光纖光柵火災(zāi)報(bào)警在高速公路隧道中的應(yīng)用

張毅聰

（福建省高速公路有限公司漳州分公司 漳州 363000）

1 光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

光纖光柵是一種光纖無(wú)源器件，其內(nèi)部纖芯所包含的物質(zhì)呈有規(guī)律的周期性調(diào)制。它運(yùn)用的原理主要是將外部的入射光子通過(guò)某種手段使其和離子作用，并使得纖芯折射率延軸方向呈永久變化，這種變化可以是周期性的，也可以是非周期性的，這其中兼顧到了光纖的光敏性的特征，在這種情況下使得空間相位光柵在纖芯內(nèi)部形成［1］。

1.1 系統(tǒng)運(yùn)用范圍

根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，隧道也分為不同的種類，如鐵路隧道、運(yùn)河隧道、水底隧道、海底隧道、公路隧道等。由于隧道具有封閉性的特征，對(duì)于火災(zāi)的產(chǎn)生和擴(kuò)大蔓延都具有推動(dòng)作用，所以光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)用于隧道具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

提早預(yù)防是將火災(zāi)發(fā)生幾率以及危害降低到最小的有效方法?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：第一階段是使用開(kāi)關(guān)多線制式的報(bào)警系統(tǒng)。第二階段也同樣是使用開(kāi)關(guān)，但較前者而言有了一定的進(jìn)步，所使用的是總線控制式。第三階段是最新的智能報(bào)警系統(tǒng)。而本文所介紹的系統(tǒng)就是屬于第三階段的智能報(bào)警系統(tǒng)［2］。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)都存在一定的誤報(bào)率，不僅是對(duì)資源也是對(duì)人力勞動(dòng)的一大浪費(fèi)。而光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高了報(bào)警準(zhǔn)確率，由于其具備的分布控制范圍廣泛，漏報(bào)率也得以降低［3］。

1.2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作過(guò)程主要分為實(shí)地信號(hào)采集、信號(hào)傳輸和信號(hào)分析。

首先將光纖通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)的方式安裝在傳輸光纜線中。由于該系統(tǒng)的工作原理主要是根據(jù)其對(duì)溫度的敏感性，它可以敏銳地感覺(jué)到特定的區(qū)域范圍內(nèi)溫度的升高，再將其轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)信息。通過(guò)與傳輸光纜線相連接的分析儀器，波長(zhǎng)信息將被絲毫不差地傳輸?shù)椒治鰞x器上進(jìn)行分析，并將其溫度升高這一現(xiàn)狀反饋給計(jì)算機(jī)終端，這樣工作人員只需要坐在電腦前就可以將隧道某個(gè)路段的火災(zāi)情況得知，便于迅速做出反應(yīng)［4－5］。

1.3 系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)

（1）自身安全性。主要表現(xiàn)在系統(tǒng)所使用的材料是非金屬的，非常耐腐蝕，并且它絕緣不發(fā)熱，自身不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致火災(zāi)等險(xiǎn)情的潛在因素。

（2）技術(shù)性強(qiáng)。系統(tǒng)主要通過(guò)單端輸入和單端檢測(cè)，并且傳輸?shù)男盘?hào)是以波長(zhǎng)的形式，傳輸方式避免使其受到其他介質(zhì)的干擾，穩(wěn)定性較強(qiáng)，傳輸速度也較傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有了大幅度的提高。加之其感溫范圍是網(wǎng)狀的，可以將該范圍內(nèi)的溫度信號(hào)及時(shí)反饋到計(jì)算機(jī)終端，誤報(bào)漏報(bào)率較低。

（3）系統(tǒng)的環(huán)保性。也是由于其自身材質(zhì)的特點(diǎn)，便于回收再利用。加之其為網(wǎng)狀感應(yīng)，在線路的鋪設(shè)上便可減少材料，既有效地節(jié)約了資金，又有利于環(huán)保建設(shè)。

2 光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)用情況

高速公路隧道是隧道的一種，封閉性是其基本特性。加之在其中行駛的車(chē)輛速度較快，且光照條件差等諸多因素的綜合影響下，高速公路隧道險(xiǎn)情多發(fā)，其中以火災(zāi)最為常見(jiàn)。隧道火災(zāi)的產(chǎn)生主要來(lái)自于兩方面：隧道自身內(nèi)部電線等設(shè)施退化腐蝕引起的火災(zāi)；由于車(chē)輛所載的易燃易爆物如石油等的泄露引起的火災(zāi)以及車(chē)輛自燃或者交通事故引起的火災(zāi)。無(wú)論何種原因引起的火災(zāi)，都會(huì)對(duì)人的生命安全和財(cái)物安全造成重大損失。就中國(guó)而言，每年的火災(zāi)事件中，高速公路隧道火災(zāi)占的比重較大，從中可以看出，警報(bào)預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 高速公路隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于高速公路隧道具有狹長(zhǎng)、密閉的特征，一旦發(fā)生高速公路火災(zāi)，其對(duì)隧道內(nèi)車(chē)輛和人員的逃生產(chǎn)生了重大威脅，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要。在采用光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)之時(shí)，需要著重考慮報(bào)警系統(tǒng)探測(cè)器類別、探測(cè)器布點(diǎn)、報(bào)警方式等方面的因素。

（1）探測(cè)器類別的選擇。由于高速公路火災(zāi)影響十分巨大，在火災(zāi)探測(cè)器方面要盡量考慮引起火災(zāi)的各種可能原因。從目前的情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)許多高速公路隧道在設(shè)計(jì)之時(shí)多考慮汽車(chē)起火、碰撞等原因歸納起來(lái)的火災(zāi)，因此國(guó)內(nèi)高速公路在探測(cè)器選擇上，基本選擇光纖光柵傳感器（感溫、感光），利用光纖傳感的及時(shí)性增加傳感及時(shí)性和準(zhǔn)確性。但是在國(guó)內(nèi)，許多高速公路并沒(méi)有考慮危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)在隧道內(nèi)發(fā)生液體或者氣體泄露之后可能發(fā)生爆炸而所需采取的提前預(yù)警體系。因此從液體或者氣體泄露引起火災(zāi)的角度來(lái)說(shuō)，高速公路還必須加裝氣體傳感探測(cè)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路火災(zāi)的全面預(yù)防。氣體探測(cè)器檢測(cè)元件采用進(jìn)口的氣體敏感元件，能夠根據(jù)周?chē)鷼怏w的濃度，對(duì)應(yīng)輸出相應(yīng)的信號(hào)給控制器，再傳送至控制中心。

（2）探測(cè)器布點(diǎn)。由于光纖光柵對(duì)光環(huán)境和溫度非常敏感，需要根據(jù)隧道環(huán)境進(jìn)行調(diào)試。而這其中的關(guān)鍵在于布點(diǎn)是否合理。一般來(lái)說(shuō)光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)把隧道劃分為多個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)長(zhǎng)100m。一根光纖光柵傳感器最多可覆蓋4個(gè)分區(qū)，在每個(gè)分區(qū)布置15個(gè)光纖光柵探頭，探頭間距約為6.6m，一根光纖光柵傳感器最多可對(duì)400m的距離進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此，在隧道的布點(diǎn)上需要非常嚴(yán)謹(jǐn)。

（3）預(yù)警方式的選擇。雖然光纖光柵報(bào)警系統(tǒng)預(yù)埋在墻體之內(nèi)，但是由于預(yù)警系統(tǒng)在極端情況下也會(huì)失靈，也會(huì)由于車(chē)速過(guò)快導(dǎo)致預(yù)警點(diǎn)不準(zhǔn)，因此需要在系統(tǒng)預(yù)警基礎(chǔ)上，設(shè)立手動(dòng)的預(yù)警裝置。而且在預(yù)警系統(tǒng)啟動(dòng)之后，隧道必須要有緊急逃生指示燈為隧道內(nèi)人員撤離做出科學(xué)判斷。

2.2 實(shí)例分析——以沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道為例

以下將以沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道為例具體分析光纖光柵火災(zāi)報(bào)警在高速公路隧道中的應(yīng)用。

2.2.1 沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道介紹

沈海復(fù)線高速公路漳州段于2011年3月正式動(dòng)工，總長(zhǎng)約107km，總投資額達(dá)71.58億元，于2013年12月中旬完工。

該路段的高速公路位于福建省東南部地區(qū)，所經(jīng)過(guò)的地形區(qū)包括丘陵、山間的凹地、河谷地區(qū)的階地以及殘積臺(tái)地等。部分地區(qū)的地形起伏較大，施工難度較大。

根據(jù)不同的地形需制定不同的施工方案，在部分地區(qū)需修建高速公路隧道。這其中包括高梨山隧道、延山隧道、國(guó)強(qiáng)隧道、大溪隧道。

2.2.2 光纖傳感項(xiàng)目的產(chǎn)品在該隧道運(yùn)用中的優(yōu)勢(shì)

沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要運(yùn)用了感溫光纖探測(cè)器。2014年12月中旬光纖光柵感溫火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)鋪設(shè)完成。

筆者作為隧道機(jī)電設(shè)備的管理者，在對(duì)該報(bào)警系統(tǒng)在高速公路隧道中的使用情況進(jìn)行詳細(xì)考察研究后，總結(jié)出了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)準(zhǔn)確率較高。該系統(tǒng)使用的是光柵檢測(cè)和光纖傳輸，在運(yùn)營(yíng)通車(chē)投入使用后極少出現(xiàn)誤報(bào)以及漏報(bào)的情況，準(zhǔn)確率較高。

（2）系統(tǒng)傳輸便捷。傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警器往往受到隧道長(zhǎng)度以及隧道內(nèi)部環(huán)境的影響。而運(yùn)用在沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道中的光纖光柵感溫火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可不受這種情況的干預(yù)，原因在于該系統(tǒng)包裹在光纜線中，而此種光纜線在隧道內(nèi)的傳輸與檢測(cè)自主性較大，不會(huì)受到隧道長(zhǎng)度的限制。并且該系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)受到處理器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這種監(jiān)控與接收方式排除了雷電以及電磁波對(duì)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，保證了信號(hào)能夠快速準(zhǔn)確地傳達(dá)到終端監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）系統(tǒng)操作方便。光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)屬于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展中的第三代智能系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單方便，具有人性化的特點(diǎn)。該系統(tǒng)的操作界面功能較好，能夠清晰地呈現(xiàn)隧道內(nèi)溫度數(shù)據(jù)并能提供隨溫度變化的曲線圖，而且可以保存歷史數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)空間大，數(shù)據(jù)類型多，方便今后的查詢和錄入檔案。

（4）系統(tǒng)后期維護(hù)方便。一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性不僅體現(xiàn)在前期的建設(shè)過(guò)程以及使用過(guò)程，更為關(guān)鍵的是后期的維護(hù)工作，好的系統(tǒng)從建設(shè)之初到最后的維護(hù)都能夠最大化地達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。從考察到的系統(tǒng)在沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道中維護(hù)情況看，它也擁有這種優(yōu)勢(shì)，原因在于該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自檢和故障告警功能。

2.2.3 光纖傳感項(xiàng)目的產(chǎn)品在該隧道運(yùn)用中的可發(fā)展之處

目前，科技發(fā)展速度快，產(chǎn)品更新發(fā)展也隨之加快。在對(duì)光纖傳感項(xiàng)目的產(chǎn)品在隧道中實(shí)際情況的全面勘察后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)仍有可待提高之處。從國(guó)內(nèi)外該系統(tǒng)的研發(fā)趨勢(shì)及需求情況來(lái)看，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、大范圍、準(zhǔn)分布式測(cè)量是該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

就該系統(tǒng)在沈海復(fù)線高速公路漳州段隧道中的運(yùn)用狀況來(lái)看，雖有許多較以往的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，但仍需做出改進(jìn)。

（1）需要調(diào)節(jié)光源、光纖光柵傳感器。為了使投入與產(chǎn)出得到最大化的收益，需要根據(jù)隧道內(nèi)部實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)光源使其達(dá)到最理想的狀態(tài)可以促進(jìn)該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展；而對(duì)光纖光柵傳感器的調(diào)節(jié)則需根據(jù)實(shí)際情況，增加或減少傳感器的數(shù)量，且位置的選擇格外重要。

（2）加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。信號(hào)的傳輸是整個(gè)系統(tǒng)中極為重要的部分，需要增強(qiáng)系統(tǒng)的自檢功能，從而降低成本。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由于具有特殊科技和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，未來(lái)還有巨大的成長(zhǎng)空間。

（2）高速公路隧道的火災(zāi)報(bào)警預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了常規(guī)的溫度探測(cè)、光波探測(cè)之外，還需要考慮危險(xiǎn)氣體、液體泄漏導(dǎo)致火災(zāi)的預(yù)警問(wèn)題，需要在光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中加入探測(cè)元件，提高探測(cè)性能和準(zhǔn)確度。

［1］ 李 力.中國(guó)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.火災(zāi)科學(xué)，2001（2）：12－13.

［2］ 周大川，劉保健，翁效林.光纖光柵測(cè)試技術(shù)在某高速公路擴(kuò)建中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2010（20）：17－20.

［3］ 李春杰.光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè)，2008（5）：32－34.

［4］ 張 影.光纖光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在高速公路隧道中的應(yīng)用［J］.公路交通技術(shù)，2013（4）：45－46.

［5］ 張 嵩，王劍.光纖光柵傳感技術(shù)在隧道火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用［J］.激光與紅外，2010（2）：8－10.