交通隧道火災監測行業現狀及趨勢分析

王永皎

（河南城建學院計算機科學與工程學院 平頂山 467036）

隨著經濟的發展和人們日常生活水平的提高，各種交通隧道相應涌現。據統計，我國現在已經成為世界上交通隧道規模最大和里程最長的國家。交通隧道主要指公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道等。交通隧道作為立體交通方式之一，不僅可以緩解城市交通壓力，解決交通干線跨江越海受到的限制，而且可以縮短線路里程，降低對周圍環境和人民生產、生活的影響。交通隧道因其在穿越障礙，提高交通能力，節約土地資源，加強城市防范等方面的巨大優勢，日益受到各國的青睞。

隨著交通隧道在人們生產、生活中發揮的作用越來越大，應用越來越廣，其潛在的災害也逐漸得到了更多的重視。在已發生的各種隧道事故中，隧道火災是最嚴重的一種，造成的人員傷亡和物資損害也是最大的。由于交通隧道環境的封閉性，火災時，排煙與散熱條件差，溫度高，會很快產生高濃度的有毒煙霧，致使人員疏散困難、救火難度大，損失程度嚴重?；馂牟坏珪е抡麠l線路交通的癱瘓，極大地影響正常的生產和生活的進行，導致社會經濟的損失，也會帶來嚴重的社會負面影響，降低公眾對隧道安全性的信任，特別是對于各類長距離隧道，一旦發生交通火災事故，其后果較其他事故更危險、更嚴重。

可見，交通隧道在給人們生產、生活帶來便利的同時，作為隧道事故主要災害的隧道火災也給國家和人民造成了巨大的經濟損失和社會影響。因此，對交通隧道采取火災在線監測顯得尤其重要。交通隧道火災監測已成為一個新的研究熱點，受到越來越多的關注。筆者就當前交通隧道火災監測行業現狀和發展趨勢進行簡要介紹。

1 隧道火災監測技術現狀

目前，現有的交通隧道火災監測技術主要有如下3種：基于多波長紅外火焰探測器的隧道火災監測技術，基于分布式光纖溫度傳感器的隧道火災監測技術及基于光纖光柵感溫火災探測器的隧道火災監測技術。

（1）基于多波長紅外火焰探測器的隧道火災監測技術［1］。多波長火焰探測器運用了多紅外傳感技術，使用2個以上具有窄帶濾波的不同波長的紅外傳感器，其中一只傳感器的工作是反映火焰信息的中心波長，另外的傳感器監視環境中的其他紅外輻射，結合火焰的閃爍特征，通過特定的微處理器和專用的數學算法模型進行運算分析，使得只有符合火焰特征的輻射頻譜才會被確認為火警。該檢測技術主要是針對隧道內的車輛火災或汽油火災，且必須要產生明火，只要火災發生，檢測到火焰就產生報警，這一點與感溫判斷火災截然不同，不需要溫度與火災的判斷，也不通過溫度趨勢變化判斷火災。該設備系統構成較簡單，一般包括火災報警控制器和布設于隧道側壁的雙波長火焰探測器，火焰探測器間距為50～80 m，所有探測器檢測信號通過一根總線進行傳輸。

雙波長火焰探測器最明顯的優點是檢測靈敏度高，不受隧道內射流風機產生的高速氣流影響。另一方面，容易受到遮擋物、灰塵等的影響，也需要克服其他光源對火災監測的影響。

（2）基于分布式光纖溫度傳感器的隧道火災監測技術［2］。光纖分布式溫度檢測系統工作原理為將激光光源發出的光脈沖注入光纖中，拉曼散射光會沿著光纖反射回來，光纖各處反射回來的拉曼散射光的強度會隨著光纖長度上的溫度變化而變化，通過對反射回來的拉曼散射光進行分析處理，可以判斷整條光纖方向的溫度分布與變化情況。據此，結合分析應用軟件系統，可以判斷隧道內是否發生火災。

該檢測器的優點是系統方案簡單，控制設備少，檢測距離長，且不中斷，無中繼設備，光纖即是感溫元件，又是信號傳輸媒體，不受周圍環境中電磁波干擾。另一方面，硬件系統屬于微弱信號檢測，復雜的信號檢測和處理技術。系統可實現火災的預警、火災趨勢分析及火災報警的智能化預警控制功能；火災報警控制方式可通過溫度值，也可通過溫升速率進行監控，該檢測系統組網靈活，安裝方便，并可對光纖損壞、設備故障等進行自檢。

（3）基于光纖光柵感溫火災探測器的隧道火災監測技術［3］。光纖光柵探測器采用光纖光柵作為溫度敏感元件，對波長信號進行數字式測量，采用先進解調技術進行波長檢測。當信號處理器檢測到光纖光柵的反射波長出現異常，它會發送報警信號給火災報警控制器，火災報警控制器再發出采取措施的信號。

該系統采用光柵進行信號檢測，信號數字化，不受光強起伏變化干擾，檢測精度高，響應速度快，適用于各種惡劣環境下長距離、高精度的溫度監測。同時具備檢測速度快，檢測靈敏度高的特點。

2 隧道火災監測技術發展趨勢

（1）智能化。隧道火災監測系統智能化是其發展的主要趨勢之一。隧道火災監測系統智能化是指系統對采集的環境溫度、濕度、灰塵、光波等數據進行計算及綜合分析，通過對各項環境數據進行對比判斷，判斷火災信號真偽，從而準確地預報和探測火災，避免環境因素的干擾，解決目前交通隧道火災監測系統無法解決的誤報和漏報現象。同時火災報警系統與視頻系統、消防系統、管理系統有機結合，服務隧道交通的管理。

（2）網絡化。目前交通隧道火災監測系統存在著通信協議不一致，網絡化程度低，自我封閉，無法互聯互通的不足。采用統一標準、開放的通信協議，實現資源與信息共享，是交通隧道火災監測系統發展的趨勢，也是交通隧道火災監測系統與城市消防信息系統聯網的需要。

（3）技術多樣化。目前交通隧道火災監測采用多種監測技術與手段，如：光電感煙探測器、紅外對射式感煙探測器、線型感溫電纜、智能型感溫探測器，雙波長火焰火災探測器、分布式光纖感溫探測器和光纖光柵感溫火災探測器等。將多種監測技術進行融合及研制新型交通隧道火災監測技術成為交通隧道火災探測技術發展和應用研究的方向。

總體來看，考慮到不同技術的特點，將光纖感溫和紅外火焰探測技術相結合，組合成綜合性的火災報警系統應該是今后的發展趨勢。交通隧道火災監測系統架構圖見圖1。

圖1 交通隧道火災監測系統架構圖

3 隧道火災監測市場需求分析

我國現有公路大型隧道1 000余個，總長1 000多k m；鐵路隧道5 300多個，總長2 500余k m；地下鐵路885 k m，我國是世界上隧道數量最多、建設規模最大、發展速度最快的國家之一。隨著我國近幾年西部大開發戰略的實施，隧道長度和規模還會不斷增加，即將建設的隧道數量越來越多，公路交通隧道的火災報警系統的潛在市場需求巨大。

近年來，城市快速軌道交通（以下簡稱城軌交通）在我國得到較快發展，部分特大城市相繼建成了一批項目，使城市交通狀況有了明顯改善，對充分發揮城市功能，改善環境，促進經濟和社會發展起到了重要作用。2012年9月6日國家發改委公布了批復的24項城市軌道交通建設規劃，總投資規模預計超過8 000億元，涉及18市和2個城市群。蘇州、杭州、成都、青島、深圳、廣州、寧波、天津、西安、長春、石家莊、太原、蘭州、上海、哈爾濱、沈陽、廈門、常州的城市軌道建設獲批。內蒙古呼包鄂地區和江蘇省沿海城市群的城際鐵路規劃獲批，前者包括呼和浩特、包頭、鄂爾多斯3市，后者涵蓋南京、鎮江、常州、無錫、蘇州、揚州、泰州、南通8市。

根據各個城市的軌道交通建設規劃，中國各大主要城市的地鐵線路已開通的有71條，建設中的有82條，規劃實施中的有208條，地鐵建設總量在361條。

按每條線路投入200萬元用于光纖溫度監測及火災報警測算，2013年在交通隧道領域的光纖傳感技術市場需求在4～5億元之間，預計到2015年，市場年需求接近7億元。

4 交通隧道火災監測市場競爭格局分析

目前，基于上述3種原理的交通隧道火災監測系統已經占據了隧道火災監測市場的主體，成為主導產品。但由于監測原理的不同，導致市場應用有所區分。

目前隧道內火災報警系統以光纖技術為主，包括光柵技術和DTS技術，火焰探測器的應用剛起步。

由于隧道的火災報警要求傳輸距離遠、監測點數多，尤其是在特長隧道中，地鐵隧道內具有電磁干擾，以電信號為工作基礎的溫度傳感器在安全性和信號穩定性方面受到限制，無法滿足實際需要。光纖感溫火災監測技術具有防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、無電傳輸、易于組網等特點，成為其安全監測中的首選技術，必將逐漸取代其他技術，

成為隧道火災監測行業的主要技術，其產品需求極為迫切，具有廣闊的市場前景。

5 結語

交通隧道火災不僅僅是技術和工程問題，它還是一項復雜的系統工程。因此，發展交通隧道火災監測技術，有效地對火災進行預警及報警，降低火災發生的頻率，并且配置運營管理機構，提出合理防災對策和火災處理預案，以最大程度地減少交通隧道火災損失。

光纖感溫與火災報警系統作為交通隧道領域主要的火災探測與報警技術，將會獲得長期的應用與發展。

［1］ 王少飛.三波長紅外火焰探測器在公路隧道中的應用［J］.中國交通信息化，2012（8）：109-110.

［2］ 涂勤昌.分布式光纖溫度傳感系統在隧道監測中的應用［J］.控制工程，2006，36（10）：1063-1068.

［3］ 陳 飚.基于光纖光柵傳感器的隧道火災報警監測系統［J］.公路交通科技，2006（7）：122-125.