高速公路隧道火災報警系統(tǒng)探析
——以甘肅省高速公路為例

王百川

（甘肅隴原信息科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

全國高速公路正在向智慧高速、隧道智慧一體化方向發(fā)展，利用“大數(shù)據(jù)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”可以有效解決高速公路隧道機電系統(tǒng)一體化、智慧化等問題，對隧道溫度、濕度、二氧化碳濃度、車流量、危化品車輛的監(jiān)控、各機電設備運行情況、整體系統(tǒng)分析能力需要實時監(jiān)測和預警，尤其對隧道內(nèi)進行實時、準確的火警監(jiān)測，對保障廣大人民群眾的公共財產(chǎn)安全和人身安全有著十分重要的意義。[1]

G30 連霍高速的天水段隧道機電設備運行時間長，隧道內(nèi)部常年潮濕流水，路段內(nèi)隧道火災報警系統(tǒng)不容樂觀，是典型的甘肅省高速公路隧道火災報警系統(tǒng)案列。

1 甘肅省高速公路隧道火災報警系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

一是火災報警系統(tǒng)設備運行時間過長。部分路段或部分隧道火災報警系統(tǒng)設備從建設初期一直沿用至今，未進行設備更換、系統(tǒng)更新，很多設備更替、系統(tǒng)升級與市場主流產(chǎn)品、系統(tǒng)代差較大，出現(xiàn)很多設備停產(chǎn)不能替換的現(xiàn)象。

二是原有火災報警系統(tǒng)設備功能無法滿足隧道智能化要求。原建設路段內(nèi)的使用產(chǎn)品性能、監(jiān)測性能、分析能力、遠程控制等都很難滿足現(xiàn)在的市場需要和用戶需求。

三是國內(nèi)火災報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能逐步超越國外產(chǎn)品。在設計隧道火災報警系統(tǒng)之初，國產(chǎn)系統(tǒng)、產(chǎn)品的性能、功能、設計理念無法滿足設計需求，很多產(chǎn)品采用國外主流系統(tǒng)。但是，今天國內(nèi)產(chǎn)品性價比高于國外產(chǎn)品且設計理念更符合中國高速公路要求，反而國外產(chǎn)品售后無法按需提供，產(chǎn)品更新速度滿足不了智慧高速需求，出現(xiàn)原有設備故障率較高、更換產(chǎn)品兼容性較差等棘手問題，需重新設計或更替升級改造方可滿足智慧高速、智慧隧道要求。

四是機電建設單位與機電維護單位兩條線。甘肅省高速公路的機電建設單位與機電維護單位不是同一家單位，都存在機電建設單位對業(yè)主單位技術人員培訓不到位，對機電維護單位技術人員技術交底不徹底、不全面現(xiàn)象。還存在同一路段不同標段使用產(chǎn)品廠家不一致，出現(xiàn)產(chǎn)品種類眾多、質量層次不齊、系統(tǒng)運行兼容性較差的問題，導致機電維護單位專業(yè)性不夠，產(chǎn)品升級改造費用過高等現(xiàn)象。[2]

五是業(yè)主單位監(jiān)管不到位。高速公路隧道機電系統(tǒng)龐大，分為監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)等較多子系統(tǒng)，有眾多建設、維護單位，均各自為陣，沒有形成系統(tǒng)性、流程性的監(jiān)管體系，出現(xiàn)各自負責屬于自己業(yè)務范圍內(nèi)的事情，不管其他系統(tǒng)運行情況，監(jiān)督管理沒有層次性、邏輯性、合理性的措施。

六是很多路段較多隧道火災報警系統(tǒng)使用時間較短，放置周期較長。由于各環(huán)節(jié)人員安全意識淡薄和隧道安全事故率較低，較多隧道火災報警系統(tǒng)設備長時間放置，現(xiàn)在到底能不能使用、重新使用維修成本多大、升級改造難度有多少均很難預估。

七是設計理念較落后、驗收標準不嚴格。很多感溫光纜鋪設不合理，手動報警按鈕接線成“T 型”，應該按“U型”進行連接，很多信號線纜直接放入電纜溝內(nèi)，未設置電纜支架，大部分手動報警按鈕沒有防塵盒等現(xiàn)象，導致線纜處處短路、火災報警控制器燒毀率高、維修難度大等問題。

八是隧道環(huán)境惡劣，大部分隧道地下水滲漏嚴重。在天水、隴南等地的高速公路隧道常年空氣濕度大，隧道壁有掛水，再加上陰雨天較多，導致地下水常年滲漏，對火災報警設備穩(wěn)定運行、質量壽命影響較大。

九是人為故障因素較多。存在各類施工隊在施工中常需要翹蓋板進行作業(yè)，出現(xiàn)大面積蓋板縫隙大、損壞嚴重等；存在各類施工隊將施工垃圾直接堆積到電纜溝內(nèi)，造成電線電纜的二次損壞，增加了故障排查難度；存在養(yǎng)護人員清洗隧道壁時，大量廢水直接排入電纜溝，導致電線電纜長期浸泡在廢水內(nèi)等人為因素。

最后是高速公路隧道機電維護費用過低。甘肅省財政資金緊張，高速公路建設、運行、維護各類費用較低，常年累計導致小問題變成大故障，小維修升級到大改造，最終錢沒少花，但各類問題均得不到有效改善。

2 適用于當前甘肅高速的隧道火災報警系統(tǒng)

目前，甘肅高速公路隧道火災報警系統(tǒng)由光纖光柵感溫火災探測系統(tǒng)和手動報警按鈕、火災報警控制器等組成。且滿足有實時顯示檢測區(qū)域最高溫度、溫度超限報警、差定溫報警、標準信號輸出和運行自檢等功能，其中自檢功能可實時監(jiān)測自身運行情況并輸出故障報警聲光信號，同時將報警信號傳入消防報警控制系統(tǒng)，由路段分中心計算機進行顯示，并根據(jù)情況控制各相應系統(tǒng)的動作[3]。

3 隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)軟件

隧道光纖光柵火災報警系統(tǒng)軟件是利用先進的光纖傳感技術，對隧道溫度進行實時監(jiān)測和進行火災報警的綜合應用系統(tǒng)。隧道光纖光柵火災報警系統(tǒng)軟件運行環(huán)境配置：CPU-Intel P4 2.8G 雙核，內(nèi)存-大于2G，硬盤-大于200G，顯示分辨率-1024*768。

隧道光纖光柵火災報警系統(tǒng)軟件由報警狀態(tài)信息欄、隧道監(jiān)測模型和菜單欄三大部分組成，從左到右依次是隧道顯示區(qū)、菜單區(qū)、火警狀態(tài)區(qū)、故障狀態(tài)區(qū)、手報狀態(tài)區(qū)、報警顯示區(qū)、火災系統(tǒng)設備分布、配電室分布、煙感狀態(tài)及報警復位等。

4 光纖光柵感溫火災探測器

目前，適用于甘肅高速隧道的光纖光柵感溫火災探測器，以光纖作為信號傳輸和傳感媒質，利用光纖光柵感溫原理實時探測溫度場的變化，具有差溫、定溫等多種報警模式。

4.1 光纖光柵感溫火災探測器的主要特點

一是全同分區(qū)報警技術。采用獨創(chuàng)的全同光柵分區(qū)報警技術，按需配置防火分區(qū)，單通道測量范圍廣，且可以簡化現(xiàn)場施工；二是傳輸距離遠。采用高效光源設計，具有更強的輸出功率，可以傳輸更遠距離；三是可靠性好。采用獨有的光集成技術，減少分離光學器件，提高了可靠性；四是接口豐富，配接方便。具有標準 RS485、以太網(wǎng)、電流輸出和干接點等多種接口，方便適配報警設備[4]。

4.2 火災探測器信號處理器主要技術參數(shù)

產(chǎn)品類型：差定溫、可恢復式；通道數(shù)：8；單通道最大感溫元件數(shù)量：60；顯示分辨率：0.1℃；檢測周期：0.5sec；輸入：8 個FC/APC；輸出：2 個RJ45，2 個RS485，10 組干接點；工作溫度：-10℃～50℃；存儲溫度：-40℃～70℃；工作相對濕度：≤95%RH，無凝結；供電源：DC 24V±15%；功率：10W 典型，15W 最大。

4.3 火災探測器信號處理器外觀參數(shù)

尺寸（寬×高×深）：432mm*45mm*427mm，安裝方式：機架式。

4.4 火災探測器感溫光纜主要技術參數(shù)

感溫元件間距：3m～10m；最小彎曲半徑：300m m；感溫元件外型尺寸：Φ7.6mm*100mm；防護等級：IP68。

5 火災報警系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象及處理方法作

5.1 信號處理單元電源指示燈不亮故障

檢查項目：外部供電是否異常、電源插座是否松動、電源正負極是否接反、前端液晶顯示是否正常顯示等。

處理方法：確認外部電源供電是否為正常、重新插緊電源插座、檢查信號處理單元電源正負極是否正確，如果顯示正常，表明信號處理單元正常工作，但如果指示燈損壞，需要聯(lián)系廠商處理。

5.2 信號處理單元無法正確識別感溫光纜故障

檢查項目：FC/APC 端面是否污染、檢查法蘭盤是否松動、檢查接頭是否擰緊對準、檢查光纖跳線或光纜是否有彎折、傳輸光纜故障等。

處理方法：用酒精清洗FC/APC 端面和信號處理單元的法蘭盤、將感溫光纜的FC/APC 連接端口重新對準和擰緊、將光纖跳線或光纜進行整理，減少彎折點和彎曲程度、不能自行打開信號處理單元，要聯(lián)系廠商進行處理。

5.3 信號處理單元網(wǎng)口無數(shù)據(jù)上傳故障

檢查項目：網(wǎng)口燈是否閃亮、網(wǎng)線故障、連接網(wǎng)口是否正確、IP 地址和端口號未配置、交換機或接收端故障等。

處理方法：重新擰緊網(wǎng)絡接線端子、更換網(wǎng)線；信號處理單元有上、下兩個網(wǎng)口，若使用UDP 時僅能使用下網(wǎng)口，TCP 連接時兩個網(wǎng)口均可；檢查上位機IP 網(wǎng)段是否與信號處理單元IP 地址一致、檢測是否需要配置網(wǎng)關。

6 隧道工程應用

1.隧道火災報警系統(tǒng)主要配置有信號處理單元+感溫光纜、傳輸光纜、UPS 不間斷電源、連接模塊+火災報警控制器、交換機+監(jiān)控端等系列設施，其各設備典型的連接方式如上圖1 所示。

圖1 各設備典型的連接方式

2.隧道火災報警系統(tǒng)主要設備位置。信號處理單元置于監(jiān)控中心，交換機、UPS 電源等安裝于標準機柜中。信號處理單元通過連接模塊接入火災報警控制器，也可以通過交換機接入監(jiān)控計算機。信號處理單元通過傳輸光纜連接至監(jiān)控現(xiàn)場，通過光纜接續(xù)盒將感溫光纜接入不同通道，每條感溫光纜劃分為多個報警分區(qū)。火災探測器信號處理器采用全同光柵技術，單通道可承載 60 個感溫元件，感溫元件間距 3-10m。

（1）隧道感溫光纜。感溫光纜通常安裝在高速公路隧道頂部。先用固定支架將鋼索固定，支架采用膨脹螺栓固定在隧道頂部，其縱向間距 20m-40m，再將感溫光纜用線夾固定在鋼索上，將隧道感溫光纜尾纖沿隧道壁敷設（或穿護管）至隧道側面光纖接續(xù)盒，不傳輸光纜進行熔接。

（2）火災探測器信號處理器單元?；馂奶綔y器信號處理單元安裝在儀表設備控制柜上，其中有8 個光通道接口分別連接隧道內(nèi)感溫光纜。各個分區(qū)的報警信號通過信號處理單元輸出給火災報警控制器，實現(xiàn)火災報警、分析火情級別及分區(qū)判斷。

7 結論

本文首先分析甘肅省高速公路隧道火災系統(tǒng)存在問題，然后結合市場最新智能監(jiān)測方案與火災報警系統(tǒng)，提出適合甘肅省高速公路隧道火災系統(tǒng)的產(chǎn)品設備?；馂膱缶到y(tǒng)具有本質安全、無電檢測、抗電磁干擾、實時監(jiān)控等優(yōu)勢，能夠實時探測沿光纖光柵感溫點的溫度變化情況，能超限時聲光報警。