交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè) 分布式光纖測(cè)溫技術(shù)方案

一、交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)概述

　　1.1隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)意義

　　交通隧道主要指公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道、電纜隧道等。交通隧道作為立體交通方式之一，不僅可以緩解城市交通壓力，解決交通干線跨江越海翻山受到的限制，而且可以縮短線路里程，降低對(duì)周圍環(huán)境和人民生產(chǎn)、生活的影響。交通隧道因其在穿越障礙，提高交通能力，節(jié)約土地資源，加強(qiáng)城市防范等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，日益受到各國(guó)的青睞。

　　隨著交通隧道在人們生產(chǎn)、生活中發(fā)揮的作用越來越大、應(yīng)用越來越廣，其潛在的災(zāi)害也逐漸得到更多的重視。在已發(fā)生的各種隧道事故中，隧道火災(zāi)是最嚴(yán)重的一種，造成的人員傷亡和物資損害也是最大的。由于交通隧道環(huán)境的封閉性，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，排煙和散熱條件差、溫度高，會(huì)很快產(chǎn)生高濃度的有毒煙霧?；馂?zāi)不但會(huì)導(dǎo)致整條線路交通的癱瘓，極大地影響正常的生產(chǎn)和生活的進(jìn)行，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)的損失，特別是對(duì)于各類長(zhǎng)距離隧道，一旦發(fā)生交通火災(zāi)事故，其后果較其他事故更危險(xiǎn)、更嚴(yán)重。因此，對(duì)交通隧道采取火災(zāi)在線監(jiān)測(cè)顯得尤其重要。交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)已受到越來越多的關(guān)注。

　　1.2交通隧道火災(zāi)起因

　　交通隧道火災(zāi)一般是由隧道內(nèi)通行的車輛引起的，起火原因包括：車輛碰撞、車載易燃易爆物品、電氣線路短路（自燃）和其他等。

　　1.3交通隧道火災(zāi)特點(diǎn)

　　火勢(shì)發(fā)展快、燃燒溫度高。隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，可燃物產(chǎn)生的濃煙將從起火部位沿隧道迅速擴(kuò)散，火災(zāi)蔓延速度快，溫度急劇上升，幾分鐘內(nèi)即可完成形成火災(zāi)。救援難度大、經(jīng)濟(jì)損失高。隧道發(fā)生火災(zāi)后會(huì)產(chǎn)生大量煙霧及有毒氣體，大大增加了救援工作的難度，加之司機(jī)與乘客驚慌失措，很容易造成重大人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。隧道縱向風(fēng)影響隧道頂部煙氣溫度。已有研究結(jié)果表明，當(dāng)隧道中發(fā)生一起嚴(yán)重的火災(zāi)，在起火的最初幾分鐘內(nèi)，火災(zāi)上方煙氣溫度上升速率大于50℃/分鐘，但在大于2m/s隧道縱向風(fēng)影響下，隧道頂部的煙氣溫度僅達(dá)到60℃，甚至更低。隧道火災(zāi)發(fā)生位置具有隨機(jī)性。車輛在隧道中行駛，火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)是隨機(jī)的，不可預(yù)測(cè)；另外，受隧道縱向風(fēng)的影響，火焰隨風(fēng)飄移。

二、交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)、規(guī)范及原則

　　2.1設(shè)計(jì)依據(jù)

　　施工設(shè)計(jì)相關(guān)圖紙

　　客戶需求描述

　　2.2設(shè)計(jì)規(guī)范

　　《鐵路隧道監(jiān)控測(cè)量技術(shù)規(guī)范》（TB10121-2007）

　　《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）

　　《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-D702004）

　　《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-2013

　　《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50166

　　《自動(dòng)化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50093

　　《線型感溫火災(zāi)探測(cè)器技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》GB16280-2005

　　《工業(yè)過程測(cè)量和控制裝置的電磁兼容性》GB/T13926-92

　　《消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)》GB16806-2006

　　《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026-2007

　　《電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50254-96~GB5029-96）

　　《計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范》（GB/8566）

　　《計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范》（GB/T12505）

　　2.3設(shè)計(jì)原則

　　?系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)目標(biāo)規(guī)模造價(jià)，力圖建立一個(gè)功能相對(duì)齊備、性能相對(duì)完善、高可靠性、經(jīng)濟(jì)合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

　　?采用先進(jìn)并且成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性；

　　?設(shè)計(jì)考慮開放性，以便于系統(tǒng)良好升級(jí)和擴(kuò)展能力；

　　?具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，數(shù)據(jù)共享功能；

三、交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置說明

　　線型感溫探測(cè)器是《公路隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)條件》JT/T610-2004、《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG/TD71-2004、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-98等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的隧道內(nèi)火災(zāi)探測(cè)器。線型感溫探測(cè)器包括感溫電纜、分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器，通過探測(cè)火災(zāi)位置周圍溫度場(chǎng)的異常來判斷火災(zāi)情況。

　　由北京品傲光電科技有限公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的線型感溫探測(cè)器包括分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器，且產(chǎn)品通過了3C認(rèn)證，探測(cè)器的防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68。

　　分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器，應(yīng)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)行隧道環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、信息分析的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)隧道及環(huán)境中多項(xiàng)關(guān)鍵因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為隧道使用、管理與維護(hù)提供有效依據(jù)，從而最大限度確保交通隧道安全。

四、交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

　　4.1線型感溫火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器的安裝方式城市道路隧道、特長(zhǎng)雙向公路隧道和道路中的水底隧道，應(yīng)同時(shí)采用線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器和點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器（或圖像型火災(zāi)探測(cè)器）；其他公路隧道應(yīng)采用線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器或點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器。分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器（或光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器）應(yīng)設(shè)置在車道頂部距頂棚100mm~200mm，光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器的光柵間距不應(yīng)大于10m；每根分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器保護(hù)車道的數(shù)量不應(yīng)超過2條；探測(cè)范圍要求整個(gè)隧道全部覆蓋無探測(cè)盲區(qū)。

　　光纖光柵線型感溫光纜可采用電纜掛鉤固定在鋼絞線上，電纜掛鉤間距為300mm，鋼絞線采用支架固定，支架間距為30米。

　　城市道路、公路隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)安裝方式如圖2和3所示：

圖2.道路隧道橫斷面圖（面向來車方向）

圖3.道路隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)平面示意圖

　　4.2分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器

　　4.2.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　傳感光纜將采集的交通隧道環(huán)境溫度實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸?shù)礁浇墓ぷ髡荆还ぷ髡痉胖眯盘?hào)處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和處理，該系統(tǒng)可以與交通隧道中央監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)相連，在中央監(jiān)控室可以進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以達(dá)到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的目的。通過數(shù)據(jù)分析可以了解交通隧道環(huán)境溫度，及時(shí)預(yù)警或報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖4。

圖4.分布式光纖線型感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　4.2.3系統(tǒng)顯著優(yōu)點(diǎn)

　　分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器集傳感測(cè)量技術(shù)、光通訊技術(shù)、消防報(bào)警技術(shù)為一體，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　?分布式實(shí)時(shí)測(cè)量，感溫探測(cè)區(qū)域覆蓋100%隧道，精確定位火災(zāi)發(fā)生位置；

　　?報(bào)警方式靈活，可實(shí)現(xiàn)差定溫多級(jí)報(bào)警方式，確?；馂?zāi)初期可靠報(bào)警；

　　?探測(cè)光纜既是信號(hào)傳輸載體，又是感溫元件，安裝方便，可靠性高；

　　?測(cè)量精度高，測(cè)量距離長(zhǎng)，誤報(bào)率極低；

　　?完全采用光傳輸方式，光纖本身安全防爆防雷，不受電磁場(chǎng)的干擾；

　　?探測(cè)光纜壽命可達(dá)30年之久，適于高溫高濕、污穢嚴(yán)重的惡劣環(huán)境下正常工作；

　　?系統(tǒng)接口豐富，有利于組網(wǎng)。

　　4.2.4系統(tǒng)主要組成及介紹

　　分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器通過了ISO9001國(guó)際質(zhì)量管理體系認(rèn)證，ISO14000環(huán)境管理體系認(rèn)證，OHSAS18000職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證，EJ9001核工業(yè)質(zhì)量體系認(rèn)證，并通過3C認(rèn)證。

　　分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器PI-8D10AC型由敏感部件——感溫探測(cè)光纜、信號(hào)處理單元組成。如下圖5為分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器PI-8D10AC型典型的系統(tǒng)組成。

圖5.分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器PI-8D10AC型系統(tǒng)組成

　　4.3光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器

　　4.3.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)采用全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)為星型網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過光纖光柵溫度火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理單元將系統(tǒng)與分布于隧道內(nèi)的感溫單元連接起來，易于安裝維護(hù)與系統(tǒng)拓展。光纖材質(zhì)傳輸與光纖傳感器監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)完全無電保證系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)行。

　　光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主要由光纖光柵感溫單元、信號(hào)處理單元以及信號(hào)傳輸光纜等幾部分組成。下圖為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)拓?fù)鋱D：

圖6.光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　為了與其它系統(tǒng)更好地連接，光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和通訊協(xié)議：RS－485、RS－232和ETHERNETIEEE802.3規(guī)范，支持IPX及TCP/IP協(xié)議，由于采用ETHERNET標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可與管理網(wǎng)互連。

　　光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)方案包括以下相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)：

　　傳感器與傳輸系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感技術(shù)，通過光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器，將被測(cè)的溫度量值轉(zhuǎn)換成便于記錄及再處理的光信號(hào)。由于從光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器輸出的信號(hào)為光信號(hào)，所以可以直接通過光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。光纖光柵良好的耐環(huán)境性能也為隧道長(zhǎng)時(shí)期的安全監(jiān)控提供了可靠的保障。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)的功能：光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器所產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)光纜的遠(yuǎn)程傳輸，然后通過放置在監(jiān)控室的光纖光柵溫度火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理器直接進(jìn)行數(shù)字量識(shí)別并轉(zhuǎn)換為物理量，記錄的數(shù)據(jù)可以在計(jì)算機(jī)終端顯示、記錄、保存或直接進(jìn)入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng):

　　該系統(tǒng)的目的是根據(jù)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，使各種不同類型的數(shù)據(jù)通過恰當(dāng)?shù)慕M織被有效地儲(chǔ)存起來。在保證必要信息儲(chǔ)存的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)冗余度。該管理系統(tǒng)能方便地從數(shù)據(jù)量系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)可以被不同用戶方便地調(diào)用。

　　4.3.2系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

　　主要功能:

　　1)系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要對(duì)探測(cè)器所在區(qū)域進(jìn)行溫度巡檢，監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，實(shí)時(shí)傳遞火災(zāi)報(bào)警信息。

　　2)當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，提供報(bào)警并準(zhǔn)確確定起火點(diǎn)位置，對(duì)隧道可進(jìn)行大范圍的或局部范圍的顯示，指導(dǎo)消防工作。

　　3)指明火災(zāi)蔓延方向和速率。

　　4)激活預(yù)先編制的聯(lián)動(dòng)控制順序比如通風(fēng)，疏散指示，交通信號(hào)燈，燈光調(diào)整等，并通過通訊接口與其它控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，分別啟用噴水降溫裝置或滅火裝置。

　　主要特點(diǎn):

　　?系統(tǒng)通過探測(cè)波長(zhǎng)編碼采集數(shù)據(jù)，屬于數(shù)字量測(cè)量，它不包含任何電子器件，所以不會(huì)受到任何種類的電磁干擾的影響，避免了傳輸線路損耗等因素影響的問題。

　　?全年365×24小時(shí)不間斷在線監(jiān)測(cè)，從根本上杜絕人員疏忽導(dǎo)致的事故。

　　?具有網(wǎng)絡(luò)接口，可與管理網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)信息的共享和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理功能。

　　?光纖傳感線纜設(shè)計(jì)了優(yōu)異的耐用性(可以預(yù)期大約50年的服務(wù)壽命)，所以對(duì)環(huán)境影響如溫度，壓力和濕度波動(dòng)極具抵抗力，同樣也適用于多塵和含有腐蝕性物質(zhì)的空氣中。

　　?傳感探測(cè)頭無源，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及施工現(xiàn)場(chǎng)均無需供電，本質(zhì)安全。

　　?測(cè)溫精度達(dá)到±0.5℃，探測(cè)器僅對(duì)溫度敏感，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

　　?傳感器無零漂，長(zhǎng)期使用無需標(biāo)定。

　　?安裝傳感線纜和維護(hù)都十分容易，在線纜有損傷處可像修復(fù)普通光纖一樣接合。

　　4.3.3系統(tǒng)主要組成及介紹

　　光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器PI-8F24AC-B型由光纖光柵感溫敏感單元、信號(hào)處理器和光纖（纜）的接續(xù)部分構(gòu)成。

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