港珠澳大橋火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

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）

0 引言

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)。

1 火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火概念

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。

2 火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火技術(shù)在港珠澳大橋的應(yīng)用

2.1 技術(shù)難題

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。

2.2 火災(zāi)系統(tǒng)設(shè)備安裝方案

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

2.3 火災(zāi)系統(tǒng)自動滅火控制方案

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。

2.4 研究成果

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。

3 結(jié)語

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)。