火災報警與消防給水系統聯動控制設計與實現

張欣

（中遠海運科技股份有限公司,上海 200135）

1 概述

城市隧道因其能有效利用地下空間,改善城市人口高速增長所帶來的擁堵狀況,緩解廣大市民交通出行壓力。所以,越來越多的城市隧道建成通車。

大量的城市隧道投入運行后,時有車輛火災事故發生,隧道中消防安全問題引起了人們的廣泛關注。由于城市隧道相對封閉性的空間結構,一旦發生重大火災事故,后果不堪設想。城市隧道中合理部署消防設施,及時發現并定位起火區域,準確聯動消防滅火設施,第一時間控制火勢,阻止其快速蔓延,是保證城市隧道安全運營的重點。

本文以城市隧道為研究對象,闡述隧道消防給水系統中消火栓系統和泡沫水噴霧系統的具體部署以及與火災自動報警系統的連接架構。設計實現消火栓系統和泡沫水噴霧系統與火災自動報警系統的聯動控制策略,為城市隧道有效發現并控制現場火勢提供參考。

2 火災自動報警系統與消防給水系統聯動控制策略設計

城市隧道消防給水滅火系統屬于臨時高壓消防給水系統,另外部署的滅火器系統相對獨立,與火災自動報警系統不存在聯動控制邏輯關系。

2.1 城市隧道消火栓系統聯動控制策略設計

城市隧道消火栓系統部署見圖1。

圖1 城市隧道消火栓系統部署

城市隧道消火栓系統在工作井消防泵房設置系統相關水泵組,分別在車行隧道盾構段、暗埋段和敞開段設置消火栓箱,箱內設按鈕、消火栓等,消火栓布設間距不大于50m。

消火栓系統中隧道現場消火栓箱內消火栓按鈕和工作井消防泵房內相關水泵組接入火災自動報警系統,火災工況下作為后備方式參與系統聯動。

城市隧道消火栓系統聯動控制策略見表1。

表1 城市隧道消火栓系統聯動控制策略

2.2 城市隧道泡沫水噴霧系統聯動控制策略設計

城市隧道泡沫水噴霧系統部署見圖2。

圖2 城市隧道泡沫水噴霧系統部署

城市隧道泡沫水噴霧系統在工作井消防泵房設置系統相關水泵和泡沫泵組,分別在車行隧道設置泡沫水噴霧控制箱和噴頭,箱內設雨淋報警閥組等,泡沫水噴霧每組布設間距25 米,一次保護距離50 米,泡沫水噴霧持續工作時間應不小于22 分鐘。

火災工況下,泡沫水噴霧系統中隧道現場泡沫水噴霧控制箱內雨淋電磁閥、泡沫電磁閥和工作井消防泵房內相關水泵組、水流指示器等接入火災自動報警系統參與系統聯動。

城市隧道火災自動報警系統與泡沫水噴霧系統聯動控制平面示意圖見圖3（以隧道內6 組泡沫水噴霧系統為例）。

圖3 城市隧道火災自動報警系統與泡沫水噴霧系統聯動控制平面示意圖

3 城市隧道消火栓系統聯動控制實現方式

3.1 總線聯動控制方式

城市隧道消火栓系統的總線聯動控制方式示意圖見圖4。

圖4 城市隧道消火栓系統的總線聯動控制方式示意圖

由于每臺火災報警主機所連接設備總數和地址總數限制,在隧道西岸工作井弱電機房和東岸工作井弱電機房內各布設1 臺聯動型火災報警主機。由于每一總線回路連接設備總數限制,以隧道中心為分界點,每臺聯動型火災報警主機敷設5 路總線回路至隧道各處,分別是上下層隧道盾構段、上下層隧道暗埋段、工作井設備管理用房。消火栓按鈕設置在現場消火栓箱中,輸入模塊、控制模塊設置在現場消防模塊箱中。

火災發生時,現場打開消火栓閥門后水槍噴水,消火栓系統出水干管上的電接點壓力表連鎖啟動消火栓泵持續供水滅火,此過程由消火栓系統獨立完成。當水槍無法持續噴水,系統出現自動啟泵故障時,按下現場消火栓箱內布置的消火栓按鈕,通過輸入模塊將消火栓按鈕的動作信號傳輸至工作井聯動型火災報警主機,聯動型火災報警主機按照設定的聯動控制策略啟動消火栓泵。消火栓泵及其穩壓泵動作信號通過輸入模塊反饋至主機。

3.2 多線手動控制方式

城市隧道消火栓系統的多線手動控制方式示意圖見圖5。

圖5 城市隧道消火栓系統的多線手動控制方式示意圖

聯動型火災報警主機的手動控制盤設置在工作井弱電機房,用專用線路單獨連接水泵控制柜,在手動控制盤上直接控制水泵的啟動與停止,其動作信號反饋至聯動型火災報警主機。

4 城市隧道泡沫水噴霧系統聯動控制實現方式

4.1 總線聯動控制方式

城市隧道泡沫水噴霧系統的總線聯動控制方式示意圖見圖6。

圖6 城市隧道泡沫水噴霧系統的總線聯動控制方式示意圖

隧道泡沫水噴霧系統和消火栓系統接入同一套火災自動報警系統,火災報警主機與總線回路的設置與隧道消火栓系統共用。雨淋閥、泡沫閥、信號蝶閥、壓力開關設置在現場泡沫水噴霧控制箱中,輸入模塊、控制模塊設置在現場消防模塊箱中。

火災發生時,覆蓋著火點的報警信號傳輸到工作井聯動型火災報警主機,經過聯動型消防報警主機邏輯判斷,滿足兩點報警要求后,按照聯動控制策略通過控制模塊開啟覆蓋著火區域的電磁閥,壓力開關動作,主機收到反饋信號后開啟水泵和泡沫泵。水泵、泡沫泵等動作信號通過輸入模塊反饋至主機。

4.2 多線手動控制方式

城市隧道泡沫水噴霧系統的多線手動控制方式示意圖見圖7。

圖7 城市隧道泡沫水噴霧系統的多線手動控制方式示意圖

聯動型火災報警主機的手動控制盤設置在工作井弱電機房,用專用線路單獨連接水泵和泡沫泵控制柜,在手動控制盤上直接控制水泵和泡沫泵的啟動與停止,其動作信號反饋至聯動型火災報警主機。

5 城市隧道消防給水系統聯動控制實現要點及難點

5.1 城市隧道消火栓系統的聯動控制實現要點及難點如下：

（1）與以往相比,現在火災工況下不再需要人工按下連接控制柜專用線路的消火栓按鈕啟泵,而是系統能直接自動啟動消火栓泵,即通過消火栓系統出水干管上增設電接點壓力表直接自動連鎖啟動消火栓泵。車行隧道現場打開消火栓閥門、水槍噴水,電接點壓力表動作連鎖啟動消火栓泵,此啟泵過程完全由消火栓系統自行獨立完成,無需火災自動報警系統參與聯動啟泵。

（2）由于城市隧道消火栓系統火災工況下能自行連鎖啟動消火栓泵,當消火栓系統出水干管上的電接點壓力表出現故障無法正常自動連鎖啟泵時,火災自動報警系統現場布設的消火栓按鈕作為啟動水泵的一種后備機制,通過火災報警系統總線聯動控制方式實現。當隧道火災自動報警系統在現場消火栓箱內設置按鈕時,現場消火栓按鈕不再需要用專用線路連接水泵控制柜直接啟泵。

5.2 城市隧道泡沫水噴霧系統的聯動控制實現要點及難點如下：

（1）針對城市隧道的特點,設計火災自動報警系統與泡沫水噴霧系統聯動控制策略時,選用的報警信號有三種,分別為雙波長報警信號、感溫光纖報警信號和手動按鈕報警信號。值得注意的是,現在城市隧道內同一報警區域只有滿足兩點同時報警,即雙波長報警信號和感溫光纖報警信號、雙波長報警信號和雙波長報警信號、雙波長報警信號和手動按鈕報警信號滿足“與”邏輯時,才能啟動對應區域泡沫水噴霧系統。如果同一報警區域只有一種火災報警信號報警,系統不會采取響應措施。

（2）由于城市隧道泡沫水噴霧系統設計時的管網壓力限制,火災工況下只能滿足相鄰兩組同時作用,一次保護距離50 米,聯動控制策略也是根據這個原則進行設計的。但根據城市隧道火災特點,為了能更快更準確地識別并定位起火區域,隧道內設置有不同類型的火災探測器,不同的火災探測器因其自身工作原理的不同,其發現著火點的響應時間也有所差異。在現場火勢較大時,隨著不同種類的探測器陸續發出報警信號,根據預先設計的聯動控制策略,可能會出現四組泡沫水噴霧系統同時啟動的情況。

如上述圖3 城市隧道火災自動報警系統與泡沫水噴霧系統聯動控制平面示意圖所示,如果著火點發生在雙波長1 和雙波長2 的覆蓋范圍內,由于雙波長火災探測器響應時間短,雙波長1 和雙波長2 首先發出報警信號,根據聯動控制策略,隧道火災自動報警系統開啟現場水噴霧控制箱內電磁閥,對應的泡沫水噴霧管2 和泡沫水噴霧管3 工作。但如果現場火勢較大,響應時間稍長的感溫光纖此時也發出報警信號,那么雙波長1 與感溫光纖、雙波長2 與感溫光纖同樣滿足“與”邏輯,泡沫水噴霧管1 和泡沫水噴霧管4 也開始工作。這時,將出現四組泡沫水噴霧同時啟動的情況,將導致泡沫噴霧覆蓋的車道范圍和持續工作時間將受到影響,無法滿足當初系統設計時的技術指標,可能出現現場泡沫水噴霧系統雖然已經啟動但無法完全覆蓋著火點的情況發生,對火勢也無法取得有效控制,給現場消防應急處置造成隱患。

為了避免這種情況的發生,應對火災自動報警系統進行適當調整優化,當兩只雙波長火災探測器已經滿足兩點報警啟動相鄰兩組泡沫水噴霧覆蓋著火點的情況下,對后續產生的感溫光纖報警信號做屏蔽處理。

6 結論

本文對城市隧道中消火栓系統和泡沫水噴霧系統的聯動控制策略進行了詳細的設計分析,通過火災自動報警系統總線聯動控制方式和多線手動控制方式實現。經過實際工程多次火盆點火試驗表明,部署有火災自動報警系統、消火栓系統和泡沫水噴霧系統的城市隧道,根據預設的聯動控制策略,通過各系統之間的協同聯動工作,能有效發現并控制隧道現場火勢,阻止火勢快速蔓延。