徐騰飛

（北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100027）

1 城市軌道交通FAS系統(tǒng)概述

與城市中其他公共交通工具相比，城市軌道交通具有速度快、載客量大、價(jià)格低廉、避免擁堵等優(yōu)勢(shì)，因此，城市軌道交通也成為大部分人出行的最佳選擇。

2021年年底，北京市軌道交通歷史性地完成了“九線開通”，北京地鐵運(yùn)營(yíng)里程也達(dá)到了783 km，根據(jù)“十四五”規(guī)劃，北京市軌道交通要達(dá)到1 600 km，城市軌道交通依然是一大熱門板塊。為充分利用有限的土地資源，北京城市軌道交通絕大部分車站位于地面下，空間相對(duì)封閉，人員密度較大，不利于疏散，且因地鐵智能化較高，電氣設(shè)備數(shù)量龐大，如因人為原因或電氣線路老化故障，在地鐵車輛、車站公共區(qū)、設(shè)備區(qū)等人口密集區(qū)發(fā)生火災(zāi)，可能會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，也稱FAS 系統(tǒng)，是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置、聯(lián)動(dòng)輸出裝置以及其他輔助功能裝置組成的。在火災(zāi)初期，它能將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災(zāi)探測(cè)器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器；同時(shí)以聲或光的形式通知整個(gè)樓層疏散，控制器記錄火災(zāi)發(fā)生的部位、時(shí)間等，使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度地減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失[1]。

經(jīng)過近20年的發(fā)展，北京軌道交通FAS 系統(tǒng)日臻完善，能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)探測(cè)、向車站控制室及小營(yíng)控制中心發(fā)出火災(zāi)警報(bào)、報(bào)告火災(zāi)區(qū)域、與綜合監(jiān)控系統(tǒng)及環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)配合或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，真正做到了及時(shí)消滅火災(zāi)隱患，防患于未然[2]。

2 基于城市軌道交通現(xiàn)行FAS系統(tǒng)的改進(jìn)型接線方式

2.1 FAS系統(tǒng)與各專業(yè)的接口

為實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)功能，F(xiàn)AS 系統(tǒng)通過232 線、485線、光纖等接口與供電、機(jī)電、通信等專業(yè)傳遞信號(hào)，并通過輸入輸出模塊控制各系統(tǒng)，達(dá)到消防聯(lián)動(dòng)的目的。[3]接口詳情如下：

（1）與動(dòng)力照明專業(yè)的接口：①動(dòng)力照明專業(yè)提供FAS 專用供電回路；接口位置預(yù)設(shè)在動(dòng)力照明配電箱/控制柜的控制接線端子排；②火災(zāi)模式下FAS系統(tǒng)啟動(dòng)應(yīng)急照明系統(tǒng)，硬線接口位于應(yīng)急照明電源配電箱出線端。

（2）與低壓配電專業(yè)接口：火災(zāi)情況下，F(xiàn)AS 給低壓配電系統(tǒng)下達(dá)切斷非消防負(fù)荷信號(hào)，從而切斷非消防用電。硬線接口預(yù)設(shè)在低壓柜配電回路的分離脫扣器的端子排外線側(cè)。

（3）與環(huán)控通風(fēng)專業(yè)的接口：火災(zāi)情況下，F(xiàn)AS控制專用排煙設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)排煙動(dòng)作。硬線接口預(yù)設(shè)在專用防排煙風(fēng)機(jī)、防排煙閥門、擋煙垂簾、電動(dòng)排煙窗等設(shè)備的控制器/箱處。

（4）與給排水專業(yè)的接口：若發(fā)生火災(zāi)，F(xiàn)AS 控制消防泵、電動(dòng)蝶閥（主要針對(duì)地下站）等設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。硬線接口位于消防水泵控制箱、消防水管電動(dòng)碟閥的接線端子排。

（5）與通信專業(yè)的接口：通信系統(tǒng)為FAS 提供6芯光纖，由通信專業(yè)統(tǒng)一敷設(shè)，接口位置在通信機(jī)械室的光纖配線架上。

（6）與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口：FAS 系統(tǒng)向ISCS發(fā)送火災(zāi)信息，設(shè)備運(yùn)行信息，接口位置在控制中心及車站綜合監(jiān)控設(shè)備房ISCS 機(jī)柜配線架外側(cè)，2路串行接口。

（7）與BAS 的接口：火災(zāi)模式下向BAS 系統(tǒng)發(fā)送模式控制信號(hào)，接口位置在車控室IBP 盤內(nèi)接線端子，RS232串行接口。

（8）與時(shí)鐘系統(tǒng)的接口：接口位置在控制中心時(shí)鐘系統(tǒng)的通信接口處，接收時(shí)鐘對(duì)時(shí)信號(hào)，為通信接口。

（9）與電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)接口：接收電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)，硬線或通信接口位于車控室火災(zāi)報(bào)警控制器接線端子。

（10）與電梯的接口：火災(zāi)模式下控制電梯停首層，硬線接口位于電梯控制箱接線端子處。

2.2 軌道交通中短路隔離器通用的接線方式

FAS 系統(tǒng)對(duì)各專業(yè)的控制功能由FAS 系統(tǒng)主機(jī)和模塊箱共同實(shí)現(xiàn)，上述各接口統(tǒng)一接入各專業(yè)臨近的FAS 模塊箱中的輸入輸出模塊，F(xiàn)AS 主機(jī)通過各個(gè)模塊箱內(nèi)的輸入輸出模塊，達(dá)到控制各個(gè)專業(yè)的目的，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。FAS 模塊箱見圖1。

圖1 北京地鐵11號(hào)線FAS模塊箱

總線隔離器一般位于FAS 系統(tǒng)的模塊箱中，是FAS 主機(jī)與回路內(nèi)所帶各控制點(diǎn)的屏障，當(dāng)系統(tǒng)局部出現(xiàn)短路故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)將出現(xiàn)斷路故障部分從系統(tǒng)中隔離出去。若系統(tǒng)分支總線出現(xiàn)故障（如短路）時(shí)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)整體的癱瘓，總線隔離器的設(shè)置就可使上述問題得到解決。其余分支系統(tǒng)正常工作；當(dāng)故障修復(fù)后，總線隔離器會(huì)自動(dòng)接通總線，使修復(fù)后的分支系統(tǒng)接入系統(tǒng)。其特點(diǎn)包括：①反應(yīng)靈敏，響應(yīng)時(shí)間短；②總線修復(fù)后自動(dòng)恢復(fù)；③采用模塊式結(jié)構(gòu)，安裝簡(jiǎn)單，維修方便的特點(diǎn)。

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》中第3.1.6款所規(guī)定：系統(tǒng)總線上應(yīng)設(shè)置總線短路隔離器，每支總線短路隔離器保護(hù)的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕和模塊等消防設(shè)備的總數(shù)不應(yīng)超過32點(diǎn)；總線穿越防火分區(qū)時(shí)，應(yīng)在穿越處設(shè)置總線短路隔離器。又由GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第3.1.5款所規(guī)定：任一臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制器所連接的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕和模塊等設(shè)備總數(shù)和地址總數(shù)，均不應(yīng)超過3 200點(diǎn)，其中每一總線回路連接設(shè)備的總數(shù)不宜超過200點(diǎn)，且應(yīng)留有不少于額定容量10 %的余量；任一臺(tái)消防聯(lián)動(dòng)控制器地址總數(shù)或火災(zāi)報(bào)警控制器（聯(lián)動(dòng)型）所控制的各類模塊總數(shù)不應(yīng)超過1 600點(diǎn)，每一聯(lián)動(dòng)總線回路連接設(shè)備的總數(shù)不宜超過100點(diǎn)，且應(yīng)留有不少于額定容量10 %的余量。

當(dāng)前主流FAS 系統(tǒng)短路隔離器的接線方式有兩種：環(huán)形接線與樹形接線。環(huán)形接線方式見圖2，樹形接線方式見圖3。

圖2 環(huán)形接線方式

圖3 樹形接線方式

樹形接線是單個(gè)模塊帶本回路內(nèi)的所有控制點(diǎn)，短路隔離器位于FAS 主機(jī)與被控模塊之間，其優(yōu)勢(shì)在于：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用短路隔離器數(shù)量較少，建設(shè)成本較低。因此，樹形接線方式廣泛應(yīng)用于北京軌道交通的設(shè)計(jì)中。

在北京市11號(hào)線、16號(hào)線的設(shè)計(jì)中，就采用了樹形設(shè)計(jì)，煙感、溫感中自帶隔離模塊。但是在實(shí)際應(yīng)用中，軌道交通中現(xiàn)行的樹形接線方式有以下弊端：如果隔離模塊發(fā)生故障，不能切斷故障回路，會(huì)發(fā)生串電事故，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蚨搪窡龤е鳈C(jī)，導(dǎo)致車站的主機(jī)癱瘓，失去報(bào)警功能。在11號(hào)線、16號(hào)線施工過程中，曾多次發(fā)生模塊串電，燒毀FAS 主機(jī)的情況。

另根據(jù)《火災(zāi)探測(cè)報(bào)警產(chǎn)品的維修保養(yǎng)與報(bào)廢》GB 29837—2013，第6條中6.1.1款規(guī)定：火災(zāi)探測(cè)報(bào)警產(chǎn)品使用壽命一般不超過12年。

北京地鐵部分線路FAS 系統(tǒng)設(shè)備使用壽命詳見表1。

表1 北京地鐵部分線路FAS系統(tǒng)設(shè)備使用壽命統(tǒng)計(jì)

環(huán)形接線的優(yōu)勢(shì)是在各個(gè)回路內(nèi)，增加了短路隔離模塊，當(dāng)本回路內(nèi)有一個(gè)短路隔離器出現(xiàn)故障時(shí)，可由其相鄰的短路隔離器繼續(xù)進(jìn)行隔離保護(hù)。理論上，只要緊鄰FAS 主機(jī)的兩個(gè)短路隔離器正常運(yùn)行，即可確保本回路發(fā)生故障后，不會(huì)燒毀主機(jī)。即使在地鐵后期的運(yùn)營(yíng)過程中，也可以對(duì)緊鄰FAS 主機(jī)的兩個(gè)短路隔離器進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，減少了運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，提高了維護(hù)效率。

環(huán)形接線方式雖然抬升了一些建設(shè)成本，但是大幅度提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，更有利于超年限運(yùn)營(yíng)的線路，降低了FAS 主機(jī)燒毀的概率，減少了運(yùn)營(yíng)開銷，更適用于城市軌道交通。

2.3 兩種接線方式穩(wěn)定性對(duì)比

如果總線隔離器采用樹形接線方式，可根據(jù)公式（1），計(jì)算出消防報(bào)警設(shè)備使用滿12年后，F(xiàn)AS 系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。

式中，f（x）為被控模塊發(fā)生故障的概率；f（y）為短路隔離器發(fā)生故障的概率；m 為單個(gè)回路內(nèi)被控設(shè)備數(shù)量；n 為短路隔離器數(shù)量。

由公式（1），假設(shè)單個(gè)短路隔離器、輸入輸出模塊、煙感、溫感發(fā)生故障的概率均為0.1，全站40個(gè)短路隔離器，每個(gè)短路隔離器保護(hù)20個(gè)點(diǎn)考慮，系統(tǒng)發(fā)生串電后，將上述數(shù)據(jù)代入公式（1）中，可知系統(tǒng)發(fā)生故障的概率為89.06%。

為避免該類事故，在北京S1 線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了環(huán)形接線方式，考慮最極端情況，只有在緊鄰主機(jī)的短路隔離器發(fā)生故障的情況下，才會(huì)燒壞主機(jī)。環(huán)形接線方式故障概率為

式中，f（x）為短路隔離器發(fā)生的概率；k為總線回路數(shù)量。

由公式（2）可知，當(dāng)被控模塊發(fā)生漏電，燒毀主機(jī)，癱瘓整個(gè)系統(tǒng)的出現(xiàn)故障的概率不超過10 %。

如果采用環(huán)形接線，可有效規(guī)避系統(tǒng)老化后出現(xiàn)的串電問題，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在環(huán)形接線的回路中，當(dāng)一個(gè)隔離模塊發(fā)生故障時(shí)，還有其他模塊代為工作，不易發(fā)生燒毀主機(jī)，導(dǎo)致全站消防報(bào)警系統(tǒng)癱瘓的情況。

3 結(jié)束語

通過采用總線隔離模塊環(huán)形接線技術(shù)，可以更有效地保護(hù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)回路卡和主板，確保火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)個(gè)別隔離模塊出現(xiàn)故障時(shí)，相鄰的隔離模塊將自動(dòng)切斷短路部分與總線的連接，短路故障排除后，隔離模塊自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行，將先前切斷的報(bào)警回路接入FAS 報(bào)警主機(jī)，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，避免國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失。