浅述隧道火灾报警系统

刘国宁

（北京泰禾华胜科技发展有限公司，北京 100040）

我国目前有14 000余条公路隧道，其中，秦岭终南山隧道被誉为“世界上最长的双洞高速公路隧道”，鄂拉山隧道被誉为“世界上最长的高原冻土隧道”，函谷关隧道是“世界上最长的湿陷性黄土隧道”，扬州瘦西湖隧道为“世界上最大直径的单管双层隧道”，上海长江隧道“世界上最大直径的盾构隧道”，川藏线雀儿山隧道“世界上海拔最高的公路特长隧道”，拱北隧道“世界上最长的超大断面曲线管幕隧道”，港珠澳大桥沉管隧道“世界上最大的海底沉管隧道”。这些都是中国公路工程建设者的骄傲。

1 隧道火灾自动检测系统构成

监控等级B级及以上的隧道设置手动报警按钮和消防设备箱开门报警器；采用视频图像火灾探测器在B级及B级以上隧道内全程设置，特长隧道同时设置准分布式光纤光栅探测器与视频图像火灾探测器，变电所内设点式火灾探测器。隧道内手动报警按钮按50 m间距与消防设备箱同址设置，消防设备箱开门报警器设置于消防设备箱内，接入火灾报警总线，设备箱门开启时通过火灾报警主机自动报警，以提示管理人员利用视频查看、核实现场情况。

隧道各变电所内均设置点式感温或感烟火灾自动探测器（柴油发电机房内安装点式感温火灾自动探测器），点式火灾自动探测器的检测信号输出端接入火灾报警系统总线。

监控分中心、隧道管理站设集中火灾报警控制器，隧道现场（隧道变电所或隧道洞内）设区域火灾报警控制器，与隧道内及其他场所自动火灾探测器、手动报警按钮等组成火灾自动报警系统。

我国目前高速公路隧道管理系统中火灾自动检测报警子系统主要包括火灾报警控制器、光纤光栅线型感温火灾探测器分布式光纤线型、感温火灾探测器、视频图像火灾探测器、双波长火焰探测器、点式感温探测器、点式感烟探测器和手动报警按钮等组成。

光纤光栅火灾探测器和分布式光纤线型感温火灾探测器属于线型探测器，安装在隧道拱顶，能够实现对隧道现场的全天候、全程连续、无间断的火灾自动检测，但只能检测出大体位置，不能精确定位。双波长火焰探测器和图像型火灾探测器属于点型火焰探测器，安装在隧道侧壁，点型火焰探测器都具有报警定位功能，因此，可以对接相关需要联动的设备。图像型火灾探测器除了具有双波长的定位报警外，还具有早期烟温报警功能，并具有录像、可视化等功能。

火灾自动报警系统能实时、准确地检测出隧道内火灾，并将火灾发生的地点、位置、编号、报警信号经火灾报警控制器上传至监控管理站。发生火灾时，火灾报警控制器能进行声、光报警，准确指示火灾发生的位置，同时，在火灾报警工作站上显示报警窗口和产生声光报警，并实时将报警信号传送至视频传输控制系统，以便视频传输控制系统能够联动切换火灾地点附近的摄像机图像至预先设定的监视屏幕上显示，供监控管理人员进行确认。对应管理机构的计算机系统根据预先设定的隧道交通控制预案或根据实际情况手动对隧道照明、通风交通控制、信息发布设施等进行控制，以便快速、有序地疏导隧道内的车辆和人员，保证隧道的安全运营。

2 光纤光栅感温型火灾探测器及其特点

逐点式光纤光栅感温探测器能独立进行温度测量，并具有唯一地址编码，当任一光纤光栅感温探测器出现火警/故障时，能准确显示设备名称、位置等信息；具有自动测距功能，可对任一感温光栅探测链路故障点进行距离定位；光纤光栅信号处理器通过协议通讯或继电器方式与火灾报警控制器进行有效通信，将光纤光栅信号处理器火警、故障等信息上传至火灾报警控制器上显示；光纤光栅火灾探测器检测的是探测器周围温度，只有温度达到设定的报警值才能报警，此时火情可能已经无法控制；漂移严重，报警点能漂移百米，容易产生误报，无法侦测烟雾；风速对火焰探测的影响较大，风速越大，影响越大，当风速较大时，比如5 m/s，需要很大的火（3.0 MW以上）才能触发报警，风速对火灾定位的影响很大，往往造成很大的位置漂移，1.5 m/s风速会造成10 m以上的漂移；系统参数需要根据一年四季的环境温度调整，火灾探测的稳定性由于光纤光栅的制作工艺和封装工艺问题，季节、温湿度、使用时间的不同会导致探测器性能的变化；防误报能力与系统设定的参数有关，由于一年四季环境温度在变化，如果设置过于灵敏，则会误报，如果设置不灵敏，则可能造成不报警或火势很大才报警。

3 双波长火焰探测器及其特点

双波长火焰火灾探测器无法侦测烟雾，而隧道内早期产生的烟雾会影响火焰探测性能；风速对火焰探测的影响方面，0.2 MW以下小火影响较大，会影响响应时间，而较大的火影响小；系统运行较为稳，遮挡火焰探测能力受遮挡影响很大；防误报能力会因为隧道口太阳光被调制而误报警，如果降低灵敏度等级，则可能不报警。

4 图像型火灾探测器的特点

4.1 具备烟雾探测功能

内置的中央处理控制单元，可分析视频中的背景模糊特性、光流场、喘流特性、边沿信息、清晰度、纹理和运动等特征和变化，识别烟雾响应速度一般为10～60 s。

4.2 具备火焰探测功能

通过红外摄像头，DSP信号处理电路，分析视频中的火灾的运动特性、面积特性、形状、频域分析、闪烁、尖角、面积等特征和变化，以识别火焰，其响应速度可达5～20 s。

4.3 系统具备交通事件检测分析功能

通过可见光多频摄像系统，基于粗糙集和向量机的统计算法，结合小波理论，进行融合计算与分析，以识别各种异常事件，比如隧道内违章停车、车辆逆行、车流量统计、行人检测等。

4.4 具备丰富的输出接口

具备模拟、数字视频接口，可配合各种传输系统的使用形成大灾害事件探测系统；具备火警、故障继电器输出接口，可配合火灾报警控制器实现联动预案。

4.5 火灾早期烟雾探测能力

可以有效侦测早期烟雾，并且通过自学习和不同灵敏度的设置，可以有效避免大型汽车尾气造成误报。

4.6 风速对火焰探测的影响

5 m/s以下的风速对火焰有增强搅动的作用，效果反而更好，更大的风速，会有较小的影响，但响应时间在5～30 s以内。

4.7 风速对火灾定位的影响

影响小，定位精度可达100 m距离2.5m以内。

4.8 原理与产品寿命

主要基于红外、彩色/黑白视频图像进行模式识别，系统耐久性和CCTV的摄像机相同，产品寿命长。

4.9 遮挡火焰探测能力

采用视频图像的频域分析技术不仅能侦测烟雾，还能很好地反映反射火焰，受遮挡影响很小。

4.10 防误报能力

系统采用红外、彩色/黑白多频图像进行分析识别，并具有自学习、自适应功能。另外，系统的烟雾、火焰复合报警模式具有极高的可靠性，防误报能力强。

4.11 系统的稳定性

图像型火灾探测器除了通过以太网接口将报警信号传输至图像火灾管理系统实现报警、定位、录像、图像切换等功能外，探测器还具备现场的报警输出开关量，并接入火灾报警总线，通过报警总线将报警信号接入火灾报警控制器。隧道管理处通过配置事件分析主机，通过收集隧道前端图像型火灾探测器提供的图像信号，进行隧道内事件分析，达到了一设备多用途的目的。

5 隧道火灾探测系统的运行维护

火灾报警控制器、光纤光栅火灾探测器信号处理主机安装在隧道管理所或者变电所的设备间内，火灾报警控制器和光纤光栅火灾探测器信号处理主机通过通信接口方式相连接，火灾报警控制器通过串行通信接口与火灾报警工作站相连，将各类火灾报警信息传递给控制系统，以实现各系统的联动控制。大隧道环境恶劣是影响火灾探测系统正常运行的问题之一，隧道中风大，还伴有灰尘、粉尘、油污、烟雾、水雾，传感器易受到影响。隧道中应每隔3个月清洗1次探测头，常打扫，勤清洗，探测精度靠维护。隧道对各种安全要求都是非常高的，隧道内的火灾探测是极其重要的系统，火灾报警系统的设备可靠性对保障隧道运营安全非常重要。

6 结束语

本文从高速公路隧道火灾报警系统的内涵、构成、优缺点、应用方面进行了全面分析，希望能使隧道火灾系统在高速公路机电工程中更好地发挥作用，带给高速公路的建设者一些参考性的意见。

［1］宿增强.基于线型感温+点式感光技术的公路隧道火灾报警系统设计［J］.中国交通信息化，2017（05）：126-128.

［2］缑龙.基于半导体激光器的光纤光栅隧道火灾报警系统［J］.山西建筑，2017（16）：180-181.