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，我國水下隧道的建設(shè)發(fā)展迅速。水下隧道具有隧道長、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)探測器和點(diǎn)型紅外火焰探測器（或圖像型火災(zāi)探測器）。采用探測2種及以上火災(zāi)參數(shù)的探測器，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)探測器均未報(bào)警、現(xiàn)場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)探測器的報(bào)警分區(qū)無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)探測器的定位特點(diǎn)

目前，國內(nèi)常用的火災(zāi)探測設(shè)備主要包括分布式光纖火災(zāi)探測器、光纖光柵火災(zāi)探測器、點(diǎn)型紅外火焰探測器、圖像型火災(zāi)探測器。分布式光纖火災(zāi)探測器、光纖光柵火災(zāi)探測器根據(jù)探測環(huán)境溫度變化進(jìn)行報(bào)警；點(diǎn)型紅外火焰探測器通過識(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)探測器是基于數(shù)字圖像的處理和分析判斷火災(zāi)[1]。

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

點(diǎn)型紅外火焰探測器根據(jù)探測原理，可定位火災(zāi)發(fā)生在某個(gè)火災(zāi)探測區(qū)域，但不能定位到具體的發(fā)生點(diǎn)；火焰探測器采用側(cè)墻式安裝，需要通過鄰近探測器覆蓋部分探測區(qū)域，以減少探測盲區(qū)；探測效果受遮擋、探測器污染的影響較大，受風(fēng)速影響較??；探測分區(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)探測器可利用攝像機(jī)已知的內(nèi)部參數(shù)水平視場角、垂直視場角和焦距計(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)探測器可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的定位，安裝方式與火焰探測器類似。車輛遮擋對(duì)探測效果影響較大，探測器受污染程度影響次之，受風(fēng)速影響較小。探測分區(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)探測鏈路相對(duì)獨(dú)立，探測分區(qū)通過硬件設(shè)備（一般探測鏈路長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)探測器的探測效果受遮擋、污染影響較小，受風(fēng)速影響較大。

分布式光纖火災(zāi)探測器沿隧道全長敷設(shè)，理論上可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的定位。但探測分區(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)探測器的探測效果受遮擋、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)探測試驗(yàn)[3]，基本驗(yàn)證了圖像型火災(zāi)探測器、雙波長火災(zāi)探測器及線型光纖感溫火災(zāi)探測器對(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)探測器+光纖光柵火災(zāi)探測器”或“點(diǎn)型紅外火焰探測器+光纖光柵火災(zāi)探測器”，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)探測器+光纖光柵火災(zāi)探測器”的方式。

圖像型火災(zāi)探測器設(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)探測器探測到火災(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)場圖像型火災(zāi)探測器進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。探測器報(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)探測器在隧道拱頂設(shè)置2條探測鏈路，光纖光柵火災(zāi)探測器間距為5m，報(bào)警分區(qū)為25m，每個(gè)探測鏈路長100m（見圖4）。光纖光柵火災(zāi)探測器探測到火災(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)探測器和光纖光柵火災(zāi)探測器報(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)探測器和光纖光柵火災(zāi)探測器報(bào)警分區(qū)不同，則主要依據(jù)圖像型火災(zāi)探測器進(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

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

圖3 某水下隧道圖像型火災(zāi)探測器布置圖（單位：m）

圖4 某水下隧道光纖光柵火災(zāi)探測器布置圖（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)型紅外火焰探測器、光纖光柵火災(zāi)探測器及圖像型火災(zāi)探測器的報(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)營安全的重要性，建議運(yùn)營管理時(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。