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        水下隧道火災(zāi)定位及聯(lián)動(dòng)滅火技術(shù)探析

        2020-04-02 08:38:36吳小麗
        關(guān)鍵詞:光柵分區(qū)探測(cè)器

        吳小麗

        (招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司,重慶 400067)

        1 引言

        近年來,我國(guó)水下隧道的建設(shè)發(fā)展迅速。水下隧道具有隧道長(zhǎng)、斷面大、縱坡大、防災(zāi)救援問題突出等特點(diǎn)。為保證水下隧道的運(yùn)營(yíng)安全,設(shè)計(jì)人員通常設(shè)置完善的通風(fēng)、照明、消防、排水、監(jiān)控及供配電系統(tǒng);課題研究也多集中于通風(fēng)排煙、人員疏散救援等領(lǐng)域,以制定相應(yīng)的災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施。而水下隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),易造成嚴(yán)重的人員傷亡及巨大的經(jīng)濟(jì)損失,及時(shí)探測(cè)火災(zāi)的發(fā)生及發(fā)生初期快速滅火尤為重要?;馂?zāi)定位及聯(lián)動(dòng)滅火控制技術(shù)較復(fù)雜,本文對(duì)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)、火災(zāi)定位邏輯關(guān)系及聯(lián)動(dòng)控制流程等進(jìn)行探討、分析,為設(shè)計(jì)及管理者提供借鑒。

        2 火災(zāi)定位問題

        根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,水下隧道應(yīng)同時(shí)采用線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器和點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器(或圖像型火災(zāi)探測(cè)器)。采用探測(cè)2種及以上火災(zāi)參數(shù)的探測(cè)器,有助于盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。但在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后,如何確定火災(zāi)位置,仍存在一些問題。

        1)水下隧道發(fā)生火災(zāi),可能存在火災(zāi)探測(cè)器均未報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)人員采用按鈕或電話報(bào)警的情況,需要由監(jiān)控值班員通過視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行火災(zāi)位置判斷,遠(yuǎn)程手動(dòng)開啟對(duì)應(yīng)的噴霧滅火設(shè)備,對(duì)值班員的應(yīng)變能力、操作能力要求較高,受主觀判斷影響較大。

        2)聯(lián)動(dòng)控制方式的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)采用2個(gè)獨(dú)立的報(bào)警觸發(fā)裝置信號(hào)的“與”邏輯組合,但2類火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警分區(qū)無(wú)法從物理上完全保持一致,火災(zāi)發(fā)生時(shí)2類火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警區(qū)域可能不同或報(bào)警區(qū)域有多個(gè),需要判斷采用哪一類火災(zāi)探測(cè)器和哪一個(gè)報(bào)警區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)定位。

        3)水下隧道報(bào)警分區(qū)、防護(hù)分區(qū)數(shù)量較多,對(duì)應(yīng)關(guān)系較復(fù)雜。需要建立報(bào)警分區(qū)與防護(hù)分區(qū)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,便于實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的定位滅火。

        3 火災(zāi)定位分析

        3.1 不同火災(zāi)探測(cè)器的定位特點(diǎn)

        目前,國(guó)內(nèi)常用的火災(zāi)探測(cè)設(shè)備主要包括分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器、點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器、圖像型火災(zāi)探測(cè)器。分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)探測(cè)環(huán)境溫度變化進(jìn)行報(bào)警;點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器通過識(shí)別火焰特征光譜和變化頻率來發(fā)現(xiàn)火災(zāi);圖像型火災(zāi)探測(cè)器是基于數(shù)字圖像的處理和分析判斷火災(zāi)[1]。

        受探測(cè)原理及隧道環(huán)境的影響,各類探測(cè)器在探測(cè)隧道火災(zāi)時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

        點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器根據(jù)探測(cè)原理,可定位火災(zāi)發(fā)生在某個(gè)火災(zāi)探測(cè)區(qū)域,但不能定位到具體的發(fā)生點(diǎn);火焰探測(cè)器采用側(cè)墻式安裝,需要通過鄰近探測(cè)器覆蓋部分探測(cè)區(qū)域,以減少探測(cè)盲區(qū);探測(cè)效果受遮擋、探測(cè)器污染的影響較大,受風(fēng)速影響較小;探測(cè)分區(qū)即報(bào)警分區(qū),通過硬件設(shè)備(一般間隔不大于50m)進(jìn)行分隔、定位。

        圖像型火災(zāi)探測(cè)器可利用攝像機(jī)已知的內(nèi)部參數(shù)水平視場(chǎng)角、垂直視場(chǎng)角和焦距計(jì)算得到報(bào)警圖像中火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)相對(duì)于攝像機(jī)光軸的偏轉(zhuǎn)角度,然后根據(jù)攝像機(jī)外部參數(shù)安裝高度和安裝俯仰角度計(jì)算得到火災(zāi)實(shí)際發(fā)生位置[2]。圖像型火災(zāi)探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的定位,安裝方式與火焰探測(cè)器類似。車輛遮擋對(duì)探測(cè)效果影響較大,探測(cè)器受污染程度影響次之,受風(fēng)速影響較小。探測(cè)分區(qū)通過硬件設(shè)備(一般間隔不大于100m)進(jìn)行分隔,再結(jié)合軟件進(jìn)行報(bào)警定位。

        光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器縱向布設(shè)在隧道頂部,設(shè)置間距不大于10m,可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的定位。每個(gè)火災(zāi)探測(cè)鏈路相對(duì)獨(dú)立,探測(cè)分區(qū)通過硬件設(shè)備(一般探測(cè)鏈路長(zhǎng)100m、200m、400m)進(jìn)行分隔,再結(jié)合軟件進(jìn)行定位。光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)效果受遮擋、污染影響較小,受風(fēng)速影響較大。

        分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器沿隧道全長(zhǎng)敷設(shè),理論上可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的定位。但探測(cè)分區(qū)通過軟件進(jìn)行劃分,與硬件設(shè)備的關(guān)聯(lián)性差,報(bào)警分區(qū)可能存在“漂移”,與火災(zāi)實(shí)際發(fā)生位置存在偏差。分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)效果受遮擋、污染影響較小,受風(fēng)速影響較大。

        根據(jù)隧道全尺寸火災(zāi)探測(cè)試驗(yàn)[3],基本驗(yàn)證了圖像型火災(zāi)探測(cè)器、雙波長(zhǎng)火災(zāi)探測(cè)器及線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器對(duì)火災(zāi)進(jìn)行定位的特點(diǎn)。

        3.2 報(bào)警邏輯關(guān)系

        通過對(duì)目前幾種常用火災(zāi)探測(cè)器特點(diǎn)及定位功能的分析,水下隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)推薦采用“圖像型火災(zāi)探測(cè)器+光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器”或“點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器+光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器”,由于火災(zāi)報(bào)警觸發(fā)裝置還應(yīng)考慮手動(dòng)報(bào)警按鈕,因此,可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能的火災(zāi)報(bào)警裝置的組合形式有以下幾種情況(見表1、表2)。

        表1 火災(zāi)報(bào)警裝置的組合表

        表2 火災(zāi)報(bào)警裝置的組合形式之一

        在火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制軟件平臺(tái),根據(jù)各火災(zāi)報(bào)警裝置的邏輯關(guān)系,建立報(bào)警分區(qū)與防護(hù)分區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。發(fā)生火災(zāi)時(shí),確定一個(gè)報(bào)警分區(qū)作為火災(zāi)發(fā)生位置后,聯(lián)動(dòng)與之關(guān)聯(lián)的泡沫水噴霧控制閥箱進(jìn)行滅火。

        對(duì)于只有一類火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警、手動(dòng)報(bào)警按鈕報(bào)警及人員報(bào)警的情況,不能觸發(fā)聯(lián)動(dòng)滅火控制。由監(jiān)控值班員結(jié)合視頻監(jiān)視信息進(jìn)行確認(rèn),若未發(fā)生火災(zāi),則不作處理,報(bào)警系統(tǒng)復(fù)位;若發(fā)生火災(zāi),則根據(jù)火災(zāi)位置進(jìn)行滅火處理。也可能發(fā)生火災(zāi)而無(wú)報(bào)警的情況,因此,視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)置時(shí),應(yīng)盡可能與防護(hù)分區(qū)保持一致,便于確定滅火位置[4]。

        4 報(bào)警控制流程

        火災(zāi)報(bào)警控制器處于手動(dòng)模式時(shí),當(dāng)火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕任一裝置發(fā)出報(bào)警時(shí),監(jiān)控人員通過視頻監(jiān)控確認(rèn)火災(zāi)信息,確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)后,可通過手動(dòng)控制盤、監(jiān)控軟件平臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)打開相應(yīng)的火災(zāi)區(qū)域及其左右相鄰的2個(gè)防護(hù)分區(qū)的泡沫-水噴霧控制閥箱中的雨淋閥電磁閥和泡沫電磁閥。此時(shí)供水管道壓力下降,水噴霧主泵啟動(dòng)供水;同時(shí),泡沫原液管道壓力下降,泡沫泵工作供應(yīng)泡沫。泡沫原液經(jīng)比例混合器混合后,通過專用泡沫-水噴霧噴頭向啟動(dòng)3個(gè)防護(hù)分區(qū)噴泡沫-水噴霧滅火(見圖1)。

        圖1 火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制流程圖

        火災(zāi)報(bào)警控制器處于聯(lián)動(dòng)模式時(shí),當(dāng)滿足聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)時(shí),聯(lián)動(dòng)控制器聯(lián)動(dòng)噴霧系統(tǒng)進(jìn)行滅火[5]。

        5 應(yīng)用實(shí)例

        5.1 泡沫-水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)

        以某市水下雙向6車道隧道為例,泡沫-水噴霧聯(lián)用滅火系統(tǒng)設(shè)置的泡沫水噴霧控制閥箱間距為25m,噴頭間距為5m,每25m長(zhǎng)為一個(gè)泡沫-水噴霧防護(hù)區(qū)間(見圖2)。當(dāng)水下隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí),根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、攝像機(jī)等定位的火災(zāi)位置,消防聯(lián)動(dòng)控制器聯(lián)動(dòng)相應(yīng)的火災(zāi)區(qū)域及左右相鄰的2個(gè)防護(hù)分區(qū)的噴頭共3組噴頭進(jìn)行滅火。即當(dāng)火災(zāi)定位分區(qū)N發(fā)生火災(zāi)時(shí),啟動(dòng)分區(qū)N-1、分區(qū)N及分區(qū)N+1的噴水裝置進(jìn)行滅火。

        圖2 某水下隧道噴頭及泡沫水噴霧控制閥箱布置圖(單位:m)

        5.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

        該項(xiàng)目火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)采用“圖像型火災(zāi)探測(cè)器+光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器”的方式。

        圖像型火災(zāi)探測(cè)器設(shè)置在隧道行車方向右側(cè),單側(cè)間距75m,報(bào)警分區(qū)為25m,平面布設(shè)位置基本與泡沫-水噴霧防護(hù)區(qū)間保持一致(見圖3)。圖像型火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)時(shí),將視頻信息、報(bào)警信息上傳至圖像火災(zāi)報(bào)警管理平臺(tái),在管理平臺(tái)可查看實(shí)時(shí)圖像、報(bào)警信息、報(bào)警畫面/視頻,并能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圖像型火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。探測(cè)器報(bào)警信號(hào)通過傳輸模塊上傳至火災(zāi)報(bào)警控制器。

        光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器在隧道拱頂設(shè)置2條探測(cè)鏈路,光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器間距為5m,報(bào)警分區(qū)為25m,每個(gè)探測(cè)鏈路長(zhǎng)100m(見圖4)。光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)時(shí),將報(bào)警信號(hào)上傳到光纖光柵信號(hào)處理器,再通過傳輸模塊上傳至火災(zāi)報(bào)警控制器。

        發(fā)生火災(zāi)時(shí),若圖像型火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警分區(qū)均為分區(qū)N,則火災(zāi)定位到分區(qū)N,啟動(dòng)分區(qū)N-1、分區(qū)N及分區(qū)N+1的噴水裝置;若圖像型火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警分區(qū)不同,則主要依據(jù)圖像型火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行定位,輔助視頻監(jiān)控的圖像進(jìn)行確認(rèn),開啟相應(yīng)的噴水裝置。

        以上示例為固定火源的情況下,火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及報(bào)警區(qū)域的示意。

        6 結(jié)語(yǔ)

        1)根據(jù)不同火災(zāi)探測(cè)器的特點(diǎn),水下隧道火災(zāi)探測(cè)建議采用“點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器+光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器”或“圖像型火災(zāi)探測(cè)器+光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器”。

        圖3 某水下隧道圖像型火災(zāi)探測(cè)器布置圖(單位:m)

        圖4 某水下隧道光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器布置圖(單位:m)

        2)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)置位置盡可能與防護(hù)分區(qū)對(duì)應(yīng),設(shè)置間距按防護(hù)分區(qū)倍數(shù)關(guān)系考慮。在發(fā)生火災(zāi)而未報(bào)警的情況下,有利于監(jiān)控值班員判斷開啟滅火裝置的區(qū)域。

        3)點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器及圖像型火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警分區(qū)盡可能與防護(hù)分區(qū)對(duì)應(yīng),使火災(zāi)定位的邏輯關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化。

        4)若火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)達(dá)到聯(lián)動(dòng)報(bào)警要求,系統(tǒng)則根據(jù)建立的報(bào)警定位邏輯關(guān)系,綜合確定報(bào)警分區(qū),聯(lián)動(dòng)對(duì)應(yīng)的滅火裝置。

        5)鑒于水下隧道運(yùn)營(yíng)安全的重要性,建議運(yùn)營(yíng)管理時(shí)采用火災(zāi)定位后由監(jiān)控值班員確認(rèn)后實(shí)施控制的方式。

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