有安全返港要求的客滾船火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

楊 晶，沈 杰

（招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海 200137）

0 引言

2010年7月1日以后建造的長(zhǎng)度超過(guò)120 m或具有2 個(gè)以上主豎區(qū)的客船需符合安全返港要求。安全返港的事故分為進(jìn)水事故和火災(zāi)事故2 種?；馂?zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)作為火災(zāi)事故的探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)保障船舶的安全性具有重要意義，且與其他消防系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。本文以某高端客滾船的火警系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，結(jié)合相關(guān)規(guī)范分析有安全返港要求的客滾船不同于常規(guī)船的火警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素，為同類型船舶的火警系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)計(jì)要求

1.1 客船要求

客滾船需滿足客船的要求。與貨船不同，IC 法、IIC 法和IIIC 法不適用于客船。對(duì)于客船而言，固定式探火和失火報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)能遠(yuǎn)程逐一識(shí)別每臺(tái)探測(cè)器和每個(gè)手動(dòng)報(bào)警按鈕；同時(shí)，起居住所的所有回路按主豎區(qū)劃分，每個(gè)回路不得超出1 個(gè)主豎區(qū)。因此，客船的火警系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為帶地址碼的火警探頭并按回路串接，且控制板應(yīng)位于船上的安全中心內(nèi)。3 種船型的火警系統(tǒng)的主要差異對(duì)比見表1。

表1 3 種船型的火警系統(tǒng)的主要差異對(duì)比

1.2 安全返港要求

根據(jù)MSC.1／Circ1369 通函第37 條的解釋，當(dāng)火警系統(tǒng)需考慮直接受到事故影響的區(qū)域和同一個(gè)主豎區(qū)同一層甲板的其他區(qū)域丟失時(shí)，其他任何甲板上服務(wù)于該主豎區(qū)的所有火警探頭都能保持工作。

若只有單個(gè)主控箱，則當(dāng)主控箱所在位置失火時(shí)，火警系統(tǒng)不能保持正常工作。本文所述火警系統(tǒng)采用雙機(jī)柜（主控箱）回路設(shè)計(jì)：位于4 號(hào)主豎區(qū)集控室內(nèi)的1 號(hào)機(jī)柜和位于4 號(hào)主豎區(qū)駕駛室內(nèi)的2 號(hào)機(jī)柜。用于在2 個(gè)機(jī)柜之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的電纜也采用冗余設(shè)計(jì)。這些電纜路徑都是通過(guò)不同的主豎區(qū)或A 級(jí)艙室實(shí)現(xiàn)的。這種設(shè)計(jì)方式可確保在任何事故假定狀態(tài)下有1 個(gè)機(jī)柜可用，不會(huì)因?yàn)槿我庖粋€(gè)艙室或主豎區(qū)受事故的影響丟失而導(dǎo)致2 個(gè)機(jī)柜同時(shí)丟失。

2 系統(tǒng)框架

2.1 主控箱和探頭回路的布置

以本文所述船舶為例，全船共有7 個(gè)主豎區(qū)（見圖1）。2 個(gè)火警主控箱分別處于2 個(gè)不同的主豎區(qū)內(nèi)。圖1 中的2 個(gè)回路是比較典型的回路，其中：第一個(gè)回路從駕駛室的火警主控箱接出，串接2 號(hào)主豎區(qū)在8 甲板和9 甲板上的所有探頭，回到集控室的火警主控箱結(jié)束；第二個(gè)回路同樣從駕駛室接出，串接貨艙區(qū)域的所有探頭之后回到集控室結(jié)束，回路所串探頭不超過(guò)1 個(gè)主豎區(qū)。

圖1 目標(biāo)船主豎區(qū)劃分和火警系統(tǒng)典型回路

當(dāng)回路中出現(xiàn)單點(diǎn)故障時(shí)，不會(huì)影響故障點(diǎn)以外部分的正常工作。圖2 為雙機(jī)柜火警探頭回路布置。每個(gè)火警探頭回路都是從2 號(hào)主控箱出發(fā)，串接若干個(gè)火警探頭，結(jié)束于1 號(hào)主控箱，且2 個(gè)主控箱之間通過(guò)串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)火警探頭3 發(fā)生故障時(shí)，探頭3 右邊的1 號(hào)探頭和2 號(hào)探頭連接于主控箱2，探頭3 左邊的4 號(hào)探頭和5 號(hào)探頭連接于主控箱1。除了故障點(diǎn)探頭3，其他探頭都能正常工作，且2 個(gè)主控箱之間通過(guò)串行通信連接交換各自接收到的數(shù)據(jù)。

圖2 雙機(jī)柜火警探頭回路布置

同時(shí)，《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》（International Code Fire Safety Systems，F(xiàn)SS Code）要求火警系統(tǒng)所用電氣設(shè)備電源不少于2 套，其中1 套應(yīng)為應(yīng)急電源，由專用的獨(dú)立饋電線供電。這些饋電線應(yīng)接至一個(gè)臨近于火警控制板的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)上；饋電線應(yīng)從主配電板和應(yīng)急配電板接至轉(zhuǎn)換開關(guān)上，且不穿過(guò)其他任何分配電板。轉(zhuǎn)換開關(guān)也應(yīng)布置成發(fā)生故障時(shí)不會(huì)導(dǎo)致2 套電源同時(shí)斷電。

2.2 與其他系統(tǒng)的接口

按FFS Code的要求，探火系統(tǒng)可布置成將信號(hào)輸出給其他消防安全系統(tǒng)，如噴水器系統(tǒng)、低位照明系統(tǒng)、防火風(fēng)閘和閉路電視系統(tǒng)等。

以閉路電視系統(tǒng)為例，在以往有關(guān)智能化火警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究中有提到，將客船上公共處所等區(qū)域的攝像頭和火警探測(cè)器集成一體之后，通過(guò)該集成的系統(tǒng)就可高效率地完成防火防盜工作。當(dāng)前已在該船上采用該方式，火警系統(tǒng)控制箱上有連接閉路電視服務(wù)器的信號(hào)接口。當(dāng)船上某個(gè)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)區(qū)域探頭激活的信號(hào)，閉路電視服務(wù)器會(huì)控制火災(zāi)發(fā)生區(qū)域的攝像頭轉(zhuǎn)向起火點(diǎn)。設(shè)計(jì)方將每個(gè)區(qū)域的火警探頭與攝像頭的對(duì)應(yīng)關(guān)系提供給閉路電視廠家，以實(shí)現(xiàn)攝像頭與火警探頭之間的聯(lián)動(dòng)。

按FSS Code的要求，集中控制站的控制屏應(yīng)能顯示防火門開啟或關(guān)閉的狀態(tài)，以及探測(cè)器、報(bào)警器和風(fēng)機(jī)的接通或斷開狀態(tài)。對(duì)防火門的控制和顯示在火警控制板上實(shí)現(xiàn)，當(dāng)防火風(fēng)閘和水噴淋系統(tǒng)與火警控制箱連接之后，也可在火警系統(tǒng)的電腦顯示器上通過(guò)模擬圖顯示。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電纜路徑

除了少數(shù)在同一防火區(qū)域的電纜和不穿過(guò)有較大失火風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域的電纜，火警系統(tǒng)的電纜基本上為耐火電纜。MSC.1／Circ1369 通函解釋13 中提到，符合IEC 60331-1 和IEC 60331-2 標(biāo)準(zhǔn)且通過(guò)（非服務(wù)于）處所的耐火電纜可視為在發(fā)生火災(zāi)事故之后保持工作狀態(tài)，只要在受到事故影響的處所內(nèi)無(wú)連接件、接頭和與其相連的設(shè)備等。這些電纜的安裝應(yīng)支持其在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)和在滅火期間幸存。

火警系統(tǒng)的電纜需按滿足安全返港要求的路徑敷設(shè)，根據(jù)最合理的路徑，盡量通過(guò)A-60 管弄和貨艙這樣失火可能性較小的非機(jī)械區(qū)域。部分安全返港電纜的走向見圖3。

圖3 火警系統(tǒng)部分安全返港電纜的走向

火警回路的電纜路徑非常重要，每個(gè)回路都從駕駛室主控箱出發(fā)，連接完回路中的所有設(shè)備之后回到集控室主控箱內(nèi)。按FSS Code第9 章第2.1.4.4 節(jié)的要求，任何回路電纜都不能2 次穿過(guò)同一防火空間，若實(shí)在做不到，則2 次穿入點(diǎn)盡可能相互遠(yuǎn)離。這樣當(dāng)某個(gè)防火區(qū)域失火時(shí)，除了該區(qū)域的探頭，不會(huì)導(dǎo)致其他區(qū)域的探頭失去功能。

由于客滾船在同一個(gè)主豎區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)較多的A級(jí)艙室，在設(shè)計(jì)電纜路徑時(shí)經(jīng)常需通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)回路滿足相應(yīng)的要求。

圖4 為避免2 次穿過(guò)同一防火空間的電纜路徑調(diào)整示例。圖4 中：8 甲板的房間8A中還包含有房間8B和8C；7 甲板也有相的結(jié)構(gòu)，房間7A中包含有房間7B和7C。調(diào)整前的回路1 從駕駛室的主控箱開始，依次穿過(guò)房間8A、8B、8A、8C和8A，到達(dá)集控室主控箱之后結(jié)束。當(dāng)回路先進(jìn)入房間8A再到房間8B時(shí)，已穿出房間8A，從房間8B再進(jìn)入房間8A相當(dāng)于2 次穿過(guò)房間8A。在這種情況下，若房間8A失火，則房間8B 內(nèi)的探頭相當(dāng)于是孤立的，不再繼續(xù)正常工作。

圖4 避免2次穿過(guò)同一防火空間的電纜路徑調(diào)整示例

調(diào)整之后的火警回路從駕駛室主控箱出發(fā)，先進(jìn)入房間8B，不再經(jīng)過(guò)房間8A，而是穿過(guò)下層7 甲板的房間7B，串接原先回路2 中房間7B和7C內(nèi)的探頭，隨后返回到8 甲板的房間8C，將這4 個(gè)房間內(nèi)的探頭串接完畢之后再進(jìn)入房間8A。在串接房間8A內(nèi)的探頭時(shí)，繞過(guò)房間8B和8C，回到集控室主控板。這樣每個(gè)房間都只穿過(guò)1 次，滿足不能2 次穿過(guò)同一防火空間的要求。

此外，客滾船上還有滾裝處所，該處所要求任何設(shè)備不能影響車道和避免設(shè)備被車輛碰撞，布置在光滑艙壁上的火警手報(bào)按鈕需在結(jié)構(gòu)上做凹槽，電纜會(huì)多次經(jīng)過(guò)凹槽背后的區(qū)域，需考慮在這些情況下采用A60電纜管滿足規(guī)范的要求，見圖5。

圖5 滾裝處所的電纜路徑

3.2 進(jìn)水場(chǎng)景的考慮

對(duì)于水線以下的部分艙室，不僅要考慮火警回路不能2 次穿過(guò)同一防火空間，而且要考慮水密艙壁的劃分。例如，2 甲板艉部有4 個(gè)防火區(qū)域在同一個(gè)水密隔艙內(nèi)。若火警回路從其他區(qū)域穿入該水密隔艙，則需在穿過(guò)全部4 個(gè)防火區(qū)域的探頭之后再穿出該區(qū)域。

3.3 安全返港文件

對(duì)于需滿足安全返港要求的客滾船而言，根據(jù)規(guī)范的要求，需針對(duì)相關(guān)系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)原理和事故分析評(píng)估等方面的文件。以火警系統(tǒng)為例，需提供一套包含火警系統(tǒng)的安全返港設(shè)計(jì)原則、火警系統(tǒng)電纜路徑的系統(tǒng)描述、事故場(chǎng)景分析評(píng)估、火警系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試、隨船安全返港操作指南和各事故場(chǎng)景下的動(dòng)作列表等內(nèi)容的一整套安全返港文件。

4 其他設(shè)計(jì)要素

4.1 火警系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視控制電腦的顯示和控制功能

如前文所述，當(dāng)其他相關(guān)系統(tǒng)接到火警控制板上之后，可在火警系統(tǒng)的電腦顯示器上通過(guò)模擬圖顯示和控制。本文所述火警系統(tǒng)提供3 臺(tái)電腦，分別放在駕駛室和集控室內(nèi)。

當(dāng)探頭探測(cè)到火警、手動(dòng)報(bào)警按鈕被按下時(shí)，電腦模擬圖會(huì)顯示報(bào)警，此時(shí)可在電腦上對(duì)探頭和手動(dòng)報(bào)警按鈕進(jìn)行消音和復(fù)位。防火門可通過(guò)火警控制板上的控制旋鈕分主豎區(qū)關(guān)閉。防火門和防火卷簾門的開閉狀態(tài)在電腦上有顯示。

當(dāng)起居處所內(nèi)各分區(qū)的水霧釋放閥被釋放時(shí)，電腦模擬圖上會(huì)有相應(yīng)的釋放閥圖標(biāo)報(bào)警顯示。對(duì)于非自動(dòng)釋放的釋放閥而言，當(dāng)相關(guān)區(qū)域的火警探頭探測(cè)到火災(zāi)時(shí)，火警觸發(fā)裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)釋放水霧。

當(dāng)某區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，火警系統(tǒng)發(fā)出應(yīng)急切斷信號(hào)切斷防火風(fēng)閘時(shí)，電腦模擬圖上會(huì)顯示相應(yīng)的應(yīng)急切斷被觸發(fā)。當(dāng)電梯所在區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，還可在電腦上控制該區(qū)域的電梯，使其處于不可用狀態(tài)。

4.2 消防巡邏

載客超過(guò)36 人的客船上應(yīng)保持有效的巡邏制度，以便迅速探知火災(zāi)的發(fā)生。因此，在火警回路中串入巡邏單元并布置在船上合適的位置處?；鹁到y(tǒng)的電腦上可設(shè)置巡邏路徑和模式，當(dāng)巡邏人員沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)巡邏到相關(guān)區(qū)域時(shí)，電腦上會(huì)顯示該巡邏單元的報(bào)警信息。

4.3 貨艙和上層建筑區(qū)域的特別設(shè)計(jì)

客滾船各甲板間設(shè)有斜坡道或升降平臺(tái)互相連通，在這些坡道和平臺(tái)下安裝探頭之前需與滾裝設(shè)備廠家溝通，將探頭預(yù)裝在滾裝設(shè)備上。設(shè)備上船之后，這部分探頭會(huì)通過(guò)軟電纜，從滾裝設(shè)備的接線盒連接到火警回路中。貨艙的火警手動(dòng)報(bào)警按鈕不能突出于艙壁平面，以免車輛經(jīng)過(guò)時(shí)受到損傷。因此，當(dāng)在車輛通過(guò)區(qū)域兩側(cè)艙壁上安裝報(bào)警按鈕時(shí)，會(huì)在艙壁上挖出一塊凹槽，將報(bào)警按鈕安裝在凹槽內(nèi)。客滾船運(yùn)載的車輛會(huì)排放有害氣體，這些氣體通常聚集在貨艙底部。以本文所述船舶為例，貨艙區(qū)域從甲板到450 mm高度處有防爆要求，但因火警探頭一般安裝在天花板上，火警手動(dòng)報(bào)警按鈕也安裝在900 mm左右的高度處，因此火警探頭和手動(dòng)報(bào)警按鈕尚無(wú)需防爆。但是，若電氣設(shè)備安裝在氣體聚集區(qū)域，則需考慮防爆要求。

對(duì)于上層建筑居住區(qū)域走廊上的火警手動(dòng)報(bào)警按鈕而言，為避免人員經(jīng)過(guò)時(shí)被其碰撞，同時(shí)避免人員受傷，會(huì)在按鈕周邊加裝圓角的保護(hù)條。此外，出于照顧殘疾人考慮，該船上每隔40 m將一個(gè)手動(dòng)報(bào)警按鈕從1.4 m高度降低到0.9 m，便于殘疾人操作。

5 結(jié)語(yǔ)

在安全返港的情境中，大部分分析是針對(duì)火災(zāi)事故展開的?；馂?zāi)探測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)在火災(zāi)事故中是最先開始動(dòng)作的系統(tǒng)，且在各安全系統(tǒng)中起到提供報(bào)警和觸發(fā)信號(hào)的關(guān)鍵作用，需在設(shè)計(jì)過(guò)程中合理地布置該系統(tǒng)并提供必要的接口。

本文結(jié)合客滾船的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)火警系統(tǒng)各要素進(jìn)行分析，提出了比較優(yōu)良的冗余設(shè)計(jì)，能合理地進(jìn)行系統(tǒng)配置，同時(shí)對(duì)實(shí)船上比較好的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，可供需滿足安全返港要求的客滾船的設(shè)計(jì)參考。