赖金星1， 周 慧1，*， 程 飞1， 汪 珂2， 冯志华1
(1. 长安大学公路学院， 陕西 西安 710064; 2. 中铁第一勘察设计院集团有限公司， 陕西 西安 710043)
摘要：为研究公路隧道火灾事故的发生规律，通过对2000—2015年我国隧道火灾事故的统计分析，获得公路隧道火灾事故发生的原因、特点和产生的后果，以及隧道火灾的发生频率、车辆分布、时间分布和地区分布等规律特征。结果表明： 车辆自身故障是诱发隧道火灾的主要因素，约占总数的63%； 火灾造成人员伤亡的事故占16.3%，造成隧道结构受损的事故占24.8%，后果较为严重； 货车是引起火灾的主要车型； 夏季和冬季是火灾的频发季节，且年平均月分布呈现“W”形分布规律； 山区及经济发达地区火灾次数相对较多。最后基于统计结果提出进一步减少隧道火灾事故的针对性建议，指出今后防火减灾对策的研究方向。
关键词：公路隧道； 火灾； 分布特征； 防灾减灾
进入21世纪以来，我国公路隧道的建设如火如荼，至2015年底，已有公路隧道14 006座，总长12 683.9 km，我国已成为世界上隧道工程建设规模最大、数量最多的国家。然而在公路隧道为人们生产、生活做出贡献的同时，其发生火灾事故的频率也在增加。相比普通开放式道路，公路隧道发生的事故数量相对较少，但其后果及影响往往较大，尤其是一旦发生火灾，后果可能是极其有破坏性和危险性的[1]。隧道结构具有狭长、筒状和密闭的特点,在其内发生火灾事故时,人员疏散与消防救援较其他建筑物更为困难,加之在封闭空间内排烟和散热条件差,载重汽车或油罐车等着火时,温度常达1 000 ℃以上，火灾扑救相当困难，严重的火灾事故将造成大量的人员伤亡和经济损失，对社会产生严重的负面影响[2]。探究隧道火灾发生的规律特征和防治火灾事故已成为当前研究的热点和难点。
国内外学者在模型实验以及数值模拟方面对火灾时隧道内温度变化规律以及火焰动态特性等进行了大量研究，取得了丰硕的成果[3-4]。而从调研统计角度对隧道火灾的研究却相对较少。蒋树屏[5]对猫狸岭隧道特大火灾进行详细调查，对火灾的防治提出了若干建议；康晓龙等[6]、曾磊等[7]、赵峰等[8]对国内外多起公路隧道火灾事故调查统计，分析了火灾事故产生的原因特点和分布规律，提出减少火灾事故的对策与建议。这些成果极大促进了隧道火灾的研究与进展，但对公路隧道火灾事故的统计数据和信息尚不全面，特别是随着近10年来我国隧道数量呈跨越式的增长，隧道火灾规律特点以及分布特征等有待进一步研究。鉴于此，文章通过调查收集2000—2015年我国公路隧道的153起火灾事故，统计分析我国公路隧道火灾的起因、产生的后果危害以及规律特点和分布特征，最后根据统计结果提出新的针对性建议和对策，指出今后隧道防火减灾对策的研究方向。
隧道内发生火灾事故的数量相对于交通事故较少，在对其统计分析时，一次火灾发生对整个隧道火灾的发生频率等均有较大的影响，世界道路协会(Permanent International Association of Road Congress，PIARC)认为隧道火灾的统计需要5—10年的统计周期。笔者通过交通局部门、国家安全生产监督管理总局的事故查询系统和网络报道以及相关文献等多渠道调查收集了中国2000—2015来发生的153起大中型隧道火灾事故案例，并对数据进行相关的统计分析。表1列出了我国近年来部分典型的隧道火灾事故案例及概况。
表1 我国公路隧道火灾事故部分典型案例
Table 1 Some typical cases of fire accidents in highway tunnels in China
年份隧道名称地点隧道长度/km火灾起因事故危害及损失人员伤亡车辆损失隧道结构及设施损失2002年猫狸岭隧道浙江3.616发动机起火无1辆大货车烧毁 约200m隧道受损,墙面出现剥落,设施瘫痪严重2006年温泉隧道广东0.405货车轮胎爆裂起火无货车烧毁 隧道照明设备和防火层严重损毁2007年重庆大学城隧道重庆3.875客车自燃6人受伤1辆中巴车烧毁隧道照明排风电线烧毁2008年大宝山隧道广东3.150“二甲苯”泄漏并剧烈燃烧2人死亡车辆烧毁 隧道顶水泥钢筋脱落,且封闭1个多月维修2010年大溪岭隧道浙江4.116半挂车轮胎起火无9辆车烧毁机电设施受损,交通中断7h2011年新七道梁隧道甘肃4.0102辆罐车追尾着火4人死亡,1人受伤3辆车烧毁 整个隧道电路瘫痪,大量设施、隧道结构及路面毁损2012年桃花沟隧道甘肃0.4392车追尾,30t硝基苯爆燃3人受伤1辆半挂车烧毁 隧道拱顶烧毁,混凝土大面积剥落,封闭6h2013年季家坡隧道湖北3.584轮胎起火无22辆新车烧毁无2014年岩后隧道山西0.786甲醇车追尾31人死亡,9人失踪42辆车烧毁隧道3处混凝土脱落
1.1 公路隧道火灾的起因分析
引起我国公路隧道火灾的原因多种多样，甚至是多种因素造成的，归纳分析主要有以下3大类： 车辆自身故障、车辆交通事故以及其他原因。公路隧道火灾事故的起因见图1。可以看出，引起我国隧道火灾的主要原因是车辆自身故障，占总数的63%，其中包括车辆发动机起火(22%)、车辆轮胎起火(18%)、车辆电器线路起火(7%)以及车辆自身其他原因起火(16%)；车辆交通事故导致的火灾也相对较多，共发生28起，占18%；车载货物自燃引发火灾占7%，原因不详的占12%。总体来说，各种形式的自燃是诱发隧道火灾的直接原因。
1.2 公路隧道火灾的特点
隧道火灾的发生不同于一般火灾，通过对多起隧道火灾案例分析，其特点主要有： 产生的烟雾大、温度高，隧道内能见度降低；容易引起爆炸，火势蔓延迅速；成灾过程快，持续时间长；洞内空间狭长密闭，人员逃生和疏散较为困难，应急救援难度大；易造成交通堵塞，引发二次火灾；具有随机性和不可预见性。
图1 公路隧道火灾事故的起因
Fig. 1 Proportions of causes of fire accidents in highway tunnels
1.3 公路隧道火灾产生的后果及危害
公路隧道火灾事故主要造成人员的伤亡、车辆的损毁、隧道设施的损坏以及隧道结构的破坏等方面的危害，此外火灾也会造成正常交通的中断。根据对涉及的153起公路隧道火灾事故进行统计，如图2所示，导致人员死亡的火灾事故有25起，至少造成78人死亡，隧道设备设施以及结构受损的事故共38起，而统计的事故中仅有1起事故车辆未受到损害，其余事故中车辆不同程度受到烧毁。这可能由于本文仅统计了我国近年来有较大影响的火灾的缘故。
图2 公路隧道火灾产生的后果
Fig. 2 Consequences of fire in highway tunnels
1)隧道火灾对人的伤害。如图3所示，在统计的数据资料中，造成人员伤亡的火灾事故共25起，至少造成78人死亡，占16.3%；无人员伤亡的事故共116起，占75.9%；7.8%的事故人员伤亡情况不详。可以看出，虽然我国公路隧道绝大多数火灾事故无人员伤害，但造成人员伤亡的事故比例仍然相对较高，死亡人数较多。主要原因是隧道发生火灾时，相对封闭的空间内将消耗大量氧气同时产生CO、CH和烟雾等有害气体,而当氧气体积分数低于10%、CO体积分数高于0.12%时，洞内人员将会丧失逃生能力，尤其在特长隧道内，逃生和救援更加困难；另一方面由交通事故引发的隧道火灾也增加了人员的伤亡比例。
图3 隧道火灾对人员的伤害
Fig. 3 Injury to human beings caused by tunnel fire accidents
2)火灾对隧道结构和设施的破坏。在153起公路隧道火灾中，对隧道结构及设施造成损害的事故共38起，占总数的24.8%，如图4所示，火灾后果较为严重。而据调查统计挪威隧道火灾造成隧道受损的比例仅为14.8%[9]。隧道内发生火灾时，温度常常高达1 000 ℃，对于衬砌混凝土结构，在高温作用下,钢筋与混凝土的黏着力基本丧失,钢筋的抗拉强度下降致使结构的整体承载力降低，甚至完全丧失。如2008年5月5日，在京珠高速韶关段大宝山隧道出口，一辆载有化学危险品“二甲苯”的罐车被一辆半挂大货车追尾相撞，事故造成危险品泄漏并剧烈燃烧，隧道内部分设施损坏，隧道拱顶被严重烧毁，混凝土块开始脱落； 2011年4月新七道梁隧道2辆罐车追尾着火，导致整个隧道电路瘫痪，隧道内通风、机电设备停止运行。大宝山隧道和新七道梁隧道事故现场如图5所示。
图4 火灾对隧道结构和设施的破坏
Fig. 4 Damages to tunnel structure and facilities caused by fire accidents
3)火灾对车辆的破坏。由于引发隧道火灾的主要因素是各类车辆的活动，在统计的事故中仅有1起火灾车辆未受损伤，其余均受到不同程度的烧毁。尤其是隧道内交通阻塞时，容易引发二次火灾，从而易造成大量车辆被烧毁。如2014年3月1日，山西晋济高速岩后隧道内装有29 t甲醇的重型罐车追尾前面一辆装有29.6 t的甲醇罐车后导致甲醇泄漏而起火，由于甲醇泄漏燃烧的位置恰好在地势高的入口处，火势迅速沿隧道向另一个出口蔓延，先后引起隧道内排队等候通行的33辆运煤车燃烧，事故发生1 h 40 min后，隧道内一辆装有液态天然气的大型车辆又发生了爆炸，火灾事故导致造成40人死亡、12人受伤和42辆车烧毁，造成直接经济损失约8 197万元。岩后隧道火灾事故现场如图6所示。
(a) 大宝山隧道
(b) 新七道梁隧道
图5 隧道火灾事故现场
Fig. 5 Sites of tunnel fire accidents
图6 岩后隧道火灾事故现场
Fig. 6 Site of fire accident in Yanhou Tunnel
4)火灾对公路交通的影响。图7统计了153起火灾事故造成交通中断的时间分布。可以看出： 火灾造成交通中断的时间为0～4 h的事故占46%； 4～10 h的事故占25%； 超过24 h的事故占16%； 交通中断时间为10～24 h的事故则最少。统计结果说明了我国目前隧道火灾对交通的影响是比较大的，且绝大多数造成交通中断的时间为10 h以下。另外，也从侧面反映了我国目前隧道火灾的监控预警以及隧道结构设计、消防设施布置、应急救援管理体系等仍需进一步完善。
图7 隧道火灾造成交通中断的时间分布
Fig. 7 Distribution of traffic disruption time caused by tunnel fire accidents
2.1 时空分布
隧道火灾事故发生的月分布如图8所示，年平均月整体成“W”形分布。考虑我国实际情况，即以3、4、5月为春季，依次顺推。从图8可以看出，夏季和冬季是隧道火灾事故的多发季节，所占比例最大，春季次之，秋季最少。其中春季隧道火灾发生的概率为21.6%，夏季为30.1%，冬季为32.7%，秋季仅占15.6%。春季和冬季由于路面摩擦因数小，而且大雾天气比较多，特别是冬季路面状况不好极易导致交通事故进而发展为隧道火灾事故，导致冬季的隧道火灾发生频率较高，且在1月达到最高； 另一方面1月也是中国人历年返家过年团圆的高峰期，各大公路交通量显著增加，使得火灾发生的概率进一步提高。夏季高温干燥的天气一定程度上增加了发生隧道火灾的频率，特别是重型车辆轮胎起火，发动机和电器线路起火以及货物自燃，从而导致隧道火灾发生。
图8 公路隧道火灾事故时间分布
Fig. 8 Time distribution of fire accidents in highway tunnels
统计发现，公路隧道出入口，尤其是隧道连接有长陡坡路段的洞口通常是火灾事故的多发点。一方面由于在冬季隧道出入口路面结冰等导致路况较差易引发交通事故[10]；另一方面长大公路隧道出入口常伴随有明适应和暗适应的现象，受视线影响，车速如果过快极易导致追尾等交通事故进而引发隧道火灾。此外笔者统计和查阅相关报道发现，事实上，当驾驶员在隧道内发现车辆异常时，常常会将车辆快速驶出洞外，这也一定程度上使得火灾真正发生时出现在洞口或接近洞口或是洞外的一定范围内。当隧道衔接有长陡坡路段时，一些重型车辆长时间的制动使刹车片温度过高而自燃，刹车失效容易追尾发生交通事故而引发火灾。
2.2 车辆类型分布
从发生火灾事故的车辆类型来看，隧道火灾车辆基本分为货车(包括普通货车和罐车等)、小汽车、客车、挂车(全挂车和半挂车)及其他车辆。公路隧道火灾事故的车辆类型分布如图9所示。可以看出，货车为隧道火灾事故的主要车型，所占比例为52%，小汽车次之，占24.8%。而据统计的公路隧道交通事故中，小汽车比例最高，货车所占比例次之[10-11]，由此可见货车更易引发隧道火灾。此外在153起隧道火灾事故中，涉及到车载有易燃易爆等危险品的事故有15起，且每起事故都较为严重。在隧道运营管理中要特别注意货车和危险品运输的管理，同时尽可能避免交通事故的发生。
图9 公路隧道火灾事故的车辆类型分布
Fig. 9 Vehicle type distribution of tunnel fire accidents
2.3 公路隧道火灾的地区分布
通过对隧道火灾事故发生的地域统计，如表2所示。具有关资料记载和相关报道的大中型火灾事故中共发生在22个省、直辖市和自治区，其中发生次数最多的为华东地区，其次为华中以及西南地区。可以看出： 火灾事故主要集中在经济较发达和多山地区，一方面，山岭地区长大公路隧道、特长隧道的数量所占比例较高，一定程度上增加了火灾发生的频率，例如浙江省于2011年山岭公路隧道总数量已达1 130座，为全国之最[12]；另一方面，山岭地区隧道设计坡度有时较大，或是经常连接有长陡坡路段，各类车辆尤其是重型车辆长时间制动极易造成刹车失效、轮胎起火或发动机起火等导致火灾的发生。此外经济发达地区，交通量大，各类车辆混杂，增加了交通事故以及火灾发生的可能性。
表2 153起公路隧道火灾事故的地区分布
Table 2 Regional distribution of 153 fire accidents in highway tunnels
地区省份事故数合计华南西南西北东北广东10广西4云南2贵州14重庆8四川4青海2甘肃6陕西14辽宁2吉林21428224地区省份事故数合计华中华东华北湖南4湖北24河南2山东2江西2福建12安徽4浙江28江苏2山西3河北230485
相比国外，尤其是欧洲国家，我国隧道的火灾防灾减灾研究起步较晚，现有的防范对策在一定程度上提高了隧道的运营管理水平，但一般性的已知结果太多且处置效果尚不显著，国内公路隧道运营管理的行业标准至今尚未建立[13]，在统计的火灾案例中，隧道火灾仍较为频发且后果严重，由此充分了解我国隧道火灾的发生规律和研究合理有效的防范对策已是迫在眉睫。针对以上我国公路隧道火灾的统计分析，对公路隧道防火减灾提出以下几点针对性的对策和建议。
1)由上述统计可知，诱发隧道火灾的主要原因在于车辆自身故障，这就决定了行驶车辆的状况和隧道使用者的行为起到举足轻重的作用，尽管相应的防范措施层出不穷，如人员的安全宣传与教育，车辆常规隐患的日常排查等，但是最终效果不够明显，管理者和使用者的重视程度仍不够高，综合能力有待进一步提高。因此应当建立奖罚机制，加大奖罚力度，提高管理者的综合水平；对于驾驶员尤其是持有大型货车的司机建立与个人身份信息绑定的信用评价体系，并定期开展网上安全知识培训和考核，此外日常的行车规范行为等也应计入考核。每年公示公开信用综合得分，对于年度考核不合格的驾驶人员实施暂停货运，再次学习培训合格后方可上岗。
2)货车在火灾中占有相当大的比例，对货车的管理力度应着重加强，特别是对危险品的运输格外重视。管理部门常常对于混入长大或特长隧道中车载危险品的车辆信息尚不清楚，可对运输有易燃易爆等危险品的货车实施RFID技术，即可在隧道出入口设立可识别危险物的智能探测仪，而在运输车辆上贴上标签，当车辆行驶到隧道口如1 km处时，可被路边的探测仪所探测识别，交通管理部门从而对此类货车实行实时追踪，及时与隧道管理部门等实现信息共享，保证货车及危险品等可查可控，必要时对危险品运输提供专用通道，杜绝火灾的发生。
3)隧道火灾发生的时间主要集中在夏季和冬季，在这段时间内应加大管理力度；在节假日特别是春运期间，车流量增大，车辆类型混杂，可增加对各类车辆的盘检，并在隧道内实时限速，保证行车的安全。
4)火灾造成的后果是较为严重的,而统计的多起火灾现场反映洞内防火救护设备少，尤其是消防栓间隔太远，从而延误了灭火时机，造成火灾事态进一步扩大。针对老旧不能达标的隧道，洞内的消防设施如消防栓等在今后的更换设立中建议控制在50 m左右，尽可能减少火灾造成的危害。
5)长大或特长隧道中一旦发生火灾，在交通拥挤的情况下极易发生二次火灾，且消防和救护车辆无法迅速到达现场。而我国虽设有车行横通道，但多数与隧道正洞直交，车辆发生火灾时在交通拥堵的情况下很难转弯。目前一些特长隧道以及海底隧道中已设置有中间服务隧道，在紧急停车带侧面可增设专用灭火隧洞，其与紧急停车带斜交，洞内设置有各类消防设施，在车辆起火初期尽可能地快速驶入该位置进行灭火，从而减少火灾的危害，避免二次火灾的发生。
6)有关公路隧道防火安全等级划分的研究已有一定的成果，但尚未真正建立统一的标准，加之不同的安全等级所对应的防火救灾对策有所不同，今后应结合我国公路隧道建设的实际状况和技术水平建立防火安全等级划分的统一原则，为防火减灾对策研究奠定基础。
7)物联网是近年来兴起的新一代网络技术，广泛应用在各行各业。可以研究开发基于物联网的隧道防火减灾救灾的一体化信息平台，其包括火灾预测预警系统、管理部门能共享的隧道火灾智能咨询系统(其主要涉及各年各类隧道火灾的调研结果以及隧道火灾安全的宣传知识和应急预案等内容)、消防系统以及应急救援系统等。火灾初期通过对洞内的烟雾、热量、火焰等物理量实时采集，从而对火灾进行动态监控和预警，火灾发生时能够自动开启和调整排风排烟及自动灭火装置，同时提供应急和救援决策，实现火灾防灾减灾的自动化、智能化、信息化。
1)我国公路隧道火灾的主要起因是车辆自身故障，占总数的63%；造成人员伤亡的火灾事故共25起，占总数的16.3%，其中至少造成78人死亡；对隧道结构及设施造成损害的事故共38起，占24.8%；造成交通中断时间为0～4 h的事故占46%，4～10 h的事故占25%，火灾后果较为严重；货车是诱发火灾的主要车型；夏季和冬季是我国隧道火灾事故的多发季节，且年平均月呈现“W”形分布规律。隧道出入口，尤其是连接有长陡坡路段的隧道洞口通常是火灾事故的多发点，经济较发达和多山地区隧道发生火灾的次数较多。
2)通过对153起火灾事故的统计分析，较为全面地揭示了我国公路隧道火灾的特点及分布特征，同时对火灾的防范提出新的对策和建议，指出今后防火减灾的研究方向，研究成果为今后隧道火灾的研究提供了有益的参考，以期引起人们对火灾的足够重视。
3)隧道火灾的统计研究耗时长、工作量大，而一些规律特征尤其是发生频率获取需考虑因素较多，受多方面限制难以得出较为准确的数据。今后的课题研究应当加强与交通部门的合作，获取更为详细和准确的数据，如隧道的详细设计资料、年交通总量等，同时建立相关数学模型，对火灾的发生规律进行更为深入的研究；此外，亟需建立有关隧道火灾防范救灾的统一规范和标准，以进一步提高我国隧道的运营管理水平。
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Statistical Analysis of Fire Accidents in Highway Tunnels and Countermeasures for Disaster Prevention and Reduction
LAI Jinxing1, ZHOU Hui1,*, CHENG Fei1, WANG Ke2, FENG Zhihua1
(1. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China;2. China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, Shaanxi, China)
Abstract：The causes, characteristics and consequences and the rules of frequency, vehicle types, time and regional distribution of fire accidents in highway tunnel are obtained by statistically analyzing the tunnel fire accidents in China from 2000 to 2015. The analytical results indicate that: 1) The fault of vehicle was the main factor for fire accident in tunnel, and it takes 63% of total fire accidents. 2) The fire, causes casualties accident, takes 16.3% of total fire accidents; and that, causes damage of tunnel structure, takes 24.8% of total fire accidents. 3) The truck was the main cause of fire. 4) Summer and winter were fire prone seasons, and the annual fire distribution presented a “W” shape. 5) There were more fire accidents in mountain areas and economically developed areas. Finally,some suggestions for further reduction of fire accidents in tunnel are presented based on the statistical results; and the future research directions of fire prevention and disaster reduction countermeasures are pointed out.
Keywords：highway tunnel; fire accident; distribution characteristics; disaster prevention and reduction
收稿日期：2016-11-05;
修回日期：2017-01-04
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目(310821172004， 310821165011， 310821153312)
第一作者简介：赖金星(1973—)，男，广东龙川人，2008年毕业于长安大学，桥梁与隧道工程专业，博士，教授，主要从事隧道工程方面的教学与科研工作。E-mail： 373159626@qq.com。*通讯作者： 周慧， E-mail： 571493995@qq.com。
DOI：10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.004
中图分类号：U 45
文献标志码：A
文章编号：1672-741X(2017)04-0409-07
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