地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)集成方案研究

朱 平，舒移民

0 引言

1 FAS組網(wǎng)方案比選

地鐵是高密度、快速運(yùn)行的城市公共交通系統(tǒng)。為適應(yīng)現(xiàn)代地鐵消防安全的需要, 必須突破常規(guī)消防措施的局限, 建立一套適合地鐵特點(diǎn)的防火保障體系。其中, 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對于地鐵火災(zāi)早期探測以及各類防火、滅火設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制起到至關(guān)重要的作用。

《火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50016-98）第10.2.7條規(guī)定：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)與其他系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)合用。這是為了保證在過去網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平較低的情況下火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）傳輸?shù)目煽啃?。但對?dāng)今地鐵諸多系統(tǒng)而言，通信系統(tǒng)或綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供的傳輸通道的可靠性都遠(yuǎn)比FAS自身的光纖環(huán)網(wǎng)可靠。因此，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）第19.2.9規(guī)定：地鐵全線火災(zāi)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)可利用地鐵公共通信網(wǎng)絡(luò)，不宜獨(dú)立配置，但 FAS現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)獨(dú)立配置。目前，地鐵 FAS設(shè)計(jì)方案有獨(dú)立組網(wǎng)和集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)2種方案，并都有實(shí)際工程案例。

1.1 FAS獨(dú)立組網(wǎng)方案（方案一）

FAS通過通信系統(tǒng)提供的光纖組建全線光纖單環(huán)網(wǎng)。通信專業(yè)提供4芯單模光纖傳輸介質(zhì)，接口采用光口的方式。

每臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制器均作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過通信專業(yè)提供的光纖，以沿線跳接方式，構(gòu)成一個(gè)對等式環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)通信中都具有同等地位，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立完成所管轄區(qū)域內(nèi)設(shè)備的控制與監(jiān)視。

火災(zāi)報(bào)警控制器本身直接支持通過光纖組成火災(zāi)報(bào)警專用網(wǎng)絡(luò)，在組網(wǎng)時(shí)不必過多配置其他的硬件設(shè)備。采用通信專業(yè)提供的光纖組建光纖單環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案（方案二）

FAS系統(tǒng)中心級(jí)和車站級(jí)通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)傳輸主干網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在中心和車站，F(xiàn)AS系統(tǒng)控制器通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)納入到綜合監(jiān)控系統(tǒng)的局域網(wǎng)，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

1.3 2種組網(wǎng)方案比選

目前上述 2種組網(wǎng)方案在國內(nèi)地鐵均有廣泛應(yīng)用，其中FAS獨(dú)立組網(wǎng)方案（下文簡稱方案一）在北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵、東北省會(huì)城市地鐵應(yīng)用較多。FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案（下文簡稱方案二）在重慶地鐵、西安地鐵、廣州地鐵、西南諸省地鐵應(yīng)用較多。

（1）方案二在可靠性方面比方案一高。前者需要針對項(xiàng)目單獨(dú)開發(fā)，因?yàn)闆]有現(xiàn)成的軟硬件（集成商、集成協(xié)議都需要在技術(shù)聯(lián)絡(luò)會(huì)后才能確定），每個(gè)接口都需要單獨(dú)開發(fā)。后者不管是工作站還是控制器，其消防網(wǎng)絡(luò)都是成熟軟硬件，無需再單獨(dú)開發(fā)任何軟件或者硬件。

圖1 FAS獨(dú)立組網(wǎng)方案示意圖

圖2 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案示意圖

（2）方案二在實(shí)時(shí)性方面比方案一高。在方案一中采用光纖獨(dú)立組網(wǎng)，而方案二中采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)保證FAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先性。

（3）方案一較之方案二在傳輸信息方面更為全面。

（4）在工程調(diào)試中，方案一完全不受制約，而方案二必須等到通信傳輸網(wǎng)絡(luò)及綜合監(jiān)控系統(tǒng)都已經(jīng)調(diào)試完成，才能進(jìn)行消防驗(yàn)收，而綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身集成和互聯(lián)了其他子系統(tǒng)，并且軟件都是按工程開發(fā)，其開發(fā)進(jìn)度、測試進(jìn)度都受工程所有專業(yè)的制約，無法保證工程調(diào)試工期的要求。

（5）在工程投資上，方案一需要獨(dú)立光纖，投資高；而方案二則不需獨(dú)立光纖，投資較低。

（6）方案一完全符合消防規(guī)范的要求；而方案二不完全符合消防法規(guī)要求，該方案需要與當(dāng)?shù)叵谰稚倘稕Q定。

（7）方案二的運(yùn)營管理效率較方案一高。

綜上所述，盡管將 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案的可靠性、實(shí)時(shí)性及信息量不如 FAS獨(dú)立組網(wǎng)方案，但是可以有效降低工程投資，提高運(yùn)營管理效率，縮短火災(zāi)應(yīng)急事件的處理時(shí)間，有利于提高地鐵的整體調(diào)度水平, 達(dá)到減員增效的目的。

2 FAS系統(tǒng)構(gòu)成及集成深度分析

地鐵全線 FAS系統(tǒng)一般由中心級(jí)、車站級(jí)、現(xiàn)場級(jí)和相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)（由綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供）組成，實(shí)現(xiàn)中心、車站兩級(jí)管理模式，中心、車站、就地三級(jí)控制方式。全線防災(zāi)指揮中心設(shè)在控制中心，車站防災(zāi)指揮中心設(shè)在車站控制室內(nèi)。

車站 FAS系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器、圖形顯示工作站、火災(zāi)探測器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕、消防電話插孔、消防電話主機(jī)、消防電話分機(jī)、消火栓按鈕、火警電鈴、輸入和輸出模塊、感煙探測器、感溫探測器等共同構(gòu)成。

火災(zāi)報(bào)警控制器通過環(huán)形總線方式與現(xiàn)場的火災(zāi)探測器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕、消火栓按鈕、輸入輸出模塊等設(shè)備組成車站級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)視車站和與車站相鄰各半個(gè)區(qū)間的火災(zāi)報(bào)警信息，通過輸入輸出模塊監(jiān)視消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)的消防聯(lián)動(dòng)控制功能。消防電話主機(jī)通過與電話插孔、消防電話分機(jī)組成消防電話網(wǎng)絡(luò)。車站消防水泵，專用排煙風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備的緊急手動(dòng)控制功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng) IBP盤統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。

為確保 FAS的可靠性和安全性, 一般在車站級(jí)FAS才納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，而FAS現(xiàn)場級(jí)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備仍是保持獨(dú)立。車站級(jí) FAS火災(zāi)報(bào)警控制器通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口接入車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息資源共享, 以滿足綜合監(jiān)控系統(tǒng)對全線及各車站的 FAS系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度指揮要求,同時(shí)保證 FAS現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的獨(dú)立性, 即使車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，F(xiàn)AS仍可降級(jí)運(yùn)行，通過車站控制室的 FAS火災(zāi)報(bào)警控制器控制車站內(nèi)的消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備。同時(shí)，在對綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對FAS劃分獨(dú)立的VLAN傳輸通道, 保證FAS數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫?dú)立性和優(yōu)先性。

3 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的影響

3.1 對綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?/h3>

目前國內(nèi)地鐵主要采用諾蒂菲爾、愛德華、西門子、辛普利斯等國外公司進(jìn)口的FAS產(chǎn)品。

每個(gè)品牌的 FAS內(nèi)部通信都有自己專有的通信協(xié)議，如諾蒂菲爾采用NFN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，安舍采用ESSERNET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，西門子采用C-BUS協(xié)議，愛德華采用 EST3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，新普利斯采用MAPNET協(xié)議。進(jìn)口產(chǎn)品各生產(chǎn)廠家一般不開放通信協(xié)議，因此對其產(chǎn)品的任何改造或研發(fā)幾乎是不可能的。就地鐵項(xiàng)目而言，如果將每個(gè)車站的FAS集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，而站與站之間的 FAS不直接組網(wǎng)通信，那么，綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠采集到的信息則只能是不完整的信息。例如：FAS主機(jī)自身報(bào)出的主、備電源故障、系統(tǒng)接地故障、CPU故障、內(nèi)存故障等，但提供給綜合監(jiān)控系統(tǒng)的只有一個(gè)綜合故障信息，而其他信息由于 FAS通信協(xié)議的專用性就不能識(shí)別了，但其自己的工作站軟件是可以識(shí)別全部信息的。

3.2 對綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的影響

FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的地鐵，如廣州地鐵5號(hào)線、6號(hào)線、無錫地鐵1號(hào)線、2號(hào)線等，綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面雖然相對統(tǒng)一，但無法顯示完整的FAS信息，更無法實(shí)現(xiàn)完整的控制功能，基本上無法通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)的界面直接對 FAS火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行控制指令下發(fā)。當(dāng)現(xiàn)場有設(shè)備的增刪調(diào)整時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和人機(jī)界面的更新，F(xiàn)AS做任何的改動(dòng)都要重新和綜合監(jiān)控系統(tǒng)匹配數(shù)據(jù)點(diǎn)位和類型。尤其是在地鐵運(yùn)營公司每年一次的FAS探測器的清洗更換時(shí)，F(xiàn)AS的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)變化在 FAS火災(zāi)報(bào)警控制器以及工作站上，但不能直接在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工作站上體現(xiàn)，需要雙方相互通知修改相關(guān)數(shù)據(jù)，方可實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的更新。此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)相關(guān) FAS的數(shù)據(jù)庫或組態(tài)軟件，通常是根據(jù)工程的具體要求定向研發(fā)的，其可靠性和適應(yīng)性有待驗(yàn)證。

3.3 對FAS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的影響

《消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)》GB16806-2006 中規(guī)定：傳輸設(shè)備應(yīng)在10 s內(nèi)將來自火災(zāi)報(bào)警控制器的監(jiān)管報(bào)警信息、故障報(bào)警信息、屏蔽信息傳送給監(jiān)控中心。由于 FAS一般通過硬件網(wǎng)關(guān)或者工作站把火災(zāi)事件信息通過MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，然后再通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供的傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)會(huì)有相應(yīng)的延時(shí)，而當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身數(shù)據(jù)傳輸比較大的時(shí)候，延時(shí)時(shí)間會(huì)比較明顯。因此要求綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商采取相應(yīng)的延時(shí)處理機(jī)制，保證FAS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。

3.4 對FAS網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的影響

FAS網(wǎng)絡(luò)一般自帶時(shí)鐘同步功能，可以在網(wǎng)絡(luò)上指定 FAS某個(gè)工作站作為主時(shí)鐘，其他的火災(zāi)報(bào)警控制器節(jié)點(diǎn)就可以直接與 FAS工作站進(jìn)行時(shí)鐘同步。當(dāng)FAS系統(tǒng)與地鐵時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)鐘同步時(shí)，需要通過 FAS工作站與地鐵時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)鐘同步，然后地鐵其他的火災(zāi)報(bào)警控制器及工作站再與該FAS工作站進(jìn)行時(shí)鐘同步。

當(dāng)前的地鐵時(shí)鐘系統(tǒng)往往采用 RS422協(xié)議，RS422為非標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘協(xié)議，由與時(shí)鐘接口的雙方廠家進(jìn)行定義。而廠家無法在控制器上進(jìn)行二次開發(fā)，但通過FAS工作站進(jìn)行二次開發(fā)則相對容易。一般FAS的工作站可以很容易實(shí)現(xiàn)SNTP標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步，以及通過二次開發(fā)的時(shí)鐘同步軟件進(jìn)行同步。因此，與時(shí)鐘系統(tǒng)同步必須要有1臺(tái)FAS工作站才能實(shí)現(xiàn)FAS時(shí)鐘與地鐵系統(tǒng)時(shí)鐘同步。

如果FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)AS火災(zāi)報(bào)警控制器無法工作在其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上，僅僅是通過外部網(wǎng)關(guān)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，無法實(shí)現(xiàn)FAS火災(zāi)報(bào)警控制器直接與ISCS進(jìn)行時(shí)鐘同步，必然需要有 FAS工作站作為轉(zhuǎn)接功能才能進(jìn)行時(shí)鐘同步。因此，如果要實(shí)現(xiàn) FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，務(wù)必要保留FAS工作站，否則無法實(shí)現(xiàn)FAS火災(zāi)報(bào)警控制器與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。

3.5 規(guī)范適用性的影響

FAS所有設(shè)備需要有單獨(dú)的消防主管部門進(jìn)行產(chǎn)品的認(rèn)證、檢測以及系統(tǒng)功能驗(yàn)收，對于FAS的工作站、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及聯(lián)動(dòng)模式下發(fā)等，均需要通過消防驗(yàn)收，F(xiàn)AS是否可以集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要與當(dāng)?shù)叵啦块T進(jìn)行商榷確定。

4 結(jié)語

地鐵 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的方案在國內(nèi)地鐵已經(jīng)開始大量運(yùn)用, 并且發(fā)揮了巨大的作用。筆者通過對 FAS獨(dú)立組網(wǎng)方案以及集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案的對比分析，提出 FAS集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成方案，并著重研究分析了 FAS集成后對工程實(shí)施的影響，希望借此能對今后地鐵FAS設(shè)計(jì)的完善起到一定的借鑒作用。

[1] GB50157-2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50490-2009 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB50116-98火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定[S].

[4] 李漾，毛宇豐，馮曉青.網(wǎng)絡(luò)在地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2001，20（5）：27-28.