高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

楊雷生

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著高速公路隧道數(shù)量增長(zhǎng)，隧道中的火災(zāi)事故也變得越發(fā)頻繁。一些長(zhǎng)度較長(zhǎng)的隧道或者隧道群行車(chē)密度較大，行車(chē)速度的不斷提高以及線(xiàn)路維護(hù)的高難度，使得隧道內(nèi)路面的質(zhì)量不斷下降，很容易出現(xiàn)交通事故，引發(fā)隧道火災(zāi)。同時(shí)，隧道內(nèi)部各種電氣設(shè)備的增加，使得電氣起火的概率不斷提高，加上隧道本身的半封閉結(jié)構(gòu)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人員的疏散以及火災(zāi)的撲救都會(huì)變得相當(dāng)困難。對(duì)此，應(yīng)該在隧道內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和自動(dòng)撲救，以此將火災(zāi)造成的損失降到最低。

1 高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的特殊要求

1.1 火災(zāi)特點(diǎn)

(1)火災(zāi)類(lèi)型多樣。高速公路隧道火災(zāi)的形成原因多種多樣，火災(zāi)類(lèi)型多樣，受不同燃燒物質(zhì)的影響，明火、煙霧出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)有所不同，而煙霧的存在對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的觸發(fā)和定位會(huì)產(chǎn)生一定的影響。高速公路隧道火災(zāi)事故發(fā)生的原因如圖1所示。

圖1 高速公路隧道火災(zāi)事故發(fā)生的原因分析餅圖

(2)對(duì)報(bào)警的及時(shí)性和可靠性要求嚴(yán)格。高速公路隧道中的車(chē)流量較大，車(chē)速較快，隧道本身屬于半封閉空間，不管是人員疏散還是通風(fēng)排煙都比較困難，一旦因?yàn)榛馂?zāi)發(fā)生擁堵，救援人員難以接近事故發(fā)生地點(diǎn)，而且交通管制的手段十分有限[1]，一旦火災(zāi)報(bào)警出現(xiàn)延遲或者漏報(bào)的情況，可能導(dǎo)致?lián)p失增大。

(3)隧道風(fēng)會(huì)對(duì)火災(zāi)報(bào)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生干擾。高速公路隧道受自然風(fēng)和車(chē)輛通過(guò)帶動(dòng)的氣流等因素的影響，常年存在著隧道風(fēng)，其對(duì)于火災(zāi)產(chǎn)生的熱氣團(tuán)有著一定的稀釋和降溫作用，在這種情況下，如果應(yīng)用的是分布式光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，可能會(huì)受到干擾而出現(xiàn)報(bào)警響應(yīng)延時(shí)的問(wèn)題。

1.2 特殊要求

(1)必須保證火災(zāi)報(bào)警的及時(shí)性和可靠性。依照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50116-2013)等規(guī)范的要求，對(duì)于高速公路隧道而言，火災(zāi)報(bào)警的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)≤60 s，確保隧道交通監(jiān)控部門(mén)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道中出現(xiàn)的火災(zāi)事故，為交通管控、引導(dǎo)疏散以及救援工作的實(shí)施爭(zhēng)取時(shí)間。

(2)必須具備穩(wěn)定運(yùn)行能力。高速公路隧道中常年存在隧道風(fēng)，對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的干擾比較明顯，要求系統(tǒng)能夠在隧道風(fēng)的干擾下[2]，及時(shí)觸發(fā)報(bào)警，將著火點(diǎn)準(zhǔn)確反映出來(lái)。同時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)必須能夠有效應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)部粉塵沉積的問(wèn)題，要求所有設(shè)備的自我防護(hù)能力可以達(dá)到IP65以上，如果是雙波或者三波長(zhǎng)光學(xué)型報(bào)警器，需要定期對(duì)其光學(xué)窗口進(jìn)行擦拭和清潔，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化方案

2.1 工程概況

某高速公路隧道位于廣西地區(qū)，跨越群山，是連接周邊多個(gè)區(qū)域的交通要道，車(chē)流量巨大，隧道本身的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，存在較大的火災(zāi)隱患，對(duì)于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格。隧道設(shè)計(jì)情況如表1所示。

表1 隧道設(shè)計(jì)情況表

隧道本身為半封閉空間，空氣流通不暢，環(huán)境噪聲巨大，洞內(nèi)和洞外有著較為懸殊的亮度差異，這些特殊的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致駕駛員行為的變化，增加交通事故發(fā)生的概率，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，隧道進(jìn)出口位置是事故的高發(fā)路段[3]。

2.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)現(xiàn)狀

隧道中原本采用的是手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，相關(guān)設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下，存在著老化的問(wèn)題，加上電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的不斷加快，設(shè)備及重要零部件停產(chǎn)，影響了設(shè)備的正常使用。同時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)報(bào)警，功能相對(duì)單一，如果發(fā)生電氣火災(zāi)，而現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人發(fā)出報(bào)警，管理人員也難以迅速把握險(xiǎn)情。高速公路隧道火災(zāi)發(fā)生的緣由多是汽車(chē)碰撞、車(chē)輛裝載的貨物燃燒，又或者電力電氣短路事故，起火速度快，加上隧道本身密閉的環(huán)境和較大的交通量，不管是內(nèi)部逃生還是外部救援都存在很大的難度，在無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理火災(zāi)的情況下，可能引發(fā)巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，對(duì)隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，是技術(shù)人員需要關(guān)注的一個(gè)核心問(wèn)題[4]。

2.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化

2.3.1 改造方案

在原有手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了光纖測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)，其本身采用了光纖光柵作為傳感器，借助光纖光柵反射的光學(xué)頻譜對(duì)溫度的敏感性，通過(guò)設(shè)備內(nèi)部功能模塊，完成對(duì)傳感器輸入光源激勵(lì)以及輸出光學(xué)頻譜的分析，通過(guò)數(shù)字化的形式，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的物理信息進(jìn)行展示，依照預(yù)先設(shè)定好的報(bào)警條件設(shè)定值及變化率，給出實(shí)時(shí)預(yù)警及報(bào)警信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)可以在每400 m劃分一個(gè)光通道，每一個(gè)光通道均分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)光纖光柵布置的間距控制在6.6 m，每一個(gè)光纖光柵傳感器都可以將周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度及變化情況準(zhǔn)確反映出來(lái)，為火災(zāi)初期預(yù)警提供可靠的信息支持。

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)，數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過(guò)光纖監(jiān)測(cè)主機(jī)的處理后，會(huì)被傳輸?shù)剿淼拦芾硭?，觸發(fā)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息，在聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的情況下，還可以通過(guò)隧管所管理系統(tǒng)，將火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的視頻在主監(jiān)視器及大屏幕中顯示出來(lái)，監(jiān)控人員可以遠(yuǎn)程確認(rèn)報(bào)警地點(diǎn)是否有火災(zāi)發(fā)生。如果確定存在火災(zāi)，可以聯(lián)動(dòng)隧道中的有線(xiàn)廣播、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行處治[5]。

2.3.2 軟件需求

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在一定的軟件需求，軟件必須能夠?qū)λ淼纼?nèi)部的溫度分布曲線(xiàn)和溫度比變化曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，能夠以圖形化的方式對(duì)各種設(shè)備在運(yùn)行中的狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)視、存儲(chǔ)和管理，也能夠運(yùn)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)圖形化界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中各種設(shè)備的有效控制，同時(shí)還具備相應(yīng)的異常報(bào)警功能。系統(tǒng)軟件設(shè)置過(guò)程中，需要關(guān)注其基本功能。

(1)溫度報(bào)警功能。溫度報(bào)警功能主要是在檢測(cè)到溫度出現(xiàn)異常變化時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，能夠觸發(fā)報(bào)警的情況包括超溫報(bào)警、溫差報(bào)警以及溫差速率報(bào)警等。用戶(hù)可以對(duì)報(bào)警參數(shù)及模式進(jìn)行定制，對(duì)不同的報(bào)警模式信息單獨(dú)或者組合使用。

(2)系統(tǒng)設(shè)備報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)備報(bào)警必須能夠?qū)鞲衅?、檢測(cè)設(shè)備等的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)自我診斷和測(cè)試，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，將報(bào)警信息傳輸給電力監(jiān)控人員。

(3)分區(qū)溫度監(jiān)測(cè)?？梢砸勒毡粶y(cè)物體，對(duì)溫度監(jiān)測(cè)進(jìn)行分區(qū)，每一個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的警報(bào)參數(shù)，通過(guò)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于被測(cè)物的分區(qū)監(jiān)測(cè)。

(4)警報(bào)音響確認(rèn)。在火災(zāi)警報(bào)發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的警報(bào)軟件會(huì)發(fā)出聲響，等到工作人員確認(rèn)后才會(huì)停止。同時(shí)，警報(bào)信息會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，依照順序進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，并不會(huì)被覆蓋或者取消。

(5)曲線(xiàn)圖。系統(tǒng)本身具備相應(yīng)的溫度曲線(xiàn)圖顯示功能，能夠?qū)?shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)或者歷史溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，曲線(xiàn)圖能夠反映的內(nèi)容十分豐富，如某個(gè)時(shí)段隧道不同位置的溫度分布曲線(xiàn)、某一天隧道某個(gè)點(diǎn)的溫度變化曲線(xiàn)、某個(gè)時(shí)段隧道中某個(gè)點(diǎn)的溫度變化曲線(xiàn)等。曲線(xiàn)圖本身的坐標(biāo)軸包括了時(shí)間、距離和溫度等[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

高速公路隧道對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有著非常嚴(yán)格的要求，需要技術(shù)人員結(jié)合高速公路隧道的實(shí)際情況，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)為支撐，做好隧道內(nèi)部火災(zāi)隱患的預(yù)測(cè)和撲救方法設(shè)計(jì)，確保在火災(zāi)隱患發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的告警信息，提醒工作人員進(jìn)行處理，為火災(zāi)的撲救爭(zhēng)取到更多時(shí)間。應(yīng)該重視新型技術(shù)的應(yīng)用，提升高速公路隧道的運(yùn)行安全，減少火災(zāi)事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。