0 引言

黑山南北高速公路作为黑山历史上首条高速公路，被誉为“世纪工程”，其设计、施工总承包工作由中国企业承担。该项目是中国企业在欧洲实施的技术要求最高、施工难度最大、建设标准最严、资源整合最难的高速公路项目。先行段全长为40.8 km，其中主线桥梁20座，隧道16座，隧道单洞总长为36 km，桥隧比超过60%。主要控制性工程为Moracica大桥，以及长达3 km的Vjeternik隧道，其中隧道地质结构复杂，隧道内水量较大，需要采取的防水措施教多，给后续施工造成较大困难，对工期影响也较大。目前先行段已于2022年7月通车。

黑山项目全过程基本采用欧盟以及德国、奥地利、塞尔维亚等欧洲国家标准，其中隧道火灾风险评估报告、防火主设计均由克罗地亚著名防火研究机构参与，并通过黑山国家设计委员会(SRP)组织的欧洲各国防火专家的审查。项目建设全程由法国和意大利企业的工程师进行监理，所选设备基本都在欧洲当地生产，因此其隧道防火理念可以反映中东欧国家乃至整个欧洲地区的技术水平和建设理念。

因此本研究以黑山南北高速公路为例，对设计、施工阶段中的隧道防火设计理念进行研究，并与中国隧道防火理念进行对比，为指导中国企业在中东欧国家进一步开展隧道防火建设提供指导，同时也为中国隧道防火安全建设提供借鉴。

1 隧道火灾风险评估 1.1 国内外研究现状

中东欧国家公路隧道在设计之前必须进行隧道火灾风险评估，一般由具备欧盟认可的防火资质且独立于公路建设业主的第三方进行评估。评估主要针对与火灾安全相关的隧道设施配置规模，评估结论需提交给业主，并要求设计单位严格依据评估结果开展设计。

中国公路项目安全评价主要针对主线结构和车辆驾驶安全，一般不涉及隧道防火安全。港珠澳大桥等重大项目所做的消防安全评估由于规范不同，其评估理念、方法与中东欧国家差别较大。此外，部分国内项目业主委托科研机构或者大学院校进行隧道防火方案评估，但此项评估一般是在设计完成后进行，并且主要内容是根据规范对各类防火设施设计进行核查，其评估阶段不同，并且评估报告深度以及规范性、专业性等无法达到欧洲火灾风险评估报告的程度。

此外，国内设计主要参照《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》 (JTG D70/2—2014)^[1]，此规范基于隧道长度、交通量等因素，按照A+，A，B，C，D等级对隧道进行划分。每座隧道根据等级不同，设置不同规模的照明、通风、监控、紧急呼叫、消防等机电设施。

1.2 隧道火灾风险评估主要内容

火灾风险评估主要依据奥地利道路铁路交通研究协会的《隧道工作安全装置和设备设计指南》(RVS 9.282)^[2]，本研究主要公式均引自该指南，通过分析交通量等潜在风险确定隧道危险等级，并根据危险等级得出隧道所需最小安全系数。最后根据隧道所需配置的操作与安全装置计算出安全系数，并校验是否大于最小安全系数，若小于最小安全系数，则需要增加隧道操作与安全装置。

1.2.1 潜在风险

潜在风险可表示为：

(1)

式中，MSV为相关小时交通量，基于第30 h内的交通量时间分布确定；g_R为单双向交通情况，单向交通取1.0，双向交通取2.0；g_K为隧道内无互联情况时取1.0，有互联情况时取1.5，在隧道前后有互联时取1.2，隧道内有交叉情况时取2.5，在隧道前后交叉情况时取2.0；g_G为每天运输危险货物次数，不超过10次取1.0，不超过50次取1.5，超过50次取2.0。

1.2.2 危险等级

中东欧国家公路隧道危险等级划分如表 1所示。

隧道危险等级划分概念与中国JTG D70/2—2014标准中的隧道等级划分概念类似。中国隧道等级是由交通量、隧道长度等关键因素确定，而中东欧国家隧道危险等级是由多个因素计算叠加的隧道潜在风险确定。中国隧道等级用于确定所有隧道机电设施配置规模，而中东欧国家隧道危险等级只是确定隧道防火安全装置的配置规模。

1.2.3 安全系数

中东欧国家对隧道安全评价有安全系数的理念，中国尚无此类安全评价标准，安全系数可表示为:

(2)

(3)

(4)

式中，S_R为改善排烟措施；S_W为距离要素；R_Q为隧道轮廓，R_Q=H/5，H为隧道照明设置高度；R_A为排烟口安装，当隧道采用纵向通风时，R_A=800/a，a为纵向通风烟雾抽吸装置间的距离，如无烟雾抽吸装置，则与隧道长度相同，隧道采取半横向或横向通风时，R_A=1+V/80，V为隧道最不利标段抽吸烟雾总量(m³/s)；W_F为疏散路线要素，W_F=2.0-F，F为疏散路线距离；W_E为应急服务机构干预路线要素，W_E=1.5-0.1 L，L为隧道内应急车辆(消防员、救护车)路线距离；S_B为工作要素，表达式为：

(5)

式中，B_i为不同监控设施的不同评价得分。监控中心持续存在时，B_w=2.0，在第1个监控点持续存在B_A=0.5，设置闭路电视监控系统，B_ü=0.5，设置事件检测B_St=0.5，设置危险货物自动检测B_G=1.0，自动允许危险货物通过B_D=0.5，在相关地点及隧道两入口设置消防队B₀=1.0，设置火灾报警装置B_B=1.0，设置火灾自动检测装置B_S=0.5，设置无线电通信B_T=0.5。

1.3 火灾评估实例

以黑山南北高速公路7^#隧道Vjeternik为例，该隧道长为3 039 m，灯具安装高度为6.6 m，MSV为2 200 veh/h。基于项目情况，g_R=1.0，g_K=1.0，g_G=2.0。因此其潜在风险G=4 400。

根据潜在风险查表 1得出隧道危险等级，确定Vjeternik隧道危险等级为Ⅲ级，属于具备其他风险的高流量隧道，所需最小安全系数S_min为10。

(1) 根据隧道长度和灯具安装高度，S_R=1.58；

(2) 应急车辆路线里程最长距离为250 m，且横向人行道距离为250 m，S_W=3.23；

(3) B_A=0.5，B_ü=0.5，B_St=0.5，B_D=0.5，B_B=1.0，B_S=0.5，B_T=0.5，因此S_B=1+∑B_i=1+0.5+0.5+0.5+0.5+1.0+0.5+0.5=5.0。

在当前隧道防火安全配置情况下，计算结果S=25.5，大于S_min，该隧道满足火灾风险要求。

根据以上评估，在隧道设计阶段，应按照不大于250 m间距设置人行通道，同时需设置照明、通风、闭路电视监控、火灾报警、自动火灾检测、事件检测、无线电等必要机电设施，并设置人员值班监控。本实例选择的隧道较长，潜在风险较高，对于短隧道通过评估，可以不设置通风、无线电等安全装置。火灾风险评估将隧道的关键要素进行量化，对于指导后期建设具有非常明确的指向和针对意义，避免后期建设阶段防火设施不完善。

2 人员疏散逃生理念

中东欧国家公路隧道主设计注重人员疏散逃生。按照“以人为本”的安全理念，强调被困隧道人员的疏散应在最不利条件8 min (未被扰乱的烟雾分层估算时间)内开展，这符合在烟雾弥漫到低处前进行疏散的要求，同时也符合一个未受保护的人能承受最大空气温度80 ℃的持续时间为15 min。

在进行隧道疏散逃生分析之前，首先引入“空间占用”概念，即发生事故时隧道空间中的车辆类型和数量。再从车辆类型和数量推算出需要疏散的人员数量。隧道交通是一个动态、不平衡的过程，且由多种因素决定。车辆数量和类型也取决于事故发生季节、一天内时间段、周边地区经济活动、实时交通限制等，同时事故发生时，隧道内车辆数量还取决于与入口相关的事故发生地点。出于分析目的，本研究假定按照最不利状况，事故发生在较长隧洞的隧道中间，并假设交通量紧张、无限制，且入口禁止或限制信号设备未被激活。

根据欧洲议会指令《关于泛欧公路网隧道的最低安全要求》(2004/54/EC)^[3]第3.9条规定，两辆行驶车辆之间的间距不得小于5 m。假定每辆车平均长度为7 m，这表明基于规定的最小车间距，一辆车在隧道内至少占用的长度为12 m。以Vjeternik隧道为例，根据隧道长度计算出隧道内发生事故时，双车道车辆总数约为254辆。

根据工可中的车型比例，巴士在客运总流量结构中所占份额约为3%，货车约占8%，根据此设定可以计算出事故发生时隧道内可能有20辆装载不同货物的卡车、8辆巴士和226辆轿车。根据所述车数量与车型标准，每辆小客车平均乘坐2人，每辆卡车平均乘坐1人，每辆巴士平均乘坐40人，在隧道内发生事故时，则总计792人可能会遇到危险，必须确保及时疏散这些人员。

假定按照最不利情况，即在行人疏散出口前方发生火灾事故，从而阻止使用该通道疏散。事故附近的人员必须走过250 m以到达出口或疏散通道，时间计算如表 2所示，可以得出该隧道人员总疏散时间满足不大于8 min的要求。

3 消防救援理念

中东欧国家公路隧道机电主设计中还包括计算最不利情况下对消防队到达隧道现场时间进行分析，包括火灾探测反应时间、警报确认时间、消防队反应时间、到达火灾现场时间。总时间必须满足消防部门对火灾执行的标准义务(T≤10 min)，以及维持烟雾分层的标准(T≤8 min)。通过计算结果分析消防队配置距离是否满足要求，是否需要在隧道附近增加消防队。

同样以Vjeternik隧道为例，假设在隧道内K19+914处发生火灾：

(1) 火灾探测反应时间为35~80 s。

(2) 警报确认时间为0 s。

(3) 消防队反应时间为80 s。

(4) 到达火灾现场时间为195 s：其中L1=900 m，沿线路段行驶速度按照40 km/h计算，需要81 s；L2=3.811 m, 高速公路行驶速度按照120 km/h计算，需要114 s。

时间总计需要4 min 50 s~5 min 35 s，满足时间要求。

中国没有针对消防救援进行专门的计算，仅在《高速公路隧道监控系统模式》 (GB/T 18567—2010)^[4]的5.2条中规定：高速公路隧道监控系统救援功能应与养护工区、路政、公安、消防、医院等专业或社会应急系统联网，以提供必要的应急救援保障。

4 防火安全理念

此外，中东欧国家还有部分隧道防火安全理念与中国不同，主要区别如下：

(1) 设备整体防火性能要求

中东欧国家隧道内桥架、电缆等设备选型材质，按照防火E90等级要求，即电缆和用于吊架的所有其他设备必须是耐火型，并经过测试符合德国标准化学会《建筑材料防火性能要求和测试分类等级》(DIN 4102)^[5]。同时，此标准要求电缆与桥架需配合进行E90整体耐火测试。中国JTG D70/2—2014标准及《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01—2014)^[6]中规定隧道内重要电缆采用耐火电缆，部分电缆可以采用阻燃电缆，相较中东欧国家标准略低，并且国内没有桥架和电缆整体防火性能测试的要求。

(2) 火灾载荷计算要求

中东欧国家结合隧道内沥青固定火灾载荷，同时根据交通量分析计算出车辆种类和数量，再计算出可变火灾载荷，将两者累加作为总火灾载荷以确定隧道防火设备配置规模。中国《公路隧道通风设计细则》(JTG/T D70/2-02—2014)^[7]中，主要根据公路等级、隧道长度确定隧道火灾最大热释放率，最低为20 MW，最高为30 MW，相比中东欧国家隧道取值较低。

(3) 防火分区理念

中东欧国家隧道内严格划分防火分区，防火分区包括交通主洞、隧道洞口处变电站、电气壁龛、电力电缆槽、安全电缆与信号装置管道、SOS壁龛标段等区域。为保证防火分区之间火灾严格隔离，需要保证隧道内所有墙壁开口，例如防火门、电气和其他装置的密封剂、通风口等都应使用耐火元件进行封装。中国JTG D70/2—2014标准中未明确规定消防分区，但是根据建筑防火相关规定，一般按照隧道左、右洞，横洞等划分防火分区，对设备之间的防火隔断要求也没有中东欧国家隧道严格。

(4) 防火门设置要求

中东欧国家隧道车行横洞兼顾人行需求，这个理念与中国基本相同，但是中东欧国家隧道车行横洞设置的防火门尺寸非常大，并在两边加装有可以手动开启的专用人员疏散门。根据JTG D70/2—2014标准要求，中国车行横洞门采用卷帘门。卷帘门在停电等情况下很难开启，但是在卷帘门两侧设置人员疏散门又会侵入建筑限界。因此中国有必要在今后将车行横洞尺寸拓宽，以满足卷帘门两侧增加手动专用人员疏散门的需求。

(5) 联动信号装置设置要求

中东欧国家隧道洞内设置有紧急报警壁龛，壁龛机柜中设置有灭火器，灭火器升举时，将向交通管理与控制中心(TMCC)发出危险信号。隧道洞内设置有消火栓壁龛，在消火栓壁龛门开启时，将向TMCC发出信号。中国常规不设置灭火器触发信号，在灭火器丢失时无法及时发现和补充。

(6) 无线电设备设置要求

中东欧国家隧道超过1 000 m将设置无线电设备^[8]，满足消防员、警察和道路维修服务之间的紧急服务通信，可选定一个电台频率由TMCC操作员发送紧急信息给隧道用户。中国规范没有对无线电有相关要求，隧道内一般也不设置无线电系统。

5 结论

经过中东欧国家与中国隧道防火理念详细对比，并参考相关文献^[9-18]，得出结论如下：

(1) 中东欧国家隧道防火理念结合欧洲多年的建设、运营等经验，尤其结合了英法海峡隧道、法意勃朗峰隧道等隧道火灾事故等教训，因此较中国标准要求更为严格。

(2) 中东欧国家在建设前期会对隧道防火安全进行评估，用于指导设计和施工，这种防火评估模式具有一定借鉴意义，建议国内隧道较多或隧道长度较长的项目将防火评估作为常规要求。

(3) 中东欧国家对于隧道内人员疏散、消防救援效果进行量化计算，部分量化公式可以考虑借鉴，有助于提高隧道发生事故时的疏散和救援效率，建议国内项目在进行防火评估中引入量化公式。

(4) 中东欧国家对隧道设备防火性能、防火分区划分，防火设施材质抗腐蚀、防火门设置、长隧道无线电设施等要求，均对中国提升隧道安全性有借鉴作用。建议中国隧道机电规范可以结合经济、安全等实际情况，适当补充部分要求。

(5) 中东欧国家关于联动信号设置等要求，对提升隧道管理的智能性有一定作用，且对项目整体造价影响不大，建议在项目设计实施阶段采用。

通过对中东欧隧道防火理念进行研究、总结和学习，中国在进行隧道建设时可以参考借鉴，有助于完善国内隧道防火设施建设。同时，有助于中国企业在中东欧国家乃至整个欧洲地区扩大隧道建设市场，为践行国家“一带一路”倡议做出更大贡献。