地铁火灾自动报警系统集成方案研究

朱 平，舒移民

0 引言

1 FAS组网方案比选

地铁是高密度、快速运行的城市公共交通系统。为适应现代地铁消防安全的需要, 必须突破常规消防措施的局限, 建立一套适合地铁特点的防火保障体系。其中, 火灾自动报警系统对于地铁火灾早期探测以及各类防火、灭火设施的联动控制起到至关重要的作用。

《火灾报警系统设计规范》（GB50016-98）第10.2.7条规定：火灾自动报警系统的传输网络不应与其他系统的传输网络合用。这是为了保证在过去网络技术水平较低的情况下火灾自动报警系统（FAS）传输的可靠性。但对当今地铁诸多系统而言，通信系统或综合监控系统提供的传输通道的可靠性都远比FAS自身的光纤环网可靠。因此，《地铁设计规范》（GB50157-2003）第19.2.9规定：地铁全线火灾报警与联动控制的信息传输网络可利用地铁公共通信网络，不宜独立配置，但 FAS现场级网络应独立配置。目前，地铁 FAS设计方案有独立组网和集成于综合监控系统2种方案，并都有实际工程案例。

1.1 FAS独立组网方案（方案一）

FAS通过通信系统提供的光纤组建全线光纤单环网。通信专业提供4芯单模光纤传输介质，接口采用光口的方式。

每台火灾报警控制器均作为一个网络节点，通过通信专业提供的光纤，以沿线跳接方式，构成一个对等式环形网络。每个网络节点在网络通信中都具有同等地位，每个节点都能独立完成所管辖区域内设备的控制与监视。

火灾报警控制器本身直接支持通过光纤组成火灾报警专用网络，在组网时不必过多配置其他的硬件设备。采用通信专业提供的光纤组建光纤单环网的结构如图1所示。

1.2 FAS集成于综合监控系统方案（方案二）

FAS系统中心级和车站级通过综合监控系统传输主干网进行数据交换。在中心和车站，FAS系统控制器通过综合监控系统交换机纳入到综合监控系统的局域网，其系统构成如图2所示。

1.3 2种组网方案比选

目前上述 2种组网方案在国内地铁均有广泛应用，其中FAS独立组网方案（下文简称方案一）在北京地铁、上海地铁、南京地铁、东北省会城市地铁应用较多。FAS集成于综合监控系统方案（下文简称方案二）在重庆地铁、西安地铁、广州地铁、西南诸省地铁应用较多。

（1）方案二在可靠性方面比方案一高。前者需要针对项目单独开发，因为没有现成的软硬件（集成商、集成协议都需要在技术联络会后才能确定），每个接口都需要单独开发。后者不管是工作站还是控制器，其消防网络都是成熟软硬件，无需再单独开发任何软件或者硬件。

图1 FAS独立组网方案示意图

图2 FAS集成于综合监控系统方案示意图

（2）方案二在实时性方面比方案一高。在方案一中采用光纤独立组网，而方案二中采用综合监控系统传输网络保证FAS系统数据传输的优先性。

（3）方案一较之方案二在传输信息方面更为全面。

（4）在工程调试中，方案一完全不受制约，而方案二必须等到通信传输网络及综合监控系统都已经调试完成，才能进行消防验收，而综合监控系统本身集成和互联了其他子系统，并且软件都是按工程开发，其开发进度、测试进度都受工程所有专业的制约，无法保证工程调试工期的要求。

（5）在工程投资上，方案一需要独立光纤，投资高；而方案二则不需独立光纤，投资较低。

（6）方案一完全符合消防规范的要求；而方案二不完全符合消防法规要求，该方案需要与当地消防局商榷决定。

（7）方案二的运营管理效率较方案一高。

综上所述，尽管将 FAS集成于综合监控系统方案的可靠性、实时性及信息量不如 FAS独立组网方案，但是可以有效降低工程投资，提高运营管理效率，缩短火灾应急事件的处理时间，有利于提高地铁的整体调度水平, 达到减员增效的目的。

2 FAS系统构成及集成深度分析

地铁全线 FAS系统一般由中心级、车站级、现场级和相关通信网络（由综合监控系统提供）组成，实现中心、车站两级管理模式，中心、车站、就地三级控制方式。全线防灾指挥中心设在控制中心，车站防灾指挥中心设在车站控制室内。

车站 FAS系统由火灾报警控制器、图形显示工作站、火灾探测器、手动火灾报警按钮、消防电话插孔、消防电话主机、消防电话分机、消火栓按钮、火警电铃、输入和输出模块、感烟探测器、感温探测器等共同构成。

火灾报警控制器通过环形总线方式与现场的火灾探测器、手动火灾报警按钮、消火栓按钮、输入输出模块等设备组成车站级火灾自动报警监控网络，负责监视车站和与车站相邻各半个区间的火灾报警信息，通过输入输出模块监视消防联动设备的状态并实现火灾时的消防联动控制功能。消防电话主机通过与电话插孔、消防电话分机组成消防电话网络。车站消防水泵，专用排烟风机、电梯等设备的紧急手动控制功能由综合监控系统 IBP盘统一实现。

为确保 FAS的可靠性和安全性, 一般在车站级FAS才纳入综合监控系统，而FAS现场级的网络和设备仍是保持独立。车站级 FAS火灾报警控制器通过标准通信接口接入车站的综合监控系统,实现信息资源共享, 以满足综合监控系统对全线及各车站的 FAS系统的统一协调调度指挥要求,同时保证 FAS现场级网络和设备的独立性, 即使车站综合监控系统发生故障，FAS仍可降级运行，通过车站控制室的 FAS火灾报警控制器控制车站内的消防联动设备。同时，在对综合监控系统设计时，应对FAS划分独立的VLAN传输通道, 保证FAS数据传输的独立性和优先性。

3 FAS集成于综合监控系统的影响

3.1 对综合监控系统数据传输的影响

目前国内地铁主要采用诺蒂菲尔、爱德华、西门子、辛普利斯等国外公司进口的FAS产品。

每个品牌的 FAS内部通信都有自己专有的通信协议，如诺蒂菲尔采用NFN网络协议，安舍采用ESSERNET网络协议，西门子采用C-BUS协议，爱德华采用 EST3网络协议，新普利斯采用MAPNET协议。进口产品各生产厂家一般不开放通信协议，因此对其产品的任何改造或研发几乎是不可能的。就地铁项目而言，如果将每个车站的FAS集成到综合监控系统，而站与站之间的 FAS不直接组网通信，那么，综合监控系统能够采集到的信息则只能是不完整的信息。例如：FAS主机自身报出的主、备电源故障、系统接地故障、CPU故障、内存故障等，但提供给综合监控系统的只有一个综合故障信息，而其他信息由于 FAS通信协议的专用性就不能识别了，但其自己的工作站软件是可以识别全部信息的。

3.2 对综合监控系统数据库的影响

FAS集成于综合监控系统的地铁，如广州地铁5号线、6号线、无锡地铁1号线、2号线等，综合监控系统界面虽然相对统一，但无法显示完整的FAS信息，更无法实现完整的控制功能，基本上无法通过综合监控系统的界面直接对 FAS火灾报警控制器进行控制指令下发。当现场有设备的增删调整时，综合监控系统无法自动进行数据库和人机界面的更新，FAS做任何的改动都要重新和综合监控系统匹配数据点位和类型。尤其是在地铁运营公司每年一次的FAS探测器的清洗更换时，FAS的数据会实时变化在 FAS火灾报警控制器以及工作站上，但不能直接在综合监控系统的工作站上体现，需要双方相互通知修改相关数据，方可实现综合监控系统人机界面的更新。此外，综合监控系统内相关 FAS的数据库或组态软件，通常是根据工程的具体要求定向研发的，其可靠性和适应性有待验证。

3.3 对FAS数据传输网络延时的影响

《消防联动控制系统》GB16806-2006 中规定：传输设备应在10 s内将来自火灾报警控制器的监管报警信息、故障报警信息、屏蔽信息传送给监控中心。由于 FAS一般通过硬件网关或者工作站把火灾事件信息通过MODBUS协议转发给综合监控系统，然后再通过综合监控系统提供的传输通道进行数据传输，此时会有相应的延时，而当综合监控系统本身数据传输比较大的时候，延时时间会比较明显。因此要求综合监控系统集成商采取相应的延时处理机制，保证FAS数据传输的优先级。

3.4 对FAS网络时钟同步的影响

FAS网络一般自带时钟同步功能，可以在网络上指定 FAS某个工作站作为主时钟，其他的火灾报警控制器节点就可以直接与 FAS工作站进行时钟同步。当FAS系统与地铁时钟进行时钟同步时，需要通过 FAS工作站与地铁时钟进行时钟同步，然后地铁其他的火灾报警控制器及工作站再与该FAS工作站进行时钟同步。

当前的地铁时钟系统往往采用 RS422协议，RS422为非标准时钟协议，由与时钟接口的双方厂家进行定义。而厂家无法在控制器上进行二次开发，但通过FAS工作站进行二次开发则相对容易。一般FAS的工作站可以很容易实现SNTP标准网络时钟同步，以及通过二次开发的时钟同步软件进行同步。因此，与时钟系统同步必须要有1台FAS工作站才能实现FAS时钟与地铁系统时钟同步。

如果FAS集成于综合监控系统时，FAS火灾报警控制器无法工作在其内部网络上，仅仅是通过外部网关与综合监控系统进行通信，无法实现FAS火灾报警控制器直接与ISCS进行时钟同步，必然需要有 FAS工作站作为转接功能才能进行时钟同步。因此，如果要实现 FAS集成于综合监控系统时，务必要保留FAS工作站，否则无法实现FAS火灾报警控制器与综合监控系统的时钟同步。

3.5 规范适用性的影响

FAS所有设备需要有单独的消防主管部门进行产品的认证、检测以及系统功能验收，对于FAS的工作站、传输网络以及联动模式下发等，均需要通过消防验收，FAS是否可以集成于综合监控系统需要与当地消防部门进行商榷确定。

4 结语

地铁 FAS集成于综合监控系统的方案在国内地铁已经开始大量运用, 并且发挥了巨大的作用。笔者通过对 FAS独立组网方案以及集成于综合监控系统方案的对比分析，提出 FAS集成于综合监控系统的系统构成方案，并着重研究分析了 FAS集成后对工程实施的影响，希望借此能对今后地铁FAS设计的完善起到一定的借鉴作用。

[1] GB50157-2003 地铁设计规范[S].

[2] GB50490-2009 城市轨道交通技术规范[S].

[3] GB50116-98火灾自动报警系统设计规定[S].

[4] 李漾，毛宇丰，冯晓青.网络在地铁火灾自动报警系统中的应用[J].消防科学与技术，2001，20（5）：27-28.