基于隧道监控的火灾应急后备盘设计与应用

毕如林， 钱 铮

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)



基于隧道监控的火灾应急后备盘设计与应用

毕如林， 钱 铮

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)

对上海军工路隧道实施隧道完善工程中，在不改变原有模拟闭路电视系统的情况下增加一套高清闭路电视系统，以补偿原有系统的不足，为火灾应急后备盘(Integrated Backup Panel，IBP)的使用创造条件。高清系统和模拟系统各自独立，相辅相成，共同担负着隧道监控的任务。新增的火灾应急IBP使各个按钮与火灾喷淋一一对应，并与摄像机建立匹配关系，在隧道发生火灾且未及时触发双波长探测器时，可通过事件检测或人为发现火灾切换到对应的摄像机，判断火灾位置，手动启动雨淋阀，及时消除火灾。

高清系统；隧道监控；后备盘；双波长探测器

0 引 言

2010年世博会至今，上海市新建多条越江道路隧道，隧道内基本上都设置有水消防系统和火灾自动报警系统(Fire Alerm System，FAS)(包括双波长火焰探测器、线型拉曼光纤感温探测器、光纤光栅感温探测器和感温电缆等)。虽然隧道消防系统经过多年来的实际运营检验总体仍处于可控状态，但对近年来隧道内时有发生的小型火灾而言，自动灭火系统基本未真正起到灭火效果。

从FAS方面分析，其特点主要表现在以下2个方面。

1) 前端报警探测：双波长火焰探测器对非汽油和柴油燃烧灵敏度低，且易受大车遮挡；线型拉曼光纤感温探测器、光纤光栅感温探测器和感温电缆等大型隧道报警探测器或线缆安装位置高，路面的小型火灾难以触发报警阀值。因此，小型火灾在大部分情况下均难以触发FAS 断定火灾并进行现场喷淋灭火。

2) FAS可在无火灾探测器报警的前提下通过一定的方式手动远程启动现场的喷淋系统，主要包括：使用阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)图文终端的软件系统远程启动喷淋系统；通过在消控主机上输入地址编码(电磁阀)脱离FAS远程启动喷淋系统。

对于以上2种手动启动现场喷淋系统的方式：CRT图文终端的软件系统是消防规范所不允许的，消防规范要求喷淋的启动不能通过计算机多任务操作系统执行；而在消控主机上输入地址编码则对操作人员的要求较高，需查询编码与现场喷淋区的对应关系，输入一系列编码，由于操作非常的不直观，对火灾紧急情况下操作的要求比较苛刻，容易发生命令类型或分区错误。

进行改进实践，结合隧道监控设施完善工程(上海军工路隧道)参与设计并实施一种紧急后备盘，能直观地反映喷淋阀组在车行隧道内的布置，能通过按钮和显示灯方便地控制其动作并反馈其动作状态。

1 系统框架和功能

军工路隧道为两管、双层、双向、八车道隧道，原FAS采用双波长火焰探测器，消防喷淋分区为25 m，在中央控制室内设置火灾报警主机。隧道火灾工况为同一时间只发生1次火警控制，即只有单管且只有1处发生火灾。水喷淋系统压力能同时开启2组喷淋分区。

在中控室内设置火灾应急后备盘(Integrated Backup Panel, IBP)并在其中内置可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)，FAS与该装置通过专用网关连接，并由FAS提供通信接口和接口协议(RS485)。具有火灾应急IBP的火灾系统见图1。

图1 具有火灾应急IBP的火灾报警系统

火灾应急后备盘采用图形化界面，按钮与喷淋阀组建立一一对应的关系进行控制，并采集喷淋阀组压力开关信号；火灾应急IBP采用硬线连接，接口类型为无源触点，这种硬线连接开关量控制的方式既满足消防规范要求，又可给操作员提供直观的界面。

火灾应急IBP是隧道消防喷淋设备配备的人工直接干预操作手段，当管理中心人员发现火警时(或人工确认事件检测触发火警后)，能手动控制喷淋阀组。

当发现火灾险情时，可按下火灾应急IBP上的喷淋阀组控制按钮，控制按钮以硬接点信号与PLC连接FAS通过网关接受PLC发出的协议信号，并根据内置逻辑关系启动相应的消防泵和消防喷淋阀组。

当火灾自动报警主机接收到火灾报警信号时，喷淋经人工确认后通过火灾报警主机执行，通过专用网关将压力开关信息反馈火灾应急IBP，使操作员更直观地看到喷淋命令是否执行。火灾报警流程见图2。

图2 具有火灾应急IBP的火灾报警流程

2 系统实现的难点和要点

2.1 着火点的准确判断

采用火灾应急IBP的场景是小型火灾场景，探测器尚未触发报警。该场景下，监控员一般通过隧道内的视频或隧道内的人为报警发现火灾，最终通过查看视频确认火灾是否发生及发生点。该火灾应急IBP功能实现的前提是可通过视频图像确定火灾位置，并可精确到25 m(至少是50 m范围)。若摄像机安装间距过大，则即使发现监视范围内有火灾，也很难人工判定火灾所处区间，因此无法确定开启哪2组水喷雾灭火。由于水压的限制，隧道消防设计仅考虑隧道内同时发生1起火灾，且消防设备必须到现场复位，不允许远程关闭。若喷淋组选择失当，则将对火灾初期的消防自救造成严重影响。

该火灾应急IBP的设计和实施结合军工路视频改造，对隧道内的摄像机进行布设加密，保证间距约为40 m。这样进行视频定位时大都可精确到2个分区，开启2个分区的喷淋后可覆盖到着火点。

对于1台摄像机覆盖3个防火分区的情况，目前只能依靠监控员的经验和规范操作流程来处理。首先，依靠经验判断着火点距离镜头的远近，断定着火点是在沿行车方向1分区和2分区范围内或2分区和3分区范围内；随后，由远及近开启喷淋。由远及近开启喷淋的原因是防止近端喷淋开启后遮挡远端视线。

在设计实际版面之前，通过在喷淋分区分界点进行实际车辆定位和查看摄像机来建立摄像机与喷淋分区的对应关系，并将其反映到版面上(见图3)。

图3 军工路隧道火灾应急IBP版面图

2.2 设备可靠性设计

火灾应急IBP主要用于在应急情况下对关键设备进行相关的应急手动操作和视频监视等。火灾应急IBP上配置有信号指示灯、按钮、开关、LED数码时钟显示器和重要系统的报警音响器等。

火灾应急IBP控制是手动控制模式的备用控制方式，通过火灾应急IBP进行模式控制，能进行火灾紧急运行模式操作。火灾应急IBP接受现场控制器的接收指令反馈信息和执行结果信息及设备运行状态的反馈信息，并以灯光和音响的方式表现出来。

盘面由马赛克拼块以积木形式镶嵌而成；各系统按钮加防护盖，部分电气元件保护罩设置有铅封口。

2.3 人机工程学设计

人机工程学标准主要体现在屏面布置、操作台设备布置、线缆路径安排、表面加工、颜色设计及落地机柜设计等项目中。火灾应急IBP的操作大多发生在事故状态下，操作人员心情较为紧张。人机工程学标准的应用既能使值班人员在同一环境下长时间连续工作时舒适度增加、疲劳减少，又能在突发事件出现时使值班员及时捕捉到突发事件，并在最短时间内做出正确的反应(如操作相关设备的开关按钮)，在紧急情况下从容操作，减少操作失误。

图4 操作者在立式屏前立姿作业示意

在该项目实施中，根据军工路隧道监控中心的实际空间布置，采用立式屏结构。立姿作业是坐姿操作台作业的一种补充，也可作为设备的就地控制或局部控制(例如，用于启动和停止控制室外的设备)。一般情况下，立姿作业应是短时的，在设计立姿作业时应考虑以下因素：

(1) 控制器应设置在立姿操作者可正常手动控制的范围内；

(2) 仪表与显示器应设置在操作者有效视区内；

(3) 对于立姿作业，显示器和控制器设置的位置及立姿工作台台面的高度按最佳作业区位置设计，使多数人能处于舒适和高效的作业状态。

图4为操作者在立式屏前立姿作业示意。图4中H1为立姿肘高与穿鞋修正量之和，H2(基准视点高度)为立姿眼高与穿鞋修正量之和。取H1为1 050 mm，H2为1 590 mm。

3 结 语

火灾应急IBP在军工路隧道内成功实施，通过了测试验收，功能完备，起到了试点作用。在实施过程中，发现其尚有以下问题需要注意。

1) 应用该系统的前提是早期发现火灾时能准确定位，这就需要有足够的摄像机，目前上海已建隧道的摄像机密度在80～90 m，须进行一倍的加密。

军工路隧道在视频加密时进行了高清闭路电视系统的试点，其与原视频模拟系统为2个独立的系统，监控员在进行视频定位时要分别在2套终端上进行综合判别，增加了判断的难度。若投资许可，建议对新增系统和原系统进行整合，在同一平台上进行处理和显示；新建系统则建议采用全高清系统，且摄像机点位与喷淋分区严格对应，为火灾应急IBP的实施创造良好的条件。

2) 由于隧道内有车辆行驶产生的活塞风作用，因此2组喷淋分区的最佳位置是着火点及车辆行进方向，以阻挡烟雾扩散。目前以40 m左右视频密度来判断，仅能保证2组喷淋覆盖着火点，但也会有1组喷淋区在着火点沿车辆行进方向后方的情况。

3) 实施的消防后备盘联动仅针对现场喷淋，未对发生火灾时需联动的通风排烟设备、智能疏散指示系统及监控设施实现控制和信号反馈显示。

4) 目前新的消防设计规范要求火灾前端报警探测器采用点式和线型2种模式[1]。点式和线型探测器的判断逻辑目前还在研究；后备盘执行流程和探测器报警模式的判断关系更加复杂，需专门研究。

5) 对于某些大型货车通行量大的隧道(如外环隧道，80%为大型货运车辆)，由于其体型高大，遮挡了摄像机镜头，监控员无法及时看清临近车道或远处的车辆通行情况；同时，摄像机的图像反映的是车辆的尾部，无法及时发现车头刚发生的火情，这在客观上降低了视频事件检测发现早期火灾的概率和火灾应急IBP的作用。

[1] 中华人民共和国公安部.火灾自动报警系统设计规范：GB 50116—2013[S].

Design of Integrated Back-Up Panel of Tunnel CCTV

BI Rulin, QIAN Zheng

(ChinaShippingNetworkTechnologyCo.,Ltd.,Shanghai200135,China)

The project of Jungong Road Tunnel Improvement added a set of high-definition CCTV system. An integrated back-up panel was developed based on the new CCTV system and installed in 2015. This paper introduces the design of the IBP. The High-definition CCTV system is operational independent of the already existing analog CCTV system. This arrangement guarantees the redundancy of monitoring. The back-up panel is equipped with buttons to control the fire sprayers one for one, and the TV screens, which are so arranged that each spraying range is conveniently monitored on the screen. In case any fire detector fails to operate, this panel supports manually extinguishing.

high-definition system; tunnel monitor; IBP; dual wavelength detector

2016-06-02

毕如林(1987—)，男，江苏淮安人，助理工程师，硕士，主要从事智能交通工程系统研究。

1674-5949(2016)03-0063-04

TP277

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