姜原慶
(中鐵建電氣化局集團(tuán)第四工程有限公司,湖南 長沙 410116)
港珠澳大橋是連接香港、珠海、澳門三地的世界級超級跨海通道,海底隧道全長6.7 km。由于隧道發(fā)生火災(zāi)意外時,可能造成車輛擁堵、消防援兵無法進(jìn)入等情況,火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火能夠快速報(bào)警,使現(xiàn)場消防設(shè)施自動開啟,以保障港珠澳大橋的運(yùn)營安全。近年來,我國火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展,但技術(shù)水平相對落后,存在設(shè)備智能化程度低、組件連接方式有待改善和報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)等問題。本文以火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火在港珠澳大橋的應(yīng)用實(shí)例,研究了火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn),為隧道交通工程的火災(zāi)救援技術(shù)的智能化發(fā)展服務(wù)。
火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火由火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)(含自動滅火部分)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)[1]?;馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后,通過交通監(jiān)控系統(tǒng)的閉路電視設(shè)備進(jìn)行確認(rèn),向系統(tǒng)集成發(fā)出報(bào)警信息,系統(tǒng)集成中各專業(yè)控制模塊收到報(bào)警信息后,啟動相應(yīng)聯(lián)動模式,從而控制滅火、防排煙、交通監(jiān)控、照明等設(shè)備進(jìn)入救災(zāi)狀態(tài)[2-5]。
由于火災(zāi)探測設(shè)備率先發(fā)出報(bào)警信號,因此探測設(shè)備需要足夠的精密度和可靠性,設(shè)備安裝是一個精細(xì)且復(fù)雜的工藝[6]。另外,消防設(shè)備種類繁雜,監(jiān)控中心發(fā)出的控制信息需涉及各種設(shè)備的消防狀態(tài),并根據(jù)現(xiàn)場火情實(shí)時變化,這給火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火帶來了挑戰(zhàn)和難度。
港珠澳大橋連接港、珠、澳三地,為橋島隧一體的世界級工程,將火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火應(yīng)用到港珠澳大橋工程,面臨諸多的技術(shù)難題。
1)港珠澳大橋火災(zāi)系統(tǒng)設(shè)備的安裝是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程,具有施工條件復(fù)雜,設(shè)備安裝要求精度高,系統(tǒng)設(shè)備多等特點(diǎn)。其中聲光報(bào)警器270個,雙波長火焰探測器270個,手動報(bào)警按鈕270個,光纖光柵探溫光纜86套,探溫光纜探點(diǎn)每隔10 m一處,共2 500余處探測點(diǎn)位。
2)港珠澳大橋火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火的控制信息量龐大且復(fù)雜,需要面面俱到,涵蓋火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火涉及的各個子系統(tǒng)。港珠澳大橋包含海底隧道,由于隧道為封閉空間的特征,火災(zāi)控制要求的緊迫度更強(qiáng),所需的控制策略更加復(fù)雜。
通過創(chuàng)建BIM模型,輸出優(yōu)化施工圖紙。施工前根據(jù)設(shè)計(jì)文件、施工圖紙及交通工程各子系統(tǒng)模型構(gòu)件類別的命名規(guī)則,創(chuàng)建全專業(yè)BIM模型,編制可行的三維技術(shù)交底和作業(yè)指導(dǎo)書。
利用BIM模型,掌握雙波長火焰探測器的高度、間隔距離和傾斜度、光纖光柵探溫光纜固定卡扣的距離,解決安裝施工中管線碰撞的問題,并出具碰撞檢測報(bào)告[7]。如圖1為管線碰撞的BIM模型圖。針對施工問題進(jìn)行施工方案比選,合理安排多專業(yè)交叉施工[8]。
圖1 管線碰撞的BIM模型圖Fig.1 BIM model diagram of pipeline collision
該方案制定了消防聯(lián)動預(yù)案,設(shè)計(jì)火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火控制邏輯,并對隧道進(jìn)行分區(qū)域控制,提高火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火在隧道應(yīng)用的高效性。
2.3.1 制定消防聯(lián)動預(yù)案
圖2為消防應(yīng)急預(yù)案框圖。當(dāng)火災(zāi)探測信號檢測到火災(zāi)情況時,將火災(zāi)報(bào)警信號發(fā)送至消防主機(jī),消防主機(jī)通過信息共享方式將報(bào)警點(diǎn)信息發(fā)送給綜合監(jiān)控平臺。
圖2 消防應(yīng)急預(yù)案框圖Fig.2 Block diagram of fire emergency plan
監(jiān)控平臺接收到火災(zāi)報(bào)警信號后,自動彈出報(bào)警窗口,并將相關(guān)的視頻畫面展現(xiàn)到大屏以及客戶端上,當(dāng)操作人員通過視頻圖像復(fù)核確認(rèn)發(fā)生火情后,點(diǎn)擊確認(rèn),執(zhí)行消防聯(lián)動預(yù)案:一是給PLC發(fā)送啟動模式信號,由PLC開啟相關(guān)設(shè)備;二是聯(lián)動可變情報(bào)板、廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、大屏顯示等設(shè)備。
同時,監(jiān)控平臺會把火災(zāi)報(bào)警分區(qū)信息,轉(zhuǎn)換成S7協(xié)議發(fā)送給PLC。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生,(以Q1-1火災(zāi)報(bào)警為例),在確認(rèn)是真實(shí)報(bào)警后,監(jiān)控平臺往PLC1的DB_XF的Q1-1發(fā)送1命令。PLC按照消防規(guī)范控制相關(guān)風(fēng)機(jī)水泵(具體控制模式由PLC根據(jù)消防系統(tǒng)設(shè)置)。
當(dāng)火災(zāi)結(jié)束后,監(jiān)控平臺操作人員可以手動關(guān)閉已開啟的風(fēng)機(jī)水泵等PLC控制設(shè)備。
2.3.2 分區(qū)域火災(zāi)自動滅火控制
港珠澳大橋海底隧道的地理環(huán)境復(fù)雜,隧道的密閉空間加大了火災(zāi)控制的難度,分區(qū)域控制有助于更快地控制火勢。隧道被分為4類區(qū)域,分別為箱梁、變壓器、安全管廊和行車孔,其控制策略如下:
1)箱梁內(nèi)火災(zāi)報(bào)警
橋梁的左右箱梁都設(shè)有火災(zāi)報(bào)警設(shè)備,左右各有225個火災(zāi)報(bào)警分區(qū),每100 m(少數(shù)為78 m)為1個火災(zāi)分區(qū)?;馂?zāi)檢測設(shè)備為光纖光柵。發(fā)生火災(zāi)時,系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號,不產(chǎn)生聯(lián)動。
2)變壓器火災(zāi)聯(lián)動
隧道內(nèi)有37個變壓器房,每個變壓器房都對應(yīng)設(shè)置報(bào)警點(diǎn)?;馂?zāi)檢測設(shè)備為光纖光柵。當(dāng)火災(zāi)報(bào)警時,監(jiān)控中心聲光報(bào)警開啟,攝像機(jī)自動投影大屏幕(火災(zāi)點(diǎn)上下游各3個的半球攝像機(jī)),氣體滅火裝置自動開啟,30 s后噴氣。
3)安全管廊火災(zāi)聯(lián)動
安全管廊內(nèi)有34個火災(zāi)分區(qū),每180 m為1個火災(zāi)分區(qū)?;馂?zāi)檢測設(shè)備為光纖光柵。安全管廊設(shè)有33個防火門。當(dāng)火災(zāi)報(bào)警,監(jiān)控中心聲光報(bào)警開啟,火災(zāi)報(bào)警點(diǎn)兩側(cè)的防火門關(guān)閉,隧道兩端只關(guān)1個防火門(不進(jìn)行人工確認(rèn),自動關(guān)閉)?;馂?zāi)消除后,軟件復(fù)位防火門。
4)行車孔火災(zāi)聯(lián)動
火災(zāi)檢測設(shè)備有光纖光柵(22.5 m為1個分區(qū))、雙波長(每45 m布置1個,共270個)、手動報(bào)警按鈕(每45 m布置1個,共270個)。
火災(zāi)系統(tǒng)設(shè)備有監(jiān)控中心設(shè)備(大屏幕、視頻、室內(nèi)聲光報(bào)警)、隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)備(排風(fēng)風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、安全通道加壓風(fēng)機(jī)、電動排煙口)、島上通風(fēng)設(shè)備(排風(fēng)風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、安全通道風(fēng)機(jī)、風(fēng)塔)、監(jiān)控設(shè)施(可變信息標(biāo)志、車道控制標(biāo)志、交通信號燈、聲光報(bào)警器、安全疏散標(biāo)志)、廣播、滅火設(shè)施(水噴霧閥組箱、水噴霧泵、泡沫液泵)。聯(lián)動分區(qū)有271個。
當(dāng)火災(zāi)報(bào)警時,監(jiān)控中心聲光報(bào)警開啟,攝像機(jī)自動投影屏幕,經(jīng)人工確認(rèn)火情屬實(shí)后,隧道的交通燈、可變信息標(biāo)志、聲光報(bào)警器、安全疏散標(biāo)志等監(jiān)控設(shè)施發(fā)布相關(guān)“發(fā)生火情、禁止通行”的通知,全隧道發(fā)布火情廣播內(nèi)容,隧道和島上的通風(fēng)設(shè)施根據(jù)火源點(diǎn)的位置開啟,水噴霧閥組箱、水噴霧泵、泡沫液泵等滅火設(shè)施開啟。
火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火將火災(zāi)報(bào)警工作站與西人工島監(jiān)控大廳系統(tǒng)集成監(jiān)控平臺軟件實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動,現(xiàn)場探測設(shè)備將火災(zāi)情況傳遞至隧道安全通道的2臺火災(zāi)報(bào)警主機(jī),報(bào)警主機(jī)將信息反饋至火災(zāi)報(bào)警工作站,西人工島監(jiān)控大廳系統(tǒng)集成監(jiān)控平臺軟件接受火災(zāi)報(bào)警工作站傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)信息后,實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備聯(lián)動運(yùn)行。
隧道火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火的反應(yīng)速度快、精度準(zhǔn)確,能夠做到現(xiàn)場報(bào)警位置和西人工島監(jiān)控大廳系統(tǒng)集成監(jiān)控平臺軟件接受火災(zāi)報(bào)警工作站顯示的位置精準(zhǔn)無誤?;鹁l(fā)生到下發(fā)滅火命令只需1 min左右,解決了救援不及時、救援困難等問題,保障了港珠澳大橋的運(yùn)營安全,保證了隧道火災(zāi)時現(xiàn)場人員的生命安全,減少了不可控事件的發(fā)生,極大降低不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)和社會風(fēng)險(xiǎn)。