嚴小亮

(柳州城市職業(yè)學院,廣西 柳州 545036)

0 引言

隨著隧道技術的迅速發(fā)展,各類隧道工程的建設為公路運輸、經濟的發(fā)展提供了方便,同時也對隧道的消防安全提出了新的挑戰(zhàn)。連續(xù)的大范圍火災表明,如果不在隧道火災初期加以有效的控制,將會造成巨大的經濟損失,甚至出現(xiàn)人員傷亡。王培平等[1]提出基于物聯(lián)網技術的設備聯(lián)動方法,采用近距離無線感應技術處理消防巡查信息,通過智能識別卡將信息傳輸至監(jiān)視平臺,再通過云平臺傳送給遠端處理器進行處理,獲取報警內容;王佳等[2]提出基于BIM的設備聯(lián)動方法,通過格式模型輕量化展示消防架構,結合BIM工具化處理方式,整理幾何信息與非幾何信息,實現(xiàn)消防設備的智能聯(lián)動。然而,使用這兩種方法容易受到誘導信息影響,傳輸?shù)南佬畔⒋嬖趥卧煨?聯(lián)動效果不佳。為此,本文提出了基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術。

1 工程概況

廣西大浦高速公路某大跨度隧道為雙向隧道,左線全長1 105 m,右線全長1 140 m。在隧道的入口處和右側的隧洞中有一定的偏置,工程地質條件不佳,在隧洞施工過程中容易出現(xiàn)大變形、塌方等危險,并且建設周期較長,施工困難。

該隧道內的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為一種基于視頻的仿真監(jiān)測系統(tǒng),由于觀測角度有限,很難對隧道中的其他報警進行有效的觀測。

2 基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術

2.1 監(jiān)控裝置和消防報警聯(lián)動控制原理

由于火災報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)測系統(tǒng)不能形成有效的聯(lián)動控制,有太多的環(huán)節(jié)需要人為思考,不僅會影響到滅火效率,還會使火災蔓延,造成嚴重后果。因此,需要通過高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)的聯(lián)動控制技術[3],準確地判斷噴水口的位置,防止人工判斷錯誤,影響救援工作效率[4]。

2.1.1 煙霧傳感器智能檢測裝置

視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠輔助定位隧道內噴水口位置,基于該情況,設計了一種基于多傳感器技術的煙感器智能聯(lián)動監(jiān)控裝置,如圖1所示。

圖1 煙霧傳感器智能監(jiān)控裝置示意圖

由圖1可知,該系統(tǒng)由采集、處理、通信三大模塊組成,采用多個煙感器進行煙霧濃度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的交互、傳輸,并由服務器進行數(shù)據(jù)的存儲與分析[5],最后通過監(jiān)測裝置將所檢測的數(shù)據(jù)傳送至多臺傳感器及遙控終端,實現(xiàn)對各種異常狀況的實時、無死角追蹤。

2.1.2 煙霧傳感器聯(lián)動控制檢測報警

在煙感器智能聯(lián)動控制監(jiān)控裝置下,設計聯(lián)動控制報警流程如下:

步驟一:通過管理平臺能夠實時監(jiān)測雙波長串行信號,在監(jiān)控到火情的情況下,系統(tǒng)界面會自動將報警信號收集到管理平臺[6],并在訊息面板中顯示報警信息。

步驟二:當GIS位置坐標中的報警裝置點開始閃動時,屏幕中心顯示聚集的報警點位。

步驟三:火災點煙感器在收到火災報警信息后,會在客戶端和大屏幕上顯示相應的煙霧濃度數(shù)據(jù)。

步驟四:在控制面板中,如果確定發(fā)生火災,面板將自動打開煙霧傳感器進行煙霧濃度掃描;如果出現(xiàn)錯誤的警報,則自動記錄為虛警,并向ifix5發(fā)出指令,ifix5會把執(zhí)行結果反饋給管理平臺,并將其結果記錄在日志中。

2.2 基于多傳感器技術的滅火聯(lián)動控制

2.2.1 位置傳感器火情坐標定位

通過一個單一的參照節(jié)點,對跳數(shù)傳播過程進行研究,如圖2所示。

圖2 跳數(shù)傳播過程示意圖

由圖2可知,通過獲取其他基準節(jié)點的位置和間隔跳數(shù),得到各基準節(jié)點的平均每跳距離,并將其作為校正值廣播到網絡中[7]。參考節(jié)點i的平均每跳距離,其計算公式為:

(1)

式中:sij——節(jié)點i到j的跳數(shù);

(xi,yi)、(xj,yj)——節(jié)點i和j的坐標。

(2)

將式(2)表示為線性方程形式,使用最小均方差估計方法,能夠得到節(jié)點k的坐標:

X=(RTR)-1RTa

(3)

當RTR的值為非奇異值時,節(jié)點k的坐標就是一個唯一值。

2.2.2 滅火聯(lián)動控制方案

通過對煙霧傳感、位置傳感器的聯(lián)動控制,能夠獲取火災位置、火情大小,從而實現(xiàn)智能消防報警的應急措施。此處通過與監(jiān)視裝置的聯(lián)動控制,設計了聲光報警模塊,與其他裝置的輸出接觸點相連接,如圖3所示。

圖3 滅火聯(lián)動控制方案示意圖

由圖3所知,當火災發(fā)生時,火災探測器會同時向消防管理計算機和現(xiàn)場火災報警控制器發(fā)出訊號。該系統(tǒng)能將火災現(xiàn)場的數(shù)據(jù)轉移到消防屏幕上,實現(xiàn)了聲光的同步聯(lián)動控制[8]。當消防水泵啟動時,供水系統(tǒng)自動連接,鎖定水源,開啟閥門,精確控制火焰。當火焰完全熄滅時,閥門會自動關閉,也能開啟氣體滅火裝置,達到自動滅火目的。

3 試驗

3.1 試驗平臺的搭建

以廣西大浦高速公路某大跨度隧道為例,搭建試驗平臺,如圖4所示。

圖4 試驗平臺示意圖

以圖4為例,通過GIS位置坐標直觀地展示了該隧道的斷面效應,在隧道內設立多個探測器裝置,與火災監(jiān)控中心互聯(lián),從而可以實時地將隧道各報警所獲取的數(shù)據(jù)信息反饋到GIS環(huán)境中,實現(xiàn)對各種異常情況的實時追蹤。

3.2 火災定位精準度對比分析

為了驗證所提方法的可行性,進行試驗。在火勢蔓延區(qū)域,預設著火點位置,如下頁圖5所示。

圖5 火勢蔓延位置示意圖

以圖5為依據(jù),對火災定位精準度進行分析,結果如圖6所示。

圖6 3種方法火災定位精準度對比散點圖

由圖6可知,使用基于物聯(lián)網技術的報警聯(lián)動控制方法定位的著火點位置有5個,使用基于BIM的設備聯(lián)動方法定位的著火點位置有9個,均與實際著火點(6.8,7.0)不一致;使用基于多傳感器的控制技術定位的著火點位置有兩個,坐標分別為(6.9,7.1)、(7.0,6.9),與實際著火點(6.8,7.0)相差不大,基本一致。

通過上述研究結果可知,所提方法能夠精準定位火災位置。

3.3 聯(lián)動控制時間對比分析

分別使用基于物聯(lián)網技術的設備聯(lián)動方法、基于BIM的報警聯(lián)動控制方法和基于多傳感器的控制技術,對比分析聯(lián)動控制時間,如表1所示。

表1 3種方法聯(lián)動控制時間對比分析表

由表1可知,在火災蔓延范圍為14 m時,使用基于物聯(lián)網技術的設備聯(lián)動方法,聯(lián)動控制時間為41 s;使用基于BIM的設備聯(lián)動方法,聯(lián)動控制時間為35 s;使用基于多傳感器的控制技術,聯(lián)動控制時間為18 s,說明該方法運行速度快,聯(lián)動控制效率高。

4 結語

通過上述試驗可知,基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術,在廣西大浦高速公路某大跨度隧道內得到了廣泛的應用。該方法可以實現(xiàn)對火災的精確定位,有效地提高現(xiàn)場應急反應能力,從而實現(xiàn)滅火自動化,降低火災損失,增強隧道消防安全。