何玉兵

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)管理中心)

1 序言

隧道一般存在于多丘陵、多山區(qū)地帶，如山西、陜西、河北、重慶、貴州、四川、云南等區(qū)域，其本身具有密閉空間、窄而長、油煙及灰塵多、風(fēng)速大等特征。隧道火災(zāi)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(fā)，其火災(zāi)特點(diǎn)是起火速度快、明火事故多于陰燃火。由于隧道環(huán)境密閉、交通量大、人員密集，逃生和救援工作相當(dāng)困難，若一旦發(fā)生火災(zāi)后不能迅速報(bào)警和及時(shí)處理，將導(dǎo)致交通堵塞、重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如何才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)異常狀態(tài)的發(fā)生，快速組織救援，最大限度地減少損失是關(guān)鍵，這也是隧道配置消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的目的。

2 隧道消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成

消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是建筑物自動化系統(tǒng)(BAS)中非常重要的一個(gè)子系統(tǒng)。

一般情況下，消防報(bào)警系統(tǒng)的組成有這樣幾個(gè)部分:一為傳感器系統(tǒng)，即消防報(bào)警系統(tǒng)，二為執(zhí)行系統(tǒng)，即消防聯(lián)動控制系統(tǒng)。

按照報(bào)警和消防方式來分:報(bào)警方式都是自動報(bào)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(gè)特殊的建筑物，因此隧道消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與城市樓宇及地鐵等都有所不同，它是設(shè)置在隧道這種特殊的建筑物內(nèi)，24 h會都會有大量車輛出入通行，這樣就對消防報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性、及時(shí)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(bào)警系統(tǒng)在應(yīng)用過程中容易引起的各種問題進(jìn)行分析研究，并結(jié)合實(shí)際使用效果提出自己的一些看法。

隧道消防報(bào)警系統(tǒng)分為傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和自動報(bào)警系統(tǒng)，傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)即:火災(zāi)報(bào)警控制器、手動報(bào)警按鈕、煙感等;自動報(bào)警系統(tǒng)目前主要為三種:

(1)分布式感溫光纖探測系統(tǒng);

(2)光纖光柵感溫探測系統(tǒng);

(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(chǎn)品，雙波長火焰探測器為感光類的產(chǎn)品，在這三種探測方式中，每種又具有各自特點(diǎn)。目前市場上還出現(xiàn)一種圖像型火災(zāi)探測器，但目前技術(shù)還不太成熟，暫不討論。

傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為現(xiàn)場發(fā)生火情時(shí)，現(xiàn)場人員通過按下手動報(bào)警按鈕，信息傳至現(xiàn)場火災(zāi)報(bào)警控制器，再通過網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)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(xiàn)場進(jìn)行救援、抑制火情擴(kuò)大、直至排除火源。本系統(tǒng)一般在隧道單洞超過400 m的情況下即需設(shè)置，手動報(bào)警按鈕安裝間距為:50 m;因?yàn)樵谒淼雷畈焕c(diǎn)即隧道中間200米處位置向隧道口撤離并報(bào)警時(shí)，需要一定的時(shí)間來完成，一般汽車起火到成災(zāi)為3～10 min左右，火情有可能擴(kuò)大，而無法及時(shí)得到響應(yīng)。

自動火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為自動探測隧道火情，并及時(shí)上傳中心，通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，在大屏上獲得隧道內(nèi)火情的第一時(shí)間畫面，由運(yùn)營管理人員進(jìn)行協(xié)調(diào)最近的救援人員第一時(shí)間趕至現(xiàn)場進(jìn)行救援。

3 自動報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

3.1 分布式感溫光纖探測系統(tǒng)的工作原理

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

以光時(shí)域反射原理(OTDR)為基礎(chǔ)，通過高功率的激光發(fā)射器向所連接的探測光纜發(fā)送激光脈沖，同時(shí)對后向散射光中的拉曼散射光(Raman)進(jìn)行采集、分析，從而解決分布式溫度監(jiān)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(tǒng)的工作原理

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

應(yīng)用紫外光對光纖進(jìn)行照射，改變原有物理結(jié)構(gòu)，形成特有的一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡，當(dāng)光譜經(jīng)過時(shí)，滿足反射的光譜進(jìn)行反射，其余光譜繼續(xù)向前，通過這個(gè)特性，制作成一一對應(yīng)溫度測量敏感元件，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)串接復(fù)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(cè)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(jìn)行布設(shè)，與手動報(bào)警按鈕位置對應(yīng)。它是作為一個(gè)獨(dú)立探測單元，通過消防信號總線與主機(jī)相連，通過控制器發(fā)出報(bào)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(zāi)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的輻射光的特定波長及火焰閃爍頻率來判定火災(zāi)。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(xiàn)的曲線凸起部分是被稱為CO2共鳴的CO2原子團(tuán)發(fā)光光譜，它比火焰中其它原子、分子或基團(tuán)所發(fā)出的線狀或帶狀光譜具有絕對大的輻射強(qiáng)度。其次火災(zāi)火焰的一個(gè)重要特征是其輻射能量有閃爍效應(yīng)。閃爍頻率雖受風(fēng)等周圍環(huán)境的影響，但是基本在0.5～30 Hz范圍之內(nèi)。而熱物體發(fā)出的紅外輻射光譜既不同于火焰發(fā)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(jiān)測火焰輻射波長的探測;長波段在5～6 um之間，用來監(jiān)測環(huán)境中的光源。通過對短波段及長波段之間的數(shù)值算法，判斷火災(zāi)是否發(fā)生。

圖3 雙波長火焰探測器原理圖

4 隧道消防火災(zāi)的特征與分析

根據(jù)對自動報(bào)警系統(tǒng)中三種探測器的原理描述，結(jié)合隧道的實(shí)際情況，為隧道消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備選型提供參考。

分布式光纖感溫探測系統(tǒng)和光纖光柵感溫探測系統(tǒng)都屬于感溫類的產(chǎn)品，它們都是對周圍溫度的變化量來進(jìn)行對火災(zāi)的判斷。它們的優(yōu)點(diǎn)是通過光纖的傳輸本質(zhì)安全防爆、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率較高，穩(wěn)定性好、施工方便，應(yīng)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(shè)備的異常溫度監(jiān)測，具有對比其它探測器的絕對優(yōu)勢。但在隧道中應(yīng)用，缺點(diǎn)也同樣突出，由于隧道的特殊特征，導(dǎo)致感溫類的產(chǎn)品在隧道中的應(yīng)用效果不太理想，具體原因:1、隧道中風(fēng)速較大，容易導(dǎo)致溫度的飄逸、從而報(bào)警點(diǎn)的位置不是火災(zāi)的準(zhǔn)確位置及延遲報(bào)警時(shí)間。形成誤報(bào)、漏報(bào)、位置不準(zhǔn)等情況發(fā)生。不利于火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(chǎn)品，主要是針對大空間的探測，技術(shù)非常成熟，它是對火焰的閃爍及火焰的特定頻譜進(jìn)行探測來判定火災(zāi)。具有:探測距離長、對明火敏感、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是:需要每隔一定周期就要對其探測鏡頭進(jìn)行擦洗，防止鏡頭被污染遮擋，影響效果。而隧道中火災(zāi)的產(chǎn)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(jù)絕對多數(shù)。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(fēng)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(zāi)探測，但必須在每隔半年左右對探測器進(jìn)行一次清洗。

5 結(jié)束語

隧道消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)的子系統(tǒng)，設(shè)備的選型非常重要，實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)結(jié)合隧道實(shí)際特征進(jìn)行設(shè)計(jì)布設(shè)，同時(shí)應(yīng)做好維護(hù)工作，定期進(jìn)行檢測及不定期功能測試，保證系統(tǒng)安全、可靠、有效的運(yùn)行。在復(fù)雜的隧道環(huán)境中，采用多種探測方式保障隧道消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性，建議相關(guān)管理部門盡快進(jìn)行實(shí)際調(diào)研，制定符合隧道消防的火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范。

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

［2］陜交質(zhì)監(jiān)字［2008］104號.關(guān)于上報(bào)《隧道火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的調(diào)研報(bào)告》的報(bào)告.

［3］重慶交通科研設(shè)計(jì)院.公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD71-2004T)［S］.