火灾报警与消防给水系统联动控制设计与实现

张欣

（中远海运科技股份有限公司,上海 200135）

1 概述

城市隧道因其能有效利用地下空间,改善城市人口高速增长所带来的拥堵状况,缓解广大市民交通出行压力。所以,越来越多的城市隧道建成通车。

大量的城市隧道投入运行后,时有车辆火灾事故发生,隧道中消防安全问题引起了人们的广泛关注。由于城市隧道相对封闭性的空间结构,一旦发生重大火灾事故,后果不堪设想。城市隧道中合理部署消防设施,及时发现并定位起火区域,准确联动消防灭火设施,第一时间控制火势,阻止其快速蔓延,是保证城市隧道安全运营的重点。

本文以城市隧道为研究对象,阐述隧道消防给水系统中消火栓系统和泡沫水喷雾系统的具体部署以及与火灾自动报警系统的连接架构。设计实现消火栓系统和泡沫水喷雾系统与火灾自动报警系统的联动控制策略,为城市隧道有效发现并控制现场火势提供参考。

2 火灾自动报警系统与消防给水系统联动控制策略设计

城市隧道消防给水灭火系统属于临时高压消防给水系统,另外部署的灭火器系统相对独立,与火灾自动报警系统不存在联动控制逻辑关系。

2.1 城市隧道消火栓系统联动控制策略设计

城市隧道消火栓系统部署见图1。

图1 城市隧道消火栓系统部署

城市隧道消火栓系统在工作井消防泵房设置系统相关水泵组,分别在车行隧道盾构段、暗埋段和敞开段设置消火栓箱,箱内设按钮、消火栓等,消火栓布设间距不大于50m。

消火栓系统中隧道现场消火栓箱内消火栓按钮和工作井消防泵房内相关水泵组接入火灾自动报警系统,火灾工况下作为后备方式参与系统联动。

城市隧道消火栓系统联动控制策略见表1。

表1 城市隧道消火栓系统联动控制策略

2.2 城市隧道泡沫水喷雾系统联动控制策略设计

城市隧道泡沫水喷雾系统部署见图2。

图2 城市隧道泡沫水喷雾系统部署

城市隧道泡沫水喷雾系统在工作井消防泵房设置系统相关水泵和泡沫泵组,分别在车行隧道设置泡沫水喷雾控制箱和喷头,箱内设雨淋报警阀组等,泡沫水喷雾每组布设间距25 米,一次保护距离50 米,泡沫水喷雾持续工作时间应不小于22 分钟。

火灾工况下,泡沫水喷雾系统中隧道现场泡沫水喷雾控制箱内雨淋电磁阀、泡沫电磁阀和工作井消防泵房内相关水泵组、水流指示器等接入火灾自动报警系统参与系统联动。

城市隧道火灾自动报警系统与泡沫水喷雾系统联动控制平面示意图见图3（以隧道内6 组泡沫水喷雾系统为例）。

图3 城市隧道火灾自动报警系统与泡沫水喷雾系统联动控制平面示意图

3 城市隧道消火栓系统联动控制实现方式

3.1 总线联动控制方式

城市隧道消火栓系统的总线联动控制方式示意图见图4。

图4 城市隧道消火栓系统的总线联动控制方式示意图

由于每台火灾报警主机所连接设备总数和地址总数限制,在隧道西岸工作井弱电机房和东岸工作井弱电机房内各布设1 台联动型火灾报警主机。由于每一总线回路连接设备总数限制,以隧道中心为分界点,每台联动型火灾报警主机敷设5 路总线回路至隧道各处,分别是上下层隧道盾构段、上下层隧道暗埋段、工作井设备管理用房。消火栓按钮设置在现场消火栓箱中,输入模块、控制模块设置在现场消防模块箱中。

火灾发生时,现场打开消火栓阀门后水枪喷水,消火栓系统出水干管上的电接点压力表连锁启动消火栓泵持续供水灭火,此过程由消火栓系统独立完成。当水枪无法持续喷水,系统出现自动启泵故障时,按下现场消火栓箱内布置的消火栓按钮,通过输入模块将消火栓按钮的动作信号传输至工作井联动型火灾报警主机,联动型火灾报警主机按照设定的联动控制策略启动消火栓泵。消火栓泵及其稳压泵动作信号通过输入模块反馈至主机。

3.2 多线手动控制方式

城市隧道消火栓系统的多线手动控制方式示意图见图5。

图5 城市隧道消火栓系统的多线手动控制方式示意图

联动型火灾报警主机的手动控制盘设置在工作井弱电机房,用专用线路单独连接水泵控制柜,在手动控制盘上直接控制水泵的启动与停止,其动作信号反馈至联动型火灾报警主机。

4 城市隧道泡沫水喷雾系统联动控制实现方式

4.1 总线联动控制方式

城市隧道泡沫水喷雾系统的总线联动控制方式示意图见图6。

图6 城市隧道泡沫水喷雾系统的总线联动控制方式示意图

隧道泡沫水喷雾系统和消火栓系统接入同一套火灾自动报警系统,火灾报警主机与总线回路的设置与隧道消火栓系统共用。雨淋阀、泡沫阀、信号蝶阀、压力开关设置在现场泡沫水喷雾控制箱中,输入模块、控制模块设置在现场消防模块箱中。

火灾发生时,覆盖着火点的报警信号传输到工作井联动型火灾报警主机,经过联动型消防报警主机逻辑判断,满足两点报警要求后,按照联动控制策略通过控制模块开启覆盖着火区域的电磁阀,压力开关动作,主机收到反馈信号后开启水泵和泡沫泵。水泵、泡沫泵等动作信号通过输入模块反馈至主机。

4.2 多线手动控制方式

城市隧道泡沫水喷雾系统的多线手动控制方式示意图见图7。

图7 城市隧道泡沫水喷雾系统的多线手动控制方式示意图

联动型火灾报警主机的手动控制盘设置在工作井弱电机房,用专用线路单独连接水泵和泡沫泵控制柜,在手动控制盘上直接控制水泵和泡沫泵的启动与停止,其动作信号反馈至联动型火灾报警主机。

5 城市隧道消防给水系统联动控制实现要点及难点

5.1 城市隧道消火栓系统的联动控制实现要点及难点如下：

（1）与以往相比,现在火灾工况下不再需要人工按下连接控制柜专用线路的消火栓按钮启泵,而是系统能直接自动启动消火栓泵,即通过消火栓系统出水干管上增设电接点压力表直接自动连锁启动消火栓泵。车行隧道现场打开消火栓阀门、水枪喷水,电接点压力表动作连锁启动消火栓泵,此启泵过程完全由消火栓系统自行独立完成,无需火灾自动报警系统参与联动启泵。

（2）由于城市隧道消火栓系统火灾工况下能自行连锁启动消火栓泵,当消火栓系统出水干管上的电接点压力表出现故障无法正常自动连锁启泵时,火灾自动报警系统现场布设的消火栓按钮作为启动水泵的一种后备机制,通过火灾报警系统总线联动控制方式实现。当隧道火灾自动报警系统在现场消火栓箱内设置按钮时,现场消火栓按钮不再需要用专用线路连接水泵控制柜直接启泵。

5.2 城市隧道泡沫水喷雾系统的联动控制实现要点及难点如下：

（1）针对城市隧道的特点,设计火灾自动报警系统与泡沫水喷雾系统联动控制策略时,选用的报警信号有三种,分别为双波长报警信号、感温光纤报警信号和手动按钮报警信号。值得注意的是,现在城市隧道内同一报警区域只有满足两点同时报警,即双波长报警信号和感温光纤报警信号、双波长报警信号和双波长报警信号、双波长报警信号和手动按钮报警信号满足“与”逻辑时,才能启动对应区域泡沫水喷雾系统。如果同一报警区域只有一种火灾报警信号报警,系统不会采取响应措施。

（2）由于城市隧道泡沫水喷雾系统设计时的管网压力限制,火灾工况下只能满足相邻两组同时作用,一次保护距离50 米,联动控制策略也是根据这个原则进行设计的。但根据城市隧道火灾特点,为了能更快更准确地识别并定位起火区域,隧道内设置有不同类型的火灾探测器,不同的火灾探测器因其自身工作原理的不同,其发现着火点的响应时间也有所差异。在现场火势较大时,随着不同种类的探测器陆续发出报警信号,根据预先设计的联动控制策略,可能会出现四组泡沫水喷雾系统同时启动的情况。

如上述图3 城市隧道火灾自动报警系统与泡沫水喷雾系统联动控制平面示意图所示,如果着火点发生在双波长1 和双波长2 的覆盖范围内,由于双波长火灾探测器响应时间短,双波长1 和双波长2 首先发出报警信号,根据联动控制策略,隧道火灾自动报警系统开启现场水喷雾控制箱内电磁阀,对应的泡沫水喷雾管2 和泡沫水喷雾管3 工作。但如果现场火势较大,响应时间稍长的感温光纤此时也发出报警信号,那么双波长1 与感温光纤、双波长2 与感温光纤同样满足“与”逻辑,泡沫水喷雾管1 和泡沫水喷雾管4 也开始工作。这时,将出现四组泡沫水喷雾同时启动的情况,将导致泡沫喷雾覆盖的车道范围和持续工作时间将受到影响,无法满足当初系统设计时的技术指标,可能出现现场泡沫水喷雾系统虽然已经启动但无法完全覆盖着火点的情况发生,对火势也无法取得有效控制,给现场消防应急处置造成隐患。

为了避免这种情况的发生,应对火灾自动报警系统进行适当调整优化,当两只双波长火灾探测器已经满足两点报警启动相邻两组泡沫水喷雾覆盖着火点的情况下,对后续产生的感温光纤报警信号做屏蔽处理。

6 结论

本文对城市隧道中消火栓系统和泡沫水喷雾系统的联动控制策略进行了详细的设计分析,通过火灾自动报警系统总线联动控制方式和多线手动控制方式实现。经过实际工程多次火盆点火试验表明,部署有火灾自动报警系统、消火栓系统和泡沫水喷雾系统的城市隧道,根据预设的联动控制策略,通过各系统之间的协同联动工作,能有效发现并控制隧道现场火势,阻止火势快速蔓延。