隧道火灾监测及消防控制系统的现状及发展

隧道火灾的监测报警与消防控制

传统的隧道火灾报警是针对车辆事故后的火灾探测，包括车辆碰撞、车辆自燃等各类事故引燃的火灾。 高速公路经过这么多年的建设，部分隧道不仅是运营的问题，更加凸显的是运维问题，电气设备引起的火灾比率在未来必会有所上升。我们隧道恶劣环境下的设备陈旧、线路老化，极易引发电气火灾。2017年国安委就发布了针对电气火灾综合治理的通知，明确要求“鼓励社会单位应用电气火灾监控技术，提升对电器产品及其线路运行状态的监测、预警和处置能力。” 无论何种起火原因，隧道监控系统都应及时、准确的反映出隧道内火灾发生的地点，报警信号经火灾报警控制器传至监控所，并在平台上显示相应位置报警信息，同时监控人员经摄像机图像进行确认，隧道监控系统制定出相应方案，包括启动照明、通风、消防控制设备、调整外场设备信息等，以便快速、有序的疏导隧道内的车辆和人员，保证隧道的安全运营。

目前隧道火灾报警方式有：手动报警按钮人工报警和火灾自动监测系统报警。

手动报警按钮安装于隧道壁，在被监测的隧道内按每50米设置一套，手报按钮安装在消防设备洞门右上角侧墙上显眼的地方。在紧急情况下人工按动报警按钮，即可将报警信号传到隧道所。

火灾自动监测系统现在比较多元化，原来采用线型差温火灾探测器、线性感温火灾探测器，现在主流是双波长火灾探测器，目前正在推广的多光谱和AI视频识别。火灾自动监测系统监测到火灾后，自动将信息传到隧道所，经人工确认或一定延时后自动触发预置的控制方案。

火灾自动监测技术点式/点型火灾探测器点式感烟/感温火灾探测器一般选用点型光电感烟火灾探测器和点型定温火灾探测器。

点型光电感烟火灾探测器设置于变电所低压配电室、UPS室等内，点型定温火灾探测器设置在柴油发电机房。

线型感温火灾探测器

很早之前，隧道采用线型差温火灾探测器。

线型差温火灾探测器采用特殊温敏金属合金材料制成，该材料的物理特性能随环境温度的变化发生相应的变化，从而实现对隧道内空间的火灾检测。

后来一般以感温光纤、感温光栅等为主。

感温光纤的原理是利用激光在光纤中传输能够产生背向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生背向散射光波，这些背向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用、放大、光电转换、解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来；并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。

这种设备在运行10年以上的隧道经常看到，现在此类设备呈现出老化严重，故障率高、误报多，探测精度低，不能及时发现隧道内火灾事故。

最近几年隧道所，听到很多监控人员抱怨：打开监测开关后，半夜吵的血压能特别高，想砸了设备。目前此类设备如果还在运行的话，基本是脱机运行。

感温光纤悬挂于隧道顶部，不宜维护，并且现有感温光纤探头由于工艺、技术等问题，导致灵敏度衰减严重，通过这么多年的验证，我个人认为此类设备基本无法保证自动火灾报警功能的正常使用。双波长火灾探测器主流是双波长火灾探测器。双波长火灾探测的原理：不同的物质在燃烧时会发出特定波长的光。火焰在燃烧过程中，其辐射的光谱包含多个波长范围，双波长火焰探测器通常同时检测紫外线和红外线两个特定波长的辐射。紫外线波长一般在 185 - 260nm 之间，红外线波长则在 4.3 - 4.4μm 左右，火焰在紫外线和红外线这两个特定波长的辐射强度和比例具有独特性。 双波长火灾报警系统主要由火灾报警控制器、洞内双波长火焰探测 器、火灾报警综合盘（含手动报警按钮等）、声光警报器、电源盘、变电所内火灾探测器及报警设施、电源及信号防雷器、线缆等组成。 在隧道变电所安装火灾报警控制器、综合盘、手动报警按钮、智能感烟 (温)探测器、声光警报器等。在隧道内每隔 50 米安装一处双波长火焰探测器、火灾报警综合盘（含手动报警按钮等）与声光警报器，采用总线制连接到火灾报警控制器上。

多光谱火灾探测器

多光谱火灾探测器的原理：能够同时检测多个不同波长的光信号，对火焰在更广泛的光谱范围内的特征进行分析。

多光谱火焰探测器的探测范围较大，可以每隔100米设置一个点位，探测器安装于隧道行车道侧墙壁距行车道地面高度2.7 米~3.5 米之间

火灾报警控制器和多光谱信号处理器安装在变电所网络机柜内，通过现有监控网络传输数据。

多光谱信号处理器与火灾探测器之间需敷设专用光缆传输数据。

图像型火灾探测器

图像型火灾探测器一般是指基于视频图像的AI识别。 一般是复用隧道摄像机，在现有视频监控的基础上融入了AI算法，部分情况下可以增设反应更为灵敏的热成像红外监控。 AI识别一般是基于实时监测环境，利用深度学习等技术快速识别出火灾特征，如火光、烟雾等，有一定的误报率。这个可以参考中国建设部标准化协会的CECS448：2016《可视图像早期火灾报警系统技术规程》，有一定的参考意义。
消防设备的数据监控系统应根据实际情况，接入消防系统或消防设备，包括：

• 传感器类：烟雾传感器、温度传感器、火灾探测器、有害气体传感器(碳氮硫氧化物)等。
• 动作类：消防控制主机、火灾报警器(手动)、通风换气设备、消防水泵、声光报警设备、广播控制设备、照明控制设备、通道横洞门闸设备等。
  

消防水泵工作状态数据展示：自动状态(自动、手动)、巡检状态(已巡、未巡)、运行状态(启动、停止)、故障状态(正常、故障)、报警信号、液位指示(超高液位、高液位、低液位、实际液位) 。火灾手报的数据展示：工作状态(正常、报警)、巡检状态(已巡、未巡) 、故障状态(正常、故障) 。其他设备数据视设备种类及厂家而定。设备数据表以图形、表格等形式进行展示，提供搜索、过滤、排序、导出、打印功能。 一般隧道监控系统与消防主机进行通讯， 对接收数据进行解析完成通讯检测、报警写库上报，并发送确认、复位信息到消防主机。通讯流程包括：

• 收到设备检测消息后，发送检测回应。
• 收到设备报警消息后，解析写库更新报警状态，发送状态、报警到监控。
• 收到设备复位消息后，更新报警状态，并发送状态到监控。
• 收到监控请求状态后，发送状态信息到监控。
• 收到监控确认后，发送命令到设备。
• 收到监控复位后，发送命令到设备。
• 目前隧道消防面临的问题消防管道无水由于历史建设的原因，部分隧道供水池没有水源。尤其北方，部分高位水池已经被泥石流等杂物填埋。消防水池的养护不重视尤其是消防高位水池，存在不同程度的用水结冰、 漏水、管道脱落、保温墙外倾、局部破损等病害现象。而且北方高速，冬季山区气温过低，最低气温将近零下三十摄氏度，气候条件恶劣，这个情况下再排查消防高位水池，估计可以使用的比率特别低。未设置水消防设施由于规范的变化，部分开通20年以上的隧道单洞超过500米但是未设置水消防设施。防火门设施故障率太高由于在隧道内较为恶劣的环境中，受灰尘与风力等多重因素作用，车行横洞的防火卷帘门，故障率高。消防通道人行横洞防火门经常出现变形严重、开关困难、 闭门装置损坏。防火涂料的脱落隧道内防火涂料脱落，洞顶、侧壁都有发生，而且发生后，进展很快，尤其是洞顶处脱落得更为严重，影响隧道运营安全。北方地区电伴热问题由于电伴热产品设计到施工问题，所以应用效果跟施工工艺息息相关。目前电伴热带经常出现超过使用寿命、 保温层老化严重的问题，稳定性低，冬季易导致消防管道冰冻漏水。而且电伴热电缆如果老化严重，发热功率下降，不仅不能满足保温功能，极易成为电耗子。结语目前通过项目实施来说，多光谱火灾探测器的监测精度较高，价格稍贵，但是基于隧道火灾的特殊性，值得推广。基于隧道火灾报警和消防控制系统的发展而言，可以采用传统火灾探测器+AI视频识别共同协作的方式。AI视频识别在隧道的应用具有先天条件，毕竟隧道灯光环境不会随着季节、时间的变化而发生太大变化，唯一要考虑的就是遮挡问题。
  最后总结，作为监控人员需要通过数据说话，作为使用方需要通过列表（数据）来说明前端监测设备的准确性来摘清自己的责任问题。