隧道消防火灾报警系统浅谈

何玉兵

(贵州高速公路集团有限公司联网收费管理中心)

1 序言

隧道一般存在于多丘陵、多山区地带，如山西、陕西、河北、重庆、贵州、四川、云南等区域，其本身具有密闭空间、窄而长、油烟及灰尘多、风速大等特征。隧道火灾往往由与汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发，其火灾特点是起火速度快、明火事故多于阴燃火。由于隧道环境密闭、交通量大、人员密集，逃生和救援工作相当困难，若一旦发生火灾后不能迅速报警和及时处理，将导致交通堵塞、重大人员伤亡和财产损失。如何才能及时发现隧道内异常状态的发生，快速组织救援，最大限度地减少损失是关键，这也是隧道配置消防火灾报警系统的目的。

2 隧道消防火灾报警系统的构成

消防火灾报警系统是建筑物自动化系统(BAS)中非常重要的一个子系统。

一般情况下，消防报警系统的组成有这样几个部分:一为传感器系统，即消防报警系统，二为执行系统，即消防联动控制系统。

按照报警和消防方式来分:报警方式都是自动报警，但是消防方式分为人工和自动消防两种方式。

由于隧道是一个特殊的建筑物，因此隧道消防火灾报警系统与城市楼宇及地铁等都有所不同，它是设置在隧道这种特殊的建筑物内，24 h会都会有大量车辆出入通行，这样就对消防报警系统的稳定性、及时有效性、便于管理方面、耐腐蚀性、使用寿命周期等提出了更高的要求，因此对隧道消防报警系统在应用过程中容易引起的各种问题进行分析研究，并结合实际使用效果提出自己的一些看法。

隧道消防报警系统分为传统火灾报警系统和自动报警系统，传统火灾报警系统即:火灾报警控制器、手动报警按钮、烟感等;自动报警系统目前主要为三种:

(1)分布式感温光纤探测系统;

(2)光纤光栅感温探测系统;

(3)双波长火焰探测器;

其中分布式感温光纤探测器和光纤光栅感温探测器都属于感温类的产品，双波长火焰探测器为感光类的产品，在这三种探测方式中，每种又具有各自特点。目前市场上还出现一种图像型火灾探测器，但目前技术还不太成熟，暂不讨论。

传统火灾报警系统为现场发生火情时，现场人员通过按下手动报警按钮，信息传至现场火灾报警控制器，再通过网络上传至监控中心，通知隧道管理人员及消防救援人员，确保能尽快赶到现场进行救援、抑制火情扩大、直至排除火源。本系统一般在隧道单洞超过400 m的情况下即需设置，手动报警按钮安装间距为:50 m;因为在隧道最不利点即隧道中间200米处位置向隧道口撤离并报警时，需要一定的时间来完成，一般汽车起火到成灾为3～10 min左右，火情有可能扩大，而无法及时得到响应。

自动火灾报警系统为自动探测隧道火情，并及时上传中心，通过监控系统进行联动，在大屏上获得隧道内火情的第一时间画面，由运营管理人员进行协调最近的救援人员第一时间赶至现场进行救援。

3 自动报警系统的工作原理

3.1 分布式感温光纤探测系统的工作原理

分布式感温光纤探测器在隧道消防系统中是敷设在隧道顶端，通过Z型支架进行固定，从隧道进口直至出口截止的方式进行安装，并对隧道进行24 h不间断探测方式。它的原理为:

以光时域反射原理(OTDR)为基础，通过高功率的激光发射器向所连接的探测光缆发送激光脉冲，同时对后向散射光中的拉曼散射光(Raman)进行采集、分析，从而解决分布式温度监测需求。

图1 分布式光纤原理图

3.2 光纤光栅感温探测系统的工作原理

光纤光栅感温探测器在隧道消防系统中是敷设在隧道顶端，通过Z型支架进行固定，它分为多个探测链路从隧道进口直至出口截止的方式进行安装，每个探测链路由通讯光缆进行熔接连通后与信号处理器进行通讯，并对隧道进行24 h不间断探测方式。技术上光纤光栅感温探测器分为两种技术类型:全同式与逐点式，全同式与逐点式最大区别在:由于采用的波长区域不同，从而形成全同式多个探测器地址点相同，逐点式地址点唯一，但他们原理基本相同，具体如下:

应用紫外光对光纤进行照射，改变原有物理结构，形成特有的一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜，当光谱经过时，满足反射的光谱进行反射，其余光谱继续向前，通过这个特性，制作成一一对应温度测量敏感元件，从而实现相关串接复用。

3.3 双波长火焰探测器的工作原理

双波长火焰探测器在隧道中安装在隧道侧壁上离地面高度为2.3 m左右位置，由于双波长火焰探测器可检测至55 m范围(它照射有两种:一、单向照射;二、双向照射)，因此在隧道中间隔50米进行布设，与手动报警按钮位置对应。它是作为一个独立探测单元，通过消防信号总线与主机相连，通过控制器发出报警信号。它的原理为:

图2 光纤光栅原理图

它是通过检测火灾发生时所产生的辐射光的特定波长及火焰闪烁频率来判定火灾。首先火源释放的能量横跨了紫外、可见光和红外等电磁辐射波段，且大部分能量集中在红外波段、不同波长的红外辐射能量不同。红外段4.3微米附近出现的曲线凸起部分是被称为CO2共鸣的CO2原子团发光光谱，它比火焰中其它原子、分子或基团所发出的线状或带状光谱具有绝对大的辐射强度。其次火灾火焰的一个重要特征是其辐射能量有闪烁效应。闪烁频率虽受风等周围环境的影响，但是基本在0.5～30 Hz范围之内。而热物体发出的红外辐射光谱既不同于火焰发出的辐射光谱，又不具有火焰的闪烁特性。因此它采用两种波段，短波段在4.2～4.6 um，用来监测火焰辐射波长的探测;长波段在5～6 um之间，用来监测环境中的光源。通过对短波段及长波段之间的数值算法，判断火灾是否发生。

图3 双波长火焰探测器原理图

4 隧道消防火灾的特征与分析

根据对自动报警系统中三种探测器的原理描述，结合隧道的实际情况，为隧道消防火灾报警系统设备选型提供参考。

分布式光纤感温探测系统和光纤光栅感温探测系统都属于感温类的产品，它们都是对周围温度的变化量来进行对火灾的判断。它们的优点是通过光纤的传输本质安全防爆、抗干扰能力强、分辨率较高，稳定性好、施工方便，应用在探测物的表面效果非常好，例如:电力电缆、石油、电厂、化工厂等工艺设备的异常温度监测，具有对比其它探测器的绝对优势。但在隧道中应用，缺点也同样突出，由于隧道的特殊特征，导致感温类的产品在隧道中的应用效果不太理想，具体原因:1、隧道中风速较大，容易导致温度的飘逸、从而报警点的位置不是火灾的准确位置及延迟报警时间。形成误报、漏报、位置不准等情况发生。不利于火灾的早期发现及扑灭，容易造成较大损失;2、长期的油烟及灰尘附在探测器表面，无法进行清理，会让探测器的探测效果急剧下降。

双波长火焰探测器属于感光类产品，主要是针对大空间的探测，技术非常成熟，它是对火焰的闪烁及火焰的特定频谱进行探测来判定火灾。具有:探测距离长、对明火敏感、响应速度快等特点。缺点是:需要每隔一定周期就要对其探测镜头进行擦洗，防止镜头被污染遮挡，影响效果。而隧道中火灾的产生主要就是汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸等形成，明火占据绝对多数。其次、由于隧道的特殊特性:密闭空间、窄而长、油烟及灰尘多、风速大等，针对这几种特性，双波长探测器较适用于隧道消防火灾探测，但必须在每隔半年左右对探测器进行一次清洗。

5 结束语

隧道消防火灾报警系统是一个专业的子系统，设备的选型非常重要，实际运用中应结合隧道实际特征进行设计布设，同时应做好维护工作，定期进行检测及不定期功能测试，保证系统安全、可靠、有效的运行。在复杂的隧道环境中，采用多种探测方式保障隧道消防火灾报警系统的可靠性，建议相关管理部门尽快进行实际调研，制定符合隧道消防的火灾报警设计规范。

［1］王明年 公路隧道火灾温度场的分布规律研究［J］.地下空间，2008，(9).

［2］陕交质监字［2008］104号.关于上报《隧道火灾自动报警系统的调研报告》的报告.

［3］重庆交通科研设计院.公路隧道交通工程设计规范(JTGD71-2004T)［S］.