隧道消防火災報警系統淺談

何玉兵

(貴州高速公路集團有限公司聯網收費管理中心)

1 序言

隧道一般存在于多丘陵、多山區地帶，如山西、陜西、河北、重慶、貴州、四川、云南等區域，其本身具有密閉空間、窄而長、油煙及灰塵多、風速大等特征。隧道火災往往由與汽車相撞、車輛裝載物品燃燒或爆炸、電力電氣線路短路等事故引發，其火災特點是起火速度快、明火事故多于陰燃火。由于隧道環境密閉、交通量大、人員密集，逃生和救援工作相當困難，若一旦發生火災后不能迅速報警和及時處理，將導致交通堵塞、重大人員傷亡和財產損失。如何才能及時發現隧道內異常狀態的發生，快速組織救援，最大限度地減少損失是關鍵，這也是隧道配置消防火災報警系統的目的。

2 隧道消防火災報警系統的構成

消防火災報警系統是建筑物自動化系統(BAS)中非常重要的一個子系統。

一般情況下，消防報警系統的組成有這樣幾個部分:一為傳感器系統，即消防報警系統，二為執行系統，即消防聯動控制系統。

按照報警和消防方式來分:報警方式都是自動報警，但是消防方式分為人工和自動消防兩種方式。

由于隧道是一個特殊的建筑物，因此隧道消防火災報警系統與城市樓宇及地鐵等都有所不同，它是設置在隧道這種特殊的建筑物內，24 h會都會有大量車輛出入通行，這樣就對消防報警系統的穩定性、及時有效性、便于管理方面、耐腐蝕性、使用壽命周期等提出了更高的要求，因此對隧道消防報警系統在應用過程中容易引起的各種問題進行分析研究，并結合實際使用效果提出自己的一些看法。

隧道消防報警系統分為傳統火災報警系統和自動報警系統，傳統火災報警系統即:火災報警控制器、手動報警按鈕、煙感等;自動報警系統目前主要為三種:

(1)分布式感溫光纖探測系統;

(2)光纖光柵感溫探測系統;

(3)雙波長火焰探測器;

其中分布式感溫光纖探測器和光纖光柵感溫探測器都屬于感溫類的產品，雙波長火焰探測器為感光類的產品，在這三種探測方式中，每種又具有各自特點。目前市場上還出現一種圖像型火災探測器，但目前技術還不太成熟，暫不討論。

傳統火災報警系統為現場發生火情時，現場人員通過按下手動報警按鈕，信息傳至現場火災報警控制器，再通過網絡上傳至監控中心，通知隧道管理人員及消防救援人員，確保能盡快趕到現場進行救援、抑制火情擴大、直至排除火源。本系統一般在隧道單洞超過400 m的情況下即需設置，手動報警按鈕安裝間距為:50 m;因為在隧道最不利點即隧道中間200米處位置向隧道口撤離并報警時，需要一定的時間來完成，一般汽車起火到成災為3～10 min左右，火情有可能擴大，而無法及時得到響應。

自動火災報警系統為自動探測隧道火情，并及時上傳中心，通過監控系統進行聯動，在大屏上獲得隧道內火情的第一時間畫面，由運營管理人員進行協調最近的救援人員第一時間趕至現場進行救援。

3 自動報警系統的工作原理

3.1 分布式感溫光纖探測系統的工作原理

分布式感溫光纖探測器在隧道消防系統中是敷設在隧道頂端，通過Z型支架進行固定，從隧道進口直至出口截止的方式進行安裝，并對隧道進行24 h不間斷探測方式。它的原理為:

以光時域反射原理(OTDR)為基礎，通過高功率的激光發射器向所連接的探測光纜發送激光脈沖，同時對后向散射光中的拉曼散射光(Raman)進行采集、分析，從而解決分布式溫度監測需求。

圖1 分布式光纖原理圖

3.2 光纖光柵感溫探測系統的工作原理

光纖光柵感溫探測器在隧道消防系統中是敷設在隧道頂端，通過Z型支架進行固定，它分為多個探測鏈路從隧道進口直至出口截止的方式進行安裝，每個探測鏈路由通訊光纜進行熔接連通后與信號處理器進行通訊，并對隧道進行24 h不間斷探測方式。技術上光纖光柵感溫探測器分為兩種技術類型:全同式與逐點式，全同式與逐點式最大區別在:由于采用的波長區域不同，從而形成全同式多個探測器地址點相同，逐點式地址點唯一，但他們原理基本相同，具體如下:

應用紫外光對光纖進行照射，改變原有物理結構，形成特有的一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡，當光譜經過時，滿足反射的光譜進行反射，其余光譜繼續向前，通過這個特性，制作成一一對應溫度測量敏感元件，從而實現相關串接復用。

3.3 雙波長火焰探測器的工作原理

雙波長火焰探測器在隧道中安裝在隧道側壁上離地面高度為2.3 m左右位置，由于雙波長火焰探測器可檢測至55 m范圍(它照射有兩種:一、單向照射;二、雙向照射)，因此在隧道中間隔50米進行布設，與手動報警按鈕位置對應。它是作為一個獨立探測單元，通過消防信號總線與主機相連，通過控制器發出報警信號。它的原理為:

圖2 光纖光柵原理圖

它是通過檢測火災發生時所產生的輻射光的特定波長及火焰閃爍頻率來判定火災。首先火源釋放的能量橫跨了紫外、可見光和紅外等電磁輻射波段，且大部分能量集中在紅外波段、不同波長的紅外輻射能量不同。紅外段4.3微米附近出現的曲線凸起部分是被稱為CO2共鳴的CO2原子團發光光譜，它比火焰中其它原子、分子或基團所發出的線狀或帶狀光譜具有絕對大的輻射強度。其次火災火焰的一個重要特征是其輻射能量有閃爍效應。閃爍頻率雖受風等周圍環境的影響，但是基本在0.5～30 Hz范圍之內。而熱物體發出的紅外輻射光譜既不同于火焰發出的輻射光譜，又不具有火焰的閃爍特性。因此它采用兩種波段，短波段在4.2～4.6 um，用來監測火焰輻射波長的探測;長波段在5～6 um之間，用來監測環境中的光源。通過對短波段及長波段之間的數值算法，判斷火災是否發生。

圖3 雙波長火焰探測器原理圖

4 隧道消防火災的特征與分析

根據對自動報警系統中三種探測器的原理描述，結合隧道的實際情況，為隧道消防火災報警系統設備選型提供參考。

分布式光纖感溫探測系統和光纖光柵感溫探測系統都屬于感溫類的產品，它們都是對周圍溫度的變化量來進行對火災的判斷。它們的優點是通過光纖的傳輸本質安全防爆、抗干擾能力強、分辨率較高，穩定性好、施工方便，應用在探測物的表面效果非常好，例如:電力電纜、石油、電廠、化工廠等工藝設備的異常溫度監測，具有對比其它探測器的絕對優勢。但在隧道中應用，缺點也同樣突出，由于隧道的特殊特征，導致感溫類的產品在隧道中的應用效果不太理想，具體原因:1、隧道中風速較大，容易導致溫度的飄逸、從而報警點的位置不是火災的準確位置及延遲報警時間。形成誤報、漏報、位置不準等情況發生。不利于火災的早期發現及撲滅，容易造成較大損失;2、長期的油煙及灰塵附在探測器表面，無法進行清理，會讓探測器的探測效果急劇下降。

雙波長火焰探測器屬于感光類產品，主要是針對大空間的探測，技術非常成熟，它是對火焰的閃爍及火焰的特定頻譜進行探測來判定火災。具有:探測距離長、對明火敏感、響應速度快等特點。缺點是:需要每隔一定周期就要對其探測鏡頭進行擦洗，防止鏡頭被污染遮擋，影響效果。而隧道中火災的產生主要就是汽車相撞、車輛裝載物品燃燒或爆炸等形成，明火占據絕對多數。其次、由于隧道的特殊特性:密閉空間、窄而長、油煙及灰塵多、風速大等，針對這幾種特性，雙波長探測器較適用于隧道消防火災探測，但必須在每隔半年左右對探測器進行一次清洗。

5 結束語

隧道消防火災報警系統是一個專業的子系統，設備的選型非常重要，實際運用中應結合隧道實際特征進行設計布設，同時應做好維護工作，定期進行檢測及不定期功能測試，保證系統安全、可靠、有效的運行。在復雜的隧道環境中，采用多種探測方式保障隧道消防火災報警系統的可靠性，建議相關管理部門盡快進行實際調研，制定符合隧道消防的火災報警設計規范。

［1］王明年 公路隧道火災溫度場的分布規律研究［J］.地下空間，2008，(9).

［2］陜交質監字［2008］104號.關于上報《隧道火災自動報警系統的調研報告》的報告.

［3］重慶交通科研設計院.公路隧道交通工程設計規范(JTGD71-2004T)［S］.