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1、长 大 公 路 隧 道 火 灾 监 控 系 统 浅 析刘相华( 重庆交通科研设计院重庆 4 0 0 0 6 7 )摘 要 本 文 提 出 了 随 道 火 灾 监 控 系 统 这 一 概 念 ， 简 要 分 析了 长 大 夯 路 随 道 火 灾 的特点、 火灾 探侧方法及火灾信息处理方法， 介绍了 两种较为先进的火灾 检测设备及基于L o n w o r k s 现场总线技术的火灾报警系统。健关 健 词 r大 y- 路 随 道火灾 检浏设4 r ;根誉系 统 一 c 1 . 引言火灾是长大公路隧道可能发生的最严重事故之一， 尽管发生频率很小， 但造成的影响及损 害程度却相当巨大。1 9 9 9
2、年3 月2 4日， 法、 意两国间的勃朗峰隧道火灾导致4 1 人死亡， 烧毁 4 3 辆车， 交通中断达1 年半以 上; 事隔两月多， 5 月2 9日 奥地利境内的托恩隧道又发生大火， 火灾持续4 小时， 烧死1 3 人， 烧毁3 4 辆车， 烧坏结构长度达6 0 0 m 。 此两起火灾事故后， 隧道防 火已引起各方重视， 世界各国对长大隧道防治火灾的研究也有了更进一步的发展。长期以 来， 隧道火灾监控系统这个概念没有单独提出， 但考虑到隧道防灾的重要性， 笔者 觉得有必要将其作为一个系统提出并加以分析。该系统不仅包括了隧道监控系统中的火灾报警子系统， 还涉及相关的消防联动控制等系统。2 .
3、隧道火灾燃烧过程2 . 1 曲型火灾过程物质燃烧过程是一种伴随有烟、 光 渐大. 最终酿成火灾的起火过程特点是、 热的化学反应过程， 普通可然物质由开始燃烧到火势 : 初起和引燃阶段占时较长， 产生大量烟雾和少量的热; 经足够蓄热后， 在物质着火点加热， 发展成火焰燃烧， 形成火势蔓延; 处于全燃阶段的物质燃烧使火焰辐射含有大量的红外线和紫外线。此外， 油品、 液化烃等物质起火， 由 于起火速度快并且迅速达到全燃阶 段， 形成很少有烟雾 遮蔽的明火火灾。当可燃物质是可嫉气体或易燃液体蒸气时， 起火姗烧过程不同于普通可燃物， 会在可燃气体或易燎液体蒸气的爆炸浓度范围内引起轰燃或爆作。2 . 2
4、隧道火灾特点隧道是管状结构物，4 2 0存在潜在的交通事故和火灾危险， 一旦发生所造成的危害大大高于地面。公路隧道火灾发生发展具有以下特点:a ) 失火爆发成灾的时间一般为5 一 1 0 m i n ， 时间较短。b ) 较大火灾的持续时间与隧道外的环境有关， 一般在3 0 m n 】 和几小时之间。c ) 隧道火灾一般会出现两种类型: 富氧型和燃烧丰富型。较小的火灾更容易产生大量的 烟雾并充满整座隧道， 以致在使用强力照明条件下能见度也只在 l m以内。同时， 有毒烟雾的 传播， 将使人员中毒而死亡。d ) 在大量由 火灾引起的事故中. 由于隧道内未 设灭火设施或灭火设施较远， 在火灾发生时
5、 延长了救火时间而使灾情扩大。e ) 隧 道 内 救 火 工 作 远 比 地 面 困 难 。f ) 隧道内一旦起火， 由 于烟囱效应， 温度和烟会迅速传播， 它的大部分能量被用去加热通 风的空气。此时， 顺风的温度可达到l 0 0 0 lc以上， 热的空气流经途中可能把它的热量传递到 任何易燃或可分解的材料上。这样火就能从一个燃烧源“ 跳跃” 一个长度而引然下一个着火 点。试验中已观察到这个“ 跳跃” 的长度值为隧道直径的5 0 倍。9 ) 隧 道火 灾将 极大影响 隧道内空 气压力的分布， 而隧道空气压力的 变化可导致通风气流 流动速度的变化， 或加速、 或减速、 或者完全逆向流动。隧道火灾
6、由于有强烈的热， 只能从逆风 端去救火。然而， 烟的这种逆向流动将会阻碍救火工作的进行。影响隧道火灾量级并最终影响生命安全的主要参数是“ 时间” ， 即发现火灾的时间， 发生报 普的时间， 确定火源地点的时间， 实现应急反应过程的时间; 而隧道火灾的防治目的就是希望将以上时间减到最小。3 . 火灾信息探测方法火灾探测是以物质燃烧过程中 发生的各种现象为依据， 以实现早期发现火灾为前提。以 物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换为基础， 可形成不同的火灾探侧方法。a ) 空气离化探测法。感烟探测， 用于火灾初起阶段， 应用核技术， 存在环保问题。b ) 光电探测法。感烟探测， 用于火灾初起阶段，
7、 适于环保， 存在光电元件寿命间题。 ) 热( 温度) 探侧法。用于火灾初期发展过程， 具有探侧滞后性。d ) 火焰( 光) 探测法。用于火焰发展过程， 被动式， 不可探侧非可见光( 紫外与红外) 。e ) 可嫩气体探测法。火灾初起时燃烧气体探测和易爆环境爆炸危险性探测。根据各类物质燃烧时的火灾探测要求和不同的火灾探侧方法， 可以构成各种类型的火灾 探侧器， 主要有感烟式、 感温式、 感光式( 火焰探测式) 和可燃气体四大类型。 在隧道内， 当车队 通过时， 其排放的废气可使隧道内局部地段在短期内形成热浪; 当柴油车通过时， 其排放的油 烟可使隧道内局部地段在短期内 形成浓烟。因此， 选择普通
8、点式慈沮或感烟探测器易产生误 报警， 因而应选择缆线式或管线式， 温升速度适当和定沮探侧为主的感沮式探侧器。近年来， 在欧洲采用的光纤n型火灾检测系统具有自由调校活动界面， 采用差温报普， 摄度范围 - 3 0 一十 卯， 且易安装; 使用寿命长达3 0 年， 不受电磁、 机械干扰、 扰怪蚀等特点， 因而特 别适合地下工程， 目 前已在5 0 多座隧道中应用。从地下火灾试验场试脸看， 对火灾的反映灵 敏， 能准确指示火点， 因此是一项值得在重大工程中认真比选的新技术。另外， 目前在日 本等 发达国家开始普及使用的双波长火灾探侧器也是一种较适合于健道内使用的火灾探侧器。该 探测器利用捕捉火灾时燃
9、烧火焰特有的跳动频率和火焰特有的光波分布特征来确定火灾的 发礴 刀生， 除了 强列的直射太阳光外 在隧道内 不可能存在) ， 对于日 光灯、 白炽灯、 水银灯、 钠灯等人 工照明灯均不响应。因此具有不误报、 不漏报、 不易受干扰等特点， 是一种较先进的火灾探测 器， 也是今后隧道火灾检测与报警系统的必选产品之一。4 . 火灾监测数据处理方法隧道火灾监控系统依据各类火灾参数敏感元件输出的电信号， 采取不同的火灾信息判断 处理方式和火灾模式识别方式， 可得到不同系统的应用形式， 并导致系统在火灾探测与报警能 力、 各类消防设备的协调控制和管理能力以及系统本身与上级网络的信息交换与管理能力等 方面产
10、生较大的差别。火灾监测数据处理方式和火灾模式识别方式是火灾监控系统的核心口4 . 1 闽值比较方式当前广泛使用的可寻址开关量火灾自动报替系统、 响应闹值自动浮动式火灾报警系统等 都是使用问值比较方式的火灾自 动报警系统， 其核心部件是具有阔值比 较功能的火灾探测器。4 . 2 类比判断方式类比判断方式是提高火灾探测输出可靠性的有效信息处理方式， 也是实现分级报普式探 测、 响应GK值自动浮动式探测和多火灾参数复合式探测等初级智能判断与火灾探侧的基本方 式， 广泛用于模拟量火灾报警系统和响应阑值自 动浮动式模拟量报警系统。4 . 3 分布智能方式分布智能式火灾信息处理方式的设计目的是让火灾探测器
11、保留一定的智能和判断功能， 以构造简化为目 标， 将数据处理分散配置在终端传感器和报警控制器中， 减少以终端传感器或 探测器向控制器的信息传输量和降低传输速度或增大一定传输速度下的有效信息传愉量， 使 火灾传感器或探测器具有更高的火灾探测能力。一般采用分布智能方式的火灾监控系统， 在 一个或几个火灾探测器或火灾传感器上设置一个原始微处理器进行数据处理并进行必要的分 析判断， 提高探测器有效数据输出。分布智能数据处理方式在模拟量报警系统， 尤其是智能火 灾监控系统中广泛应用。它能够较好地协调早期发现火灾， 消灭或基本消除误报， 降低系统总 成本费用三方面要求， 使系统具有较高的智能。其火灾判断过
12、程是:a ) 报警控制器主机存储各种火灾和正常状态下火的特征值数据;b ) 火灾探测器提取火灾特性参数并进行数据处理;。 ) 在控制器中或由探测器与控制器配合进行参数运算和初级判断处理;d ) 控制器主 机分析软件提取火灾特征信息， 进行类比 分析和模式识别;e ) 判别真实火灾与虚假火灾， 输出可靠火警信息。目 前， 分布智能式的火灾报替系统已有较为成熟的产品。其中， 重庆交通科研设计院( 原 交通部重庆公路科学研究所) 基于b万 iw o 论 s 现场总线技术的全分布式火灾报普系统是专门针 对隧道这一特征建筑而研究开发的。它采用了1 a o w o r i .分布式测控网络技术， 具有高可
13、靠、 低 成本、 开放性、 智能化的特点。在1 : 1 实验隧道安装调试成功的基础上， 运用到浙江温州景山隧道， 运行状况良好。月 刀5 . 各系统联动控制及灭火救援为了及时发现和通报火灾， 防止和减少火灾危害， 保护人身和财产安全， 在隧道中应设置 易识别的手动与自 动相结合的多道报警装置， 并经c m监控系统有效确认后， 一方面组织当 地的力量进行灭火， 另一方面应立即向附近最近城市的消防队求援， 请求给予足够的救援力量。可参考的隧道火灾对策流程图( 图1 ) 及防火主要设施配备表如下( 表1 ) 。驾驶员乘客陇道内管理人员自动报普中控室或润度室确认隧道公安消防隧道交通管理所初期对应动作控
14、制横通道门启动消防泵改变通风方式有线无线广播图 I 睡遭火灾对策流程图月 留防火主要设旅配备衰表 1系统用途主 耍 设 施通报胜道内发生火灾事故紧急电话 2 0 0 .设一处按妞报警装t 5 0 .设一处全线敷设火灾检侧器 传感器) 通报、 报替系统洞外车辆禁止进洞， 事故、 火灾普报交通信号灯， 进洞前1 0 0 .左右可变信息显示， 进润前I %。 左右 警报鸣响器， 进洞前l o o m左右消防设施驾驶员、 乘客等初期灭火用， 抑制火势灭火器5 0 .设$-套消防拴 泡沫消防栓) 与灭火器同设姗难通道横通道与另一座隧道联通. 3 0 0 一 4 0 0 .间距设一处， 橄通道内设便于双向
15、开启的防火门 避难设施监侧设施紧急出口， 找通道指示排除火灾发生的烟雾检侧随道内有害气体监侧洞内交通密度用于广肠指挥用于救援人员与泪外联系用于枪侧车辆进洞脸是否超高救援系统 隧道救援、 灭火用指示标记， 诱导照明紧急状态通风系统c 0 , N O x , 烟雾浓 度等 检侧器交通阻塞探侧器， 闭路电视监视系统有线广播系统无线通信( 偏泄同 轴电级) 系 统限高标志 贾 元 荃 丽的 绍 永 奢 觅, N “ 高 处的 高山 水 池， 润 外 消 防 、 救 扭、 教护用 车_进人救灾联动程度后， 系统关闭火灾隧道人口信号机， 关闭隧道同时启动未烧损的风机， 控制隧道风速在2 一 3 m / s
16、 ， 向预案( 风机控制模式原则: 若为单向交通模式， 应避免浓烟往车辆 阻塞之处扩散; 若为双向交通模式， 应控制风机正、 反转台数使浓烟扩散速度降至最低， 以争取 隧道内人员有足够疏散时间逃离灾区) 方向排烟， 控制广播系统自 动播放录制在磁带上的火灾 及疏导广播内 容， 可变速度牌至零， 情报板报告“ 隧道事故” ， 开启疏散通道门及通道内照明， 关 闭上 游车 道指示器， 开 放下游车 道指 示器， 并开 启指向 硫散 通道的 车 道指 示器， 进行车流 疏散。 当为两个平行隧道并有横通道相连时， 在一个隧遭发生火灾时， 另一个隧道人口 信号机也立即 关闭， 该隧道改为临时双向交通. 可变限速至空档， 情报板报告“ 隧道事故” 。对于机电控制系 统， 火灾为最高级别的 告警， 一旦有火灾告警， 则中断其它告警和程序运行， 同时发出声、 光报 警信号， 等待人工确认; 如果在很短的时间内没有得到确认， 中控系统将进人自 动运行模式。6 . 结语由 于我国的公路长大隧道建设起步于2 0 世纪9 0 年代末， 在许多方面都明显滞后于发达 国家， 尤其在公路隧道防灾方面的
