地铁及隧道火灾自动报警技术的应用及发展3
周晓玲,李 炜
(上海市隧道工程轨道交通设计研究院,上海 200092)
摘 要:本文介绍了城市地铁与隧道火灾的起因及火灾特点,以及火灾自动报警系统在地铁与隧道中的构成方式及功能,根据地铁与隧道火灾报警的应用需求,提出了地铁与隧道的火灾自动报警技术应向智能化、多样化、网络化技术方向发展。
关键词:地铁;隧道;火灾自动报警;构成;功能;发展趋势
中图分类号:U459.2 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2009)增2-1791-03
D evelopm en t and Appli ca ti on of Auto ma ti c F i re A l ar m
Technology i n M etro and Tunnel
Z HOU Xiao2ling,L IW ei
(Shanghai Tunnel Engineering&R ail Transit D esign and R esearch Institute,Shanghai200092,China)
Abstract:This paper p resents the reas on and characteristics of fire accidents in urban metr o and tunnel p r o2 jects.Further more,the structure and app licati on of aut o fire alar m syste m used in metr o and tunnel p r ojects are intr o2 duced.Based on the require ment t o fire alar m system,the devel opment trend,na mely intelligenti on,diversificati on and net w ork of aut omatic fire alar m technol ogy in metr o and tunnel engineering are discussed.
Keywords:metr o;tunnel;aut omatic fire alar m;structure;functi on;devel opment trend
1 引言
城市地铁与隧道因深埋地下,环境封闭、通道狭长、排烟不畅,火灾一旦发生,疏散、救援极为困难,往往会一发不可收拾,造成重大财产损失或人员伤亡。设置火灾自动报警系统,能及时发现火灾,为救援和采取措施提供准确信息,是预防和遏制火灾的重要保障,为保护人民的生命财产安全具有极其重要的作用。
2 地铁火灾自动报警系统
2.1 地铁火灾的起因及火灾特点
地铁火灾的起因主要有:1)电气设备及电缆引起的火灾;2)吸烟不慎引起的火灾;3)维修过程中违章操作引起的火灾;4)人为破坏引起的火灾。
地铁火灾有如下特点:1)人员疏散困难;2)灭火救援困难;3)排烟困难;4)火灾损失大,社会影响恶劣。
2.2 地铁火灾自动报警系统发展
火灾探测技术已有了一百多年的发展历史[1,2],从被动探测到主动探测,从模拟量可寻址技术到智能化探测技术,火灾探测技术经历了多次技术革新,以实现早期预警,可靠探测火灾的目的。
地铁火灾自动报警系统随着国内外火灾探测技术发展而发展,也经历了如下发展过程:
(1)从开关量探测器到智能模拟探测器的发展;
(2)从离子感烟火灾探测器到光电感烟探测器的发展;
(3)从低灵敏度探测器到高灵敏度探测器的发展。
2.3 地铁火灾自动报警系统功能
3收稿日期:2009209230(修改稿)
作者简介:周晓玲(1965-),湖北应城人,高级工程师,主要从事轨迹交通设计工作。E2mail:zhouxiaoling_sh@126.co m地铁火灾自动报警系统主要实现如下功能:
(1)接受火灾探测器以及消火栓按钮、手动报警按钮等设备的自动、手动报警信号。
(2)监视排烟防火阀、防烟防火阀状态。
(3)控制消防泵启停、喷淋泵启停,接收其反馈信号,显示工作和故障状态。设置手动直接起动控制装置。
(4)控制电梯停于首层,并接收反馈信号。
(5)火灾时对防火卷帘门实施控制,并接收其状态反馈信号。
(6)控制常开防火门关闭,并接收反馈信号。
(7)接收气体自动灭火系统的报警信号、故障信号、气体喷放信号,手动/自动信号。监视气体灭火房间防火阀状态。
(8)火灾时火灾自动报警系统发出指令,由设备监控系统执行指令,将其所监控的设备运行模式切换为预定火灾模式,完成后反馈信息至火灾自动报警系统。
(9)切断相关部位非消防电源,公共广播强切为火灾应急广播,送信号给自动售检票系统,切断闸机电源,打开通道。
(10)将火灾报警点及消防设备状态显示在智能火灾报警控制器和火灾图形工作站上。
(11)向控制中心和城市消防中心发送火灾信息。
3.4 地铁火灾自动报警系统构成
地铁全线火灾自动报警系统由控制中心级和车站级二级监控管理方式构成[3,4],控制中心级实现对全线防灾报警系统集中监控和管理,车站级在各车站、车辆段、停车场、控制中心大楼设火灾报警控制器,对其所管辖范围执行消防监控管理。
车站级火灾自动报警系统由火灾报警控制器、图形显示终端、与所管辖范围内的各种探测器、手动报警按钮、电话插孔、消防专用电话、控制联动设备、信号接受设备和信号反馈设备等构成。
全线监控管理中心与车站级火灾自动报警系统通过传输通道连接。
典型地铁车站火灾报警系统见图1:
3 隧道火灾报警系统
隧道火灾报警系统主要负责探测隧道火灾,并输出报警;当发生火灾情况是,负责启动或联动相关消防设备消灾,从而维护隧道所应有的安全标准,保障生命及财产不受损害
。
图1 地铁车站火灾报警系统图
Fig.1 Structure of fire alar m syste m of metr o stati on 3.1 隧道火灾的起因及火灾特点
隧道火灾的起因:1)车辆设备引起的火灾;2)车辆相撞引起的火灾;3)车辆货物引起的火灾;4)电气设备及电缆引起的火灾;5)维修过程中违章操作引起的火灾;6)人为破坏引起的火灾。
隧道火灾的特点:1)火势发展快;2)人员疏散困难;3)灭火救援困难;4)火灾损失大,社会影响恶劣。
3.2 隧道火灾报警系统功能
隧道火灾报警系统主要实现如下功能:
(1)接受隧道内专用火灾探测器、设备用房的极早期火灾探测器、光电式感烟/温探测器以及消火栓按钮、手动报警按钮等设备的自动、手动报警信号。
(2)火灾情况下对消火栓泵、水喷淋泵和泡沫泵进行强制性直接启动控制,并接受反馈信号;对隧道内的排烟风机、集中排风机、射流风机进行联动控制并接受反馈信号;切断隧道内非消防电源,系统必要时。
(3)将火灾报警点及消防设备状态显示在智能火灾报警控制器和火灾图形工作站上。
(4)通过与隧道综合监控系统的联网,将经人工确认后的报警点信息上网发布给相关系统,使相关系统联动;如将火灾地点以隧道总貌图的方式显示在综合投影屏上、抑制交通联动、强切系统灾情图像至详情监视器上,强切广播系统为消防广播使用等。
3.3 隧道火灾报警系统探测器的选择
车行隧道内,专用火灾探测器通常选用如下三种:双波长火焰火灾探测器、分布式光纤感温探测器和光纤光栅感温火灾探测器。
(1)火焰燃烧通常伴随有红外辐射,红外火焰探测器是通过监测特定的红外辐射信息来判断火
2971地下空间与工程学报 第5卷焰的存在。双红外火焰探测器运用了多红外传感技术,使用两个具有窄带滤波的不同波长的红外传感器,其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长,另外一只传感器监视环境中的其他红外辐射,结合火焰的闪烁特征,通过特定的微处理器和专用的数学算法模型进行运算分析,使得只有符合火焰特征的辐射频谱才会被确认为火警,而其他的干扰因素形成的假火警信号则会被排除。
(2)分布式光纤感温探测器应用激光光纤拉曼散射效应和光时域反射OT DR原理实现连续空间温度场的温度测量与位置确定。控制器向探测器注入高能窄激光脉冲,激光脉冲在探测器中传输时的背向散射回波返回控制器,经过光电转换和放大进行数据采集,由系统软件实现现场温度的解调、火场定位及其它火灾信息处理。
(3)光纤光栅探测器采用光纤光栅作为温度敏感元件,对波长信号进行数字式测量;采用先进的可调法布里-珀罗腔滤波技术进行波长检测。当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常,它会发送报警信号给火灾报警控制器,火灾报警控制器再发出采取措施的信号。
三种探测方式比较见表1。
表1 三种探测方式比较表
Table1 Co m par ison of d i fferen t f i re a l arm technolog i es 比较内容双波长分布式光纤光纤光栅
检测方式火焰波长
双波长火焰阈
值
温度
定温\\差温\
混合
温度
定温\\差温\
混合
检测量类型开关量模拟量模拟量测量精度高一般较高
响应时间短一般(受测量
精度、监测距
离影响)
较短(与测量
精度、监测距
离无关)
探测缺陷只能在无遮挡
情况下检测明
火
受隧道内风
速影响
受隧道内风
速影响
与报警主机连接方式点对点模块
通讯口/点对
点模块
通讯口/点对
点模块
使用寿命长一般较长系统价格较高较低一般系统稳定性稳定需要维护稳定维护性探头定期清洁方便方便
安全性低(非本质安全
防爆)
高(本质防燃
防爆)
高(本质防燃
防爆)
3.4 隧道火灾报警系统构成分析
隧道火灾报警系统主要由火灾报警控制器、图形显示工作站、探测器、输入/输出模块、手动报警按钮等组成,隧道典型火灾报警系统图见图2、图3
。
图2 隧道典型双波长火灾报警方案图
Fig.2 Structure of double wavelength fire alar m
system of tunnel
图3 隧道典型分布式光纤/光栅光纤火灾报警方案图
Fig.3 Structure of distributing fibre/grating fibre fire
alar m syste m of tunnel
4 火灾自动报警系统技术发展展望
4.1 智能化技术发展
目前地铁、隧道火灾自动报警系统或多或少存在误报和漏报现象,火灾自动报警系统智能化是使探测系统能模仿人的思维,主动采集环境温度、湿度、灰尘、光波等数据模拟量并充分采用模糊逻辑和人工神经网络技术等进行计算处理,对各项环境数据进行对比判断,区别真假火灾信号,去除环境因素干扰,从而准确地预报和探测火灾,避免误报和漏报现象。
4.2 火灾探测技术多样化的发展
目前地铁采用的火灾探测器有智能光电感烟探测器、红外对射式感烟探测器、线型感温电缆、智能型感温探测器等,隧道采用的火灾探测器有双波长火焰火灾探测器、分布式光纤感温探测器和光纤光栅感温火灾探测器等。为提高探测的准确性和本身运行的安全性的复合式火灾探测器、将被动探测改为主动探测的高敏度的吸气式空气采样探测器、可视烟雾图像探测器也是地(下转第1820页)
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2009年增刊2 周晓玲,等:地铁及隧道火灾自动报警技术的应用及发展
是符合经验的,一般位于开挖面的附近。比较坑外
土体沉降的实测值,全部土体E 50均用4E s ,会使坑外土体沉降计算值偏大。对比模型3和4,E oed 取值越小,基坑变形越小,呈现的规律与E 50相反,E oed 的取值对各个典型变形最大值的位置影响较大。根据与实测数据的对照,本文建议E oed 取3E s ,E 50取4～5E s 。其中上部软粘土E 50=5E s ,下部含砂土体E 50=4E s 。
6 结论
对虹桥枢纽多级梯次联合围护基坑工程的数
值分析,结合实测结果可以得到以下结论:
(1)采用多级联合支护系统的大面积开挖基坑,各单一支护结构之间联系紧密,HS 模型分析此类基坑的开挖过程有较明显的优势。
(2)对HS 模型的参数分析表明:在没有三种参数的土体实验数据下,可以近似取E 50为4～5倍的E s ,E oed 取3倍的E s ,E ur 取3倍的E 50。其中E s 为不同埋深土体对应应力状态下的压缩模量。
(3)多级梯次联合支护体系的基坑变形特性与一般基坑开挖情况不一样,上部基坑与下部基坑影响紧密,上部基坑的土体对下部基坑坑外土体有
附加侧土压力,下部基坑地墙外土体由于上部卸荷作用,虽然相对竖向位移表现为沉降,但是绝对值表现为隆起。设计中为了尽量减小下部基坑对上部土体变形的影响,应保持中部结合土体长度大于2H (H 为下部基坑开挖深度)。
(4)采用多级梯次联合支护体系的基坑对周围环境的影响与常规基坑的环境影响情况不同,特别表现为最大土体沉降位置都与基坑开挖边缘非常靠近,小于0.75H 。在设计和施工中必须特别注意。中部过渡区土体的变形绝对值较小,一方面受上部土体卸载影响导致土体隆起,一方面受内部基坑开挖影响导致土体沉降。多级梯次联合支护体系应力应变场比普通基坑复杂。
参考文献:
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(上接第1793页)铁与隧道火灾探测技术发展和
应用研究的方向。
4.3 系统网络化技术的发展
目前火灾自动报警系统存在的通讯协议不一致,网络化程度低,自我封闭,无法互联互通,发生火灾时,地铁、隧道的机电设备监控系统需能依据探测到的各种信息对火场的范围、火势的大小、烟的浓度以及火的蔓延方向等给出详细的描述,对扑救方法给出合理化建议,以实现各方面快速准确反应,最大限度地降低人员伤亡和财产损失,因此火灾自动报警系统需与地铁、隧道的机电监控系统通过一定的网络协议进行互连,实现资源和信息共享,地铁、隧道火灾报警系统与城市消防信息系统
也存在联网的需求,因此火灾自动报警系统将采用
统一标准、开放的通讯协议,向着系统网络化方向发展。
参考文献:
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