《Fire》：Fire Evolution Mechanisms and Protection Technologies in Urban Utility Tunnel Power Compartments: State-of-the-Art, Challenges, and Future Perspectives
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随着全球城市化向集约化地下空间利用转型，综合管廊已成为不可或缺的“城市生命线”。在其各舱室中，电力舱是最关键也最脆弱的区域，其特点是高密度火灾荷载和极端受限边界约束。本综述总结并批判性讨论了综合管廊消防安全的最新研究进展，建立了一个从基础物理机制到先进工程应用
随着全球城市化向集约化地下空间利用转型，综合管廊已成为不可或缺的“城市生命线”。在其各舱室中，电力舱是最关键也最脆弱的区域，其特点是高密度火灾荷载和极端受限边界约束。本综述总结并批判性讨论了综合管廊消防安全的最新研究进展，建立了一个从基础物理机制到先进工程应用的整体框架。综述聚焦于电力舱特有的火灾动力学特性，包括电缆老化引燃、多向火焰蔓延、热释放速率及烟气输运行为。随后，本研究批判性评估了现行消防规范的局限性，并指出了缩尺实验和计算流体力学（CFD）模拟在处理复杂异质拓扑结构时存在的方法学空白。在消防安全防护方面，本文归纳并分析了智能防控的前沿方向，包括纳米增强本质安全材料、基于人工智能（AI）的数字孪生框架以实现实时态势感知，以及“气-液-固”协同灭火系统（如液氮和细水雾）。最后，提出了未来的研究战略路线图，倡导从“直线段”分析转向“全网络”韧性评估。本综述旨在为韧性地下城市基础设施的下一代智能消防系统开发提供指导。
2. 火灾动力学与演化机制
2.1 电缆老化引燃机理与成束燃烧特性
电缆绝缘层在长期运行中承受热、电、机械等多重应力，其老化降解构成火灾发生的内部诱因。老化导致绝缘电阻呈指数级下降，局部热点引发的泄漏电流最终触发“热失控”。老化不仅降低材料的活化能，还改变整体燃烧行为：早期形成的氧化层可能短暂延迟点火时间，但严重老化会显著加速热解速率，使老化电缆隧道内的初期火灾增长速率远高于新建隧道。在燃烧特性方面，密集排列的电缆表现出显著的“成束荷载效应”。例如，在特定间距配置下，下层火焰释放的热量被相邻电缆层有效吸收，导致表观热解效率超过100%。受限空间中电缆火灾的燃烧强度受氧气可用性与围护壁面及烟气层热反馈的耦合效应控制。当隧道封堵率超过75%时，因供氧不足可发生火灾自熄，而极限氧浓度（LOC）取决于辐射加热条件和电缆结构。纵向通风与舱室封堵共同影响电缆火蔓延和烟气输运。因此，封堵率和通风条件应联合考虑而非独立对待。环境压力变化也会改变燃烧特性：升高的环境压力加速了倾斜导线上火焰的蔓延，其机理在于空气密度增加改变了火焰对燃料的传热方式。
2.2 多向火焰蔓延与耦合机制
电力舱内电缆的分层布置在地下受限空间中形成了有别于普通平面火灾的三维火蔓延网络。电缆间距和桥架层间垂直距离共同影响空气卷吸和电缆间传热。较小的间距促进火焰融合和相互预热，而较大间距则削弱火焰相互作用。多层桥架间距对火灾强度存在非单调效应。增加桥架层数和改变点火位置增强了多向火蔓延和熔融滴落引起的二次燃烧。隧道侧壁和顶棚对卷吸的限制显著抑制了近壁火灾的发展，但这种限制往往通过诱导火焰延伸效应强化纵向热反馈。纵向气流和倾斜或弯曲布局通常增强未燃电缆的预热并加速火蔓延。电缆水平与垂直安装方向的差异决定了浮力对火焰传播的贡献。在带电条件下，过载电流增强导体焦耳热并可提前引燃，外部交流电场通过离子风效应改变火焰锋面结构。电-热耦合作用增强了绝缘层的熔融滴落、加快了火蔓延速度，并使熄灭距离大于不带电条件。总体而言，多向火蔓延由电缆状态、几何布置、通风和空间约束的耦合作用主导，横向、纵向和竖向火蔓延的相对重要性及其相互作用取决于这些因素的综合效果。
2.3 热释放速率与烟气输运特性
电力电缆舱室火灾通常表现为高温和复杂热场演化。电缆火灾温度可接近约900℃，表明预制管廊存在较大的温度梯度、热应力和材料劣化风险。阻塞比和竖向火源位置通过改变局部热量积累共同影响最大顶棚温升和纵向温度衰减。连接类型、非均匀加热和应力重分布控制着预制管廊的耐火性能和火灾后残余承载力。对于长窄管廊中的烟气输运，自然通风条件下火源尺寸、位置和电缆类型影响燃烧强度和顶棚温升，而纵向通风改变烟羽行为和烟气逆流长度。在封闭或一端封闭隧道中，烟气积聚、背景加热和非对称供气进一步改变最大顶棚温度和纵向温度衰减。不规则节点（L形、T形和十字形）在主隧道和分支间重新分配烟气流路，产生不均匀的温度、烟气层厚度和一氧化碳（CO）浓度分布。双火源和端壁诱导的烟气回流可加剧局部热量积累。防火隔板可减少向上层桥架的火焰蔓延并延缓或降低峰值顶棚温度，而防火分区、挡烟垂壁和机械排烟的联合使用可进一步延缓烟气传播并降低温度和烟气浓度。曲线顶棚和侧壁约束通过其对未燃燃料输运、空气卷吸、浮力和火源位置的共同作用，改变了烟羽撞击后的火焰纵向和横向延伸及温度衰减。因此，热释放速率（HRR）、火蔓延和烟气运动应被解释为相互作用的过程而非独立的火灾特征。
