空气采样早期烟雾探测系统在地铁火灾防护中的应用

何 晶

（北京城建设计研究总院，100037，北京∥工程师）

随着国民经济的高速发展，人们对于公共场所特别是地铁环境的安全提出了更高的要求。针对这种更高的要求，火灾报警系统的产品随着技术的发展也不断地变化。降低误报率，提高灵敏度是每一种消防产品追求的目标。近期，一种高灵敏度空气采样烟雾探测系统的出现，使萌芽期火灾探测成为可能。它可以实现火灾的早期探测、早期预警，从而做到早期处置，防患于未然。

1 探测系统的工作原理及特点

火灾的发生一般都有烟雾产生。越早探测到烟雾，发现火灾苗头，就越能保证地铁的正常运营及保障人民生命财产的安全。空气采样早期烟雾探测系统一改传统点式探测器等待烟雾的被动方式，采取主动对空气进行采样探测。

1.1 空气采样早期烟雾探测系统工作原理

空气采样早期烟雾探测系统也称为吸气式烟雾探测器，是一种基于光学空气监控技术和微处理器控制技术的烟雾探测装置。系统包括探测器和采样管网。探测器由吸气泵、过滤器、激光腔、控制电路、显示模块、编程模块等组成（见图1）。吸气泵通过PVC管或钢管所组成的采样管上的许多采样孔从保护区内连续采集空气样品送入探测器。采样空气将通过二级过滤器。第一级去除了空气中的灰尘和杂物，过滤后的采样空气进入激光探测腔进行探测。第二级过滤（精细过滤）后的洁净空气能够保证探测器的光学表面洁净无污染，确保探测器的校准稳定无误。采样空气经过过滤器进入校准的探测腔，处于激光的照射下，其中烟雾粒子所造成的散射光被两个接收器接收。接收器将光信号转换成电信号后送到探测器的控制电路。该信号被处理后通过发光图条、报警阀值指示器显示出来。

1.2 空气采样早期烟雾探测系统特点

（1）主动采样探测方式，不受环境气流影响；

（2）探测灵敏度高（比常规探测器高1 000倍），报警时间早，为及时采取必要措施和人员疏散提供了相对充裕的时间；

（3）采样管网安装简单，布置灵活，有多种采样方式，可以最大限度地避免对车站外观和结构部件的影响；

图1 空气采样早期烟雾探测系统工作原理

（4）探测器内置过滤器并具有自清洁功能，可防止灰尘影响，维护工作简单；

（5）探测器具有自动设定、调整报警阈值，报警延时，设置参考探测器等智能化功能，保证最好探测效果，防止误报；

（6）采样管网为非金属材质，探测器信号全数字处理，抗电磁干扰能力强。

1.3 系统灵敏度

空气采样早期烟雾探测器的灵敏度单位为“百分之遮光率每米”（%obs／m），即烟雾的浓度在1m的距离中遮挡住通过光线对应的百分比。空气采样早期烟雾探测报警系统的灵敏度分为：

（1）普通灵敏度（等同传统点式探测器的灵敏度）＞2%obs／m；

（2）增强型灵敏度在0.8%～2.0%obs／m；

（3）高灵敏度≤0.8%obs／m。

2 地铁车站火灾防护的特点及要求

（1）地铁车站为人员密集场所，运行期间有大量人员流动，所以一旦发生火灾，将造成巨大的恐慌，引起人员伤亡。这就要求应用于地铁车站的火灾探测报警系统具备足够的探测精度，可以在火灾发生的早期做出报警，避免火灾蔓延。

（2）由于空调以及列车通过造成的活塞效应，使车站站台空气流动变化剧烈，影响烟雾探测设备的探测效果。这就需要应用于车站的探测设备可以有效地避免空气流动对烟雾探测造成的负面效应。

（3）由于现代化地铁车站设计独特，具有现代感、艺术感，所以，烟雾探测报警设备不应破坏车站的外观，做到和车站装修融为一体。

（4）由于车站的电磁环境复杂，烟雾探测报警设备应具备足够的抗电磁干扰能力。

（5）对站厅的不同位置能提供有针对性的探测。

（6）作为烟雾探测报警的前端设备，应具备必要的报警输出级联动控制功能。

3 与传统火灾探测设备的适用比较

3.1 探测响应时间不同

火灾进程分为不可见烟（也称阴燃）、可见烟、可见火光和剧烈燃烧四个阶段。火灾进程演变过程见图2。

图2 火灾进程演变过程

从图2可见，空气采样早期烟雾探测系统具有四级报警功能：第一级为警觉，表明系统已检测出异常情况，应当进行检查；第二级为行动，表明有火灾隐患存在，应当采取措施；第三级为火警1，表明开始燃烧；第四级为火警2，表明已处于热辐射阶段。

空气采样早期烟雾探测系统的报警覆盖了火灾发生的各个阶段，即发热、冒烟、燃烧和高温，它不同于传统探测器要在产生一定烟雾后才能发出报警。传统探测器的响应时间远远晚于空气采样早期烟雾探测器。空气采样早期烟雾探测器在不可见烟阶段发出警觉，这为地铁发生火情时，控制火情的发展、蔓延以及采取措施提供了充裕的时间。

3.2 探测环境不同

地铁车站一般在公共区采用镂空吊顶。当吊顶隔栅间隙大于50%时，FAS（防灾报警系统）探测器进行双层布置，即在吊顶上和顶板下各布置一层感烟探测器。但由于空调系统的运行及列车行驶带来的活塞风，将公共区内的烟雾稀释，难以到达吊顶下及顶板下，使得烟雾不容易被传统探测器探测到。

2010年3月，在北京地铁10号线巴沟站公共区进行了一次空气采样早期烟雾探测器和感烟探测器的烟雾报警试验。本次试验分别使用碎纸、海绵、棉绳作为燃烧物质，在站厅的不同位置进行烟雾试验。试验背景烟雾浓度值为0.03%obs／m，空气采样早期烟雾探测器预警值为0.12%obs／m。现场烟雾浓度值曲线如图3所示。

在列车行驶带来的活塞风影响下，除快速燃烧火灾外，个别下层点式感烟探测器在烟雾浓度值很高的情况下可以发出报警响应，但上层点式感烟探测器没有报警。对于海绵快速燃烧火灾中，则正好相反。而空气采样早期烟雾探测器的灵敏度比点式感烟探测器高得多，且为主动式采样，对3种不同材质所产生的烟雾均可作出快速响应，报警时间明显早于传统点式探测器。

图3 现场烟雾浓度值曲线

3.3 探测高度不同

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116—1998），点式感温探测器的安装高度不宜大于8m，点式感烟探测器的安装高度不宜大于12m，房间高度大于12m的场所可选用火焰探测器和红外光束感烟探测器。但是，火焰探测器和红外光束感烟探测器都不适合于地铁的车辆段停车场有遮挡的大空间，且红外光束感烟探测器的高度不宜大于20m。

地铁的车辆段停车场均不是封闭的空间，受烟雾温度较低、卷吸周围冷空气浮力逐渐降低、上升速度较慢、烟气逐渐变淡等影响，传统探测设备不易探测到烟雾。而空气采样早期烟雾探测器可有效探测阴燃火及有焰火，可在保护区内设置水平采用管和竖向垂直采用管进行双重保护。

3.4 产品成本、系统施工、后期维护的比较

空气采样早期烟雾探测系统虽然比传统探测系统产品成本相对较高，但是在施工阶段、运营维护阶段均比传统探测系统更经济、更简便，可大大降低维护成本和施工经费。

在系统施工阶段，由于空气采样探测器的采样管道上没有电子元器件，所以既不需要提前在土建阶段预埋钢管也不需要敷设线缆，只需要对采样管道用管卡或吊杆进行固定即可，这样比传统探测系统大大地提高施工进度。

在后期运营维护方面，普通烟感探测器需要进行定期清洁，以确保探测器能够按厂家标称的灵敏度进行探测。这种探测器的维护间隔很大程度上取决于探测器的安装位置、环境气流特点和环境是否清洁。然而空气采样早期烟雾探测系统外件为吸气管网，几乎无需维护，主机一般安装在易于到达或易于操作的部位，并可在联网的远程图形系统管理软件上进行日常检查、管理工作，包括气流标定、故障分析等，日常维护只需要间隔一段时间根据提示信息更换过滤器和吹扫管网，而不需要任何的拆卸；探测器还具有自身监控功能，能够主动提出维护要求，并可进行在线维护，从而大大降低了例行维护的成本。

4 空气采样早期烟雾探测的适宜区域

在地铁项目中，适宜采用空气采样早期烟雾探测的区域为：

（1）停车场、车辆段区域。解决了传统对射式烟雾探测器存在灵敏度低、受环境气候影响产生误报、受建筑变形和车辆震动需要经常进行调节校准等问题。

（2）车站站厅站台公共区域。解决了受镂空吊顶装饰方案的影响点式烟雾探测器安装位置难以确定的问题，既做到早期报警，早期疏散，又可以方便安装和维护，与装修没有冲突。

（3）沿途变电站及站台板下电缆通道区域。解决了感温电缆报警迟缓、易误报、不便维护等问题。

（4）综合控制室、机房、配电间等重要场所。可以提供火灾的早期预警，防患于未然，避免了灭火系统的不必要启动。

空气采样早期烟雾探测系统可以在上述适宜区域使用，能够在地铁火灾发生的初期进行报警，尽早消除火灾隐患，避免火灾的发生，为乘客的安全疏散争取更充裕的时间。

［1］GB 50116—1998火灾自动报警系统设计规范［S］.

［2］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.