足尺火灾试验，试验目的是研究火灾时隧道内的温度分布及高温对衬砌结构的损伤。
（2）DARTS（Durable And Reliable Tunnel Structures）
该项目由8个欧洲研究机构发起，于2001年3月启动，历时3年。项目研究内容和取得的成果包括：形成了考虑结构可靠度、技术实力、地层状况、服务寿命设计、灾难设计、环境因素、社会因素、耐久性以及经济因素等在内的一套集成的隧道设计流程。
（3）FIT（Fire In Tunnels）
该项目2001年启动，历时4年，12个欧洲国家的33个机构参与了该项目。该项目的目的是建立一个发布和共享隧道火灾研究成果的平台（基于Internet的火灾咨询数据库），并为火灾设计、火灾安全管理等提供建议。该平台涵盖了公路、铁路和地铁隧道火灾。数据库的内容包括：①当前隧道火灾安全的研究项目情况；②世界各国隧道火灾试验场所的分布和相关信息；③隧道火灾相关的数值模拟软件综述；④隧道火灾安全装备方面的数据；⑤隧道火灾的评估报告；⑥世界各国隧道安全性提升方面的研究综述和研究活动分布。
（4）UPTUN（Cost－effective, Sustainable and Innovative UPgrading Methods for Fire Safety in Existing TUNnels）
UPTUN是Cost-effective, Sustainable and Innovative UPgrading Methods for Fire Safety in Existing TUNnels的缩写，是由欧洲委员会（European Commission）发起，邀请41位隧道专家建立的一个针对欧洲既有隧道火灾安全的大型研究项目。该项目于2002年9月1日启动，共投资1300万欧元，研究时间为4年。
1）UPTUN项目产生的背景
欧洲经济的正常运转和发展离不开可靠的交通系统（隧道是其重要组成部分），但大部分既有隧道的火灾安全系统是根据20年前的交通状况和当时预计的远期交通量设计的。现在随着交通量的飞速增长和交通组成的变化（装载易燃易爆物品车辆通过隧道的比例增高了），使得：
① 火灾本身造成了巨大的灾难，同时，也阻碍了隧道技术的发展，使得长隧道方案由于火灾而难以采用。
② 潜在的火灾危险性也阻碍了人们对隧道的使用。由于减少了对隧道的使用，导致了其他交通系统的拥挤，加剧了噪声、空气污染，产生了不良的环境和健康后果。
同时，从技术上考虑，隧道防灾现在也面临着一些问题：
① 在现有技术条件下，改进既有隧道的安全水平，多数情况下不可行或成本非常高。
② 目前的火灾安全设计方法还是基于惯例而非理性的方法。而且，火灾安全很少被看作是一个包括了事故概率、火灾后果、人的反应、结构的反应、紧急响应梯队以及隧道管理者等所有方面的相互关联的整体。
鉴于上述情况，欧洲开展了UPTUN项目，以改善既有隧道的安全状况。
2）UPTUN项目背景和主要目标
① 发展新的隧道火灾探测、监控、减灾方法，包括人的行为反应研究以及隧道结构的防护措施等。
② 发展、验证和完善合理的隧道火灾安全等级评估方法，包括决策支持模型，信息分发等。
此外，也希望通过这个项目的实施，恢复人们对隧道作为安全可靠交通系统的信任，消除怀疑隧道安全性的舆论对商业所产生的影响以及加强人们对隧道防火研究必要性的认识。
3）UPTUN项目的组织与实施
UPTUN项目组围绕欧洲隧道安全协会组建，成员基本上了覆盖了所有的相关专业。
项目的科研工作由7个工作组（Work-packages）来承担。项目的科研流程如图1-3所示。工作组分类及相应的研究内容如表1-5所示。
图1 UPTUN项目的工作流程
工作组及任务 | 研究方向 | 目标 |
WP0 | 项目管理 |
|
WP1 火灾预防 和监控 | 对欧洲既有隧道进行分类和统计 | 以科学手段分类欧洲既有的隧道 |
火灾原因和火灾预防方法的调研 | 确定可能引起火灾的事故的概率；通过调研改进现有防灾方法以减少火灾事故 | |
既有火灾监控系统的状况 | 从既有的火灾监控技术中筛选出可能是合适的技术；调研既有火灾检测系统的可靠性 | |
探测移动火源及隧道外火灾的全新技术 | 发展全新的技术来探测火灾荷载和火灾的发展 | |
实现建议的火灾解决方法及模型试验 | 通过小比例模型试验，评价研究出的新系统的可靠性、准确性和耐火性等性能，并根据试验成果改进既有系统的性能 | |
WP2 火灾的发展过程和灭火方法
| 发展可行的火灾设计模式 | 提供设计用的火灾模式，该模式被用来检验WP2提供的消防系统的效率 |
定义可以接受的火灾标准 | 通过运用该描述火在隧道中扩散的标准，来得到最优的隧道减灾系统 | |
评估既有隧道安全状况及当前防灾技术 | 建立既有技术性能的知识库，为发展新技术提供参考 | |
研究新的、创造性的防灾技术 | 把研究出的新消防系统作为单个系统或其他系统组合用在隧道中，核实并改善该消防系统的效率，重点是它的经济性 | |
工程指导和工程运用 | 确定影响新系统性能的参数，提供如何设计可靠消防系统的指导纲领，并预测效用 | |
WP3 火灾情况下人的反应 | 回顾 | 收集当前欧洲隧道中运用的设计方法和安全措施 |
隧道使用者的反应 | 如何发布火灾信息；隧道使用者明白所处状况时需要时间以及如何选择逃生路线 | |
隧道管理员 | 分析隧道管理员的职责：如何及时获得火灾信息；漏报事故的原因；如何作出决策；当在短时间内发生几起事故时，他们如何处置；如何与紧急救援队进行联系 | |
紧急救援队 | 为保证工作的有效和实时，需要采用同步管理；他们从隧道管理员或隧道使用者处获得火灾信息；他们需要采取的方法；需要动用的人数；指挥队员协同工作。 | |
WP4 火灾影响及隧道性能：系统结构的火灾反应 | 隧道结构的性能及抗火能力 | 混凝土承重单元抗火性能的研究。这对随后发展新的消防方法以避免或限制结构的损伤到一个可以接受的水平，以及提供快速的隧道结构修复方法都很有帮助 |
改善构件的耐火性能 | 对于单个试件，通过数值分析和火灾试验，建立耐火性与暴露在火中时间的函数关系 | |
新的隧道火灾损伤评估，修复方法 | 快速评估隧道的火灾损伤程度；建议和应用足够的隧道修复方法 | |
对全新的解决方法的建议 | 对当前隧道设计中存在的不合适地方，提出创新的方法；研究和核实可供选择的优化方法及先进的工程解决方案；提供如何减弱或消除火灾时混凝土的爆裂的对策 | |
安全等级评估/工程指导和工程实现 | 在前述研究成果基础上，给出清晰的在既有防配置的基础上隧道系统的安全水平 | |
WP5 安全等级评估和既有隧道的改进 | 确定表征隧道安全程度的特征量 | 保证被评估的安全特征量能够以一种合理的方法明确的确定 |
设置评估安全水平及系统失效的标准 | 保证评估标准是在考虑不同安全特征量相互作用基础上以合理的方法清晰定义 | |
隧道安全的整体评估和既有隧道安全的改进 | 基于隧道使用者和结构的风险预测，建立一套工作程序“UPGRADE”。允许从微观和宏观上对隧道改善前和改善后的风险预测的评估进行社会经济影响的评价 | |
工程实例：既有隧道安全性的改进 | 说明评估方法和隧道安全状况改善程序的实际工程运用 | |
对提高火灾安全性进行金融，社会经济、宏观经济和环境影响评价 | 论证UPTUN项目的成本效率；评价它的广泛的社会经济影响 | |
WP6 火灾影响及隧道性能：系统响应 | 说明 | 设计足尺模型试验，该试验说明了系统的相互作用，而且验证了前面试验的有效性 |
改善之前的隧道示例 | 设置一个参照水平，通过确定没有改善的隧道的安全水平，用以说明新方法或新方法的组合的积极效果 | |
改善之后的隧道示例 | 调研新方法的性能以确定他们的实际效果；为其他工作组的模型试验收集有效信息 | |
结果分析和对理论模型的确认 | 为理论模型提供确认资料；为大规模的数据收集和分析提供建议； | |
WP7 提高，成果发布、培训和社会经济影响 | 微、宏观经济和社会影响的研究 | - |
处理和其他项目及欧洲隧道安全委员会的相互关系 | 开展与DARTS、FIT 、SafeT以及其他在研项目的合作 | |
发布研究成果 | 为政府主管部门，隧道管理部门等分发足够的信息 | |
教育和培训 | 为工程师和技术员提供信息、教育和培训 | |
进一步提高 | 进一步改善隧道安全状况；为所有与隧道安全有关的人提供容易接受的方法、工具 |
（5）Safe Tunnel（Safety in Road Tunnels）
该项目2001年启动，历时3年。共有9个研究机构参与。项目的主要目的是减少公路隧道火灾事故的数量和引起的后果。
（6）SIRTAKI（Safety Improvement in Road& Rail Tunnels using Advanced Information Technologies and Knowledge Intensive Decision Support Modes）
该项目由12个欧洲机构发起，于2001年启动，历时3年。项目的主要研究目标是改革目前隧道安全和应急的运营管理理念。
（7）Virtual Fires（Virtual Real Time Emergency Simulator）
该项目2001年启动，历时3年。共有来自8个研究机构参与。项目的主要研究目标是开发可行的隧道火灾模拟系统，以便消防队员在计算机模拟的虚拟火灾场景下进行隧道灭火的训练。
（8）Safe-T（Safety in Tunnels）
该项目2003年启动。项目的主要目标是通过调研、评估收集的火灾实践信息，为欧洲隧道的火灾安全提供全面可行的解决方案（包含人员逃生、事故管理、风险评价、交通控制、立法、技术标准以及培训等）。
（9）L-SURF（Design study for Large Scale Underground Research Facility on Safety and Security）
该项目2005年启动，历时3年。该项目的研究目标是：①克服目前欧洲隧道火灾研究主要以国家为单位的模式，形成的系统的能够充分共享资源的包含研究、培训、教育等成体系的泛欧洲研究实体L－surF，使得L－surF在欧洲的地下空间安全研究领域发挥主要的作用；②以L－surF研究实体为依托，建立大型的隧道及地下空间火灾安全研究设施（试验设备及模型隧道等）。
（10）SOLIT（Safety of Life in Tunnels）
该项目在德国开展，主要研究内容包括：①水喷淋系统用在隧道内的可靠性和生命周期；②建立隧道内水喷淋系统的试验和性能评估方法。该项目建立了足尺火灾模型隧道进行试验。模型隧道长
图2 SOLIT项目模型隧道（Kratzmeir，2006）
此外，1987年，为研究在乘客与车辆不分离的情况下，通过海峡隧道的安全性，欧洲进行了隧道内火灾发展过程、火灾在隧道内车辆间的传播特性的试验以及足尺隧道内的疏散试验（高伟 译，1994）。2002年，为了检验修复后的Mont Blanc隧道的火灾安全性，对隧道内的通风系统、逃生救援系统进行了火灾试验（Bettelini，2002）。
美国在隧道火灾方面进行的研究主要有：1993－1995年，美国马萨诸塞州高速公路局和联邦公路管理局在佛吉尼亚纪念隧道（Memorial Tunnel）进行的足尺火灾通风试验，即MTFVTP（Memorial Tunnel Fire Ventilation Test Program）。项目的主要目标是研究不同通风系统的烟气控制效果以及泡沫喷淋对油池火灾的作用（PIARC，1999；Lönnermark和Ingason，2005；王晔，2001）。日本在隧道火灾方面研究主要有：2001年开展的大断面公路隧道足尺火灾试验（Takekuni等，2003）；盾构隧道复合管片耐火试验（Ono，2006），以及早期进行的宫古线列车火灾试验（涂文轩，1997）等。
国内结合大量的长大隧道工程及地下空间工程，开展了系列的防灾与安全研究。例如，针对秦岭终南山特长公路隧道（
3 相关规范、标准、导则
国际隧道与地下空间协会WG6发布了Guidelines for Structural Fire Resistance for Road Tunnels导则，对公路隧道衬砌结构防火中火灾场景的确定、隧道分类、衬砌材料高温性能、防火保护措施等提出了相应的建议和要求，该导则仍是处方式设计，没有体现性能化设计的思想（ITA，2005）。
国际道路协会PIARC的WG6于1999年发布了Fire and Smoke Control in Road Tunnels 05.05.B，2002年发布了PIARC Proposal on the Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures，2004年发布了Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels等导则，在隧道火灾场景确定、烟流控制、结构耐火设计准则等方面提出了详细的要求和建议（PIARC，1999，2002，2004）。
欧盟对欧洲的公路、铁路隧道发行了指导性文件，包括（Haack，2006）：①Directive 2004/54/EC Minimum Safety Requirements for Tunnels in the Trans－European Road Network；②Directive 2004/49/EC Safety on the Community’s Railways；③Directive 1995/18/EC The Licensing of Railway Undertakings（修订版）；④Directive 2001/14/EC The Allocation of Railway Infrastructure Capacity and the Levying of Charges for the use of Railway Infrastructure and Safety Certification。
2001年世界经济合作与发展组织OECD（Organization for Economic Cooperation and Development）与国际道路协会PIARC发布了报告Safety in Tunnels－Transport of Dangerous Goods through Road Tunnels，对危险品通过隧道建立了风险评估和决策支持系统。
德国1985年制定了RABT Guidelines for Equipment and Operation of Road Tunnels，1994年进行了第一次修订，2003年进行了第二次修订。1995年又制定了ZTV－Tunnel Additional Technical Conditions for the Construction of Road Tunnels，对隧道内升温曲线以及结构的防火措施进行了规定。铁路隧道方面，1997年德国制定了EBA－Rail Structural and Operational Demands for the Protection against Fire and Catastrophes in Railway Tunnels，对隧道内逃生通道、紧急出口、照明、信号指示、紧急通讯等进行了规定。地铁隧道方面，德国1987年制定了Guidelines for Construction and Operation of Trams and Subways，1991年制定了BOStrab－Tunnel Construction Guidelines对隧道出口、紧急通道、紧急照明、供电等进行了规定（Haack，2006）
荷兰制定了TNO 98-CVB-R1161 Fire Protection for Tunnels、TNO BI-86-64/00.65.8.0020 Specifications for Temperature Resistance of Boosters and Description of Testing Method，对隧道火灾场景确定、隧道衬砌结构耐火测试方法进行了规定（RWS，1998；FIT，2002）。
英国制定了BD78/99 Design Manual for Roads and Bridges用于指导运用消防安全工程方法对隧道进行防火设计（FIT，2002）。
法国2002年制定了Risk Studies for Road Tunnels, Methodology Guideline（Preliminary version），给出了典型火灾热释放率、CO、CO2生成量及氧消耗量的取值（FIT，2002）。
瑞士联邦公路办公室ASTRA（Swiss Federal Roads Office）制定了Guidelines for the Design of Road Tunnels以及Ventilation of Road Tunnels, Selection of System, Design and Operation（2001）（FIT，2002）。
挪威2000年发布了隧道火灾风险分析导则Risk Analysis of Fire in Road Tunnels（Guideline for NS 3901），给出了用于风险分析的隧道火灾场景（FIT，2002）。
瑞典制定了Tunnel 99，其中第四节对隧道防火作了专门规定，包括火灾探测、烟流控制、逃生救援等内容（FIT，2002）。
美国消防协会NFPA制定了NFPA 502 Standard for Road Tunnel，Bridges，and other Limited Access Highway，对不同类型隧道的消防要求进行了规定，包括火灾探测、火灾通风、火灾消防设备（NFPA，1998）。美国联邦公路管理局FHWA（1984）发布了报告Prevention and Control of Highway Tunnels Fires（FHWA/RD-83/032），对既有、新建隧道的火灾逃生、火灾风险分析及控制、火灾损害以及火灾救援等提供了建议。
澳大利亚制定了基于性能化设计的工程标准BSS 02 Engineering Standard）Design and Installation-Tunnel Fire Safety-New Passenger Railway Tunnels对电气化铁路新建隧道及既有隧道改扩建中的防火设计（通风、照明、结构、消防、报警等）进行了详细的规定（ARTC，2005）。
日本制定了《日本建设省道路隧道紧急用设施设置基准》，根据隧道长度和交通量对公路隧道的火灾防护提出了要求（倪照鹏和陈海云，2003；张硕生等，2003）。
我国《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）、《地铁设计规范》（GB 50157-2013）、《建筑设计防火规范》（GB 50016-2012）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-1997）、《公路隧道通风设计细则》（JTG-TD70-2-02-2014）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）、《人民防空工程设计防火规范》（GB 50098-2009）、《线型光纤感温火灾探测器》（GB/T 21197-2007）、《线型光纤感温火灾探测器》（GB/T 21197-2007）、《公路隧道火灾报警系统技术条件》（JT/T 610-2004）、《光纤光栅感温火灾报警系统设计、施工及验收规范》（DB34/T 856-2008）以及《公路隧道消防技术规程》（DBJ 53-14-2005）等这些规范、标准对道路隧道、地铁及其他地下工程的火灾报警、通风排烟、消防与疏散救援等做了相关规定。
参考文献：