交通隧道火灾监测 分布式光纤测温技术方案

一、交通隧道火灾监测概述

　　1.1隧道火灾监测意义

　　交通隧道主要指公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、电缆隧道等。交通隧道作为立体交通方式之一，不仅可以缓解城市交通压力，解决交通干线跨江越海翻山受到的限制，而且可以缩短线路里程，降低对周围环境和人民生产、生活的影响。交通隧道因其在穿越障碍，提高交通能力，节约土地资源，加强城市防范等方面的巨大优势，日益受到各国的青睐。

　　随着交通隧道在人们生产、生活中发挥的作用越来越大、应用越来越广，其潜在的灾害也逐渐得到更多的重视。在已发生的各种隧道事故中，隧道火灾是最严重的一种，造成的人员伤亡和物资损害也是最大的。由于交通隧道环境的封闭性，当火灾发生时，排烟和散热条件差、温度高，会很快产生高浓度的有毒烟雾。火灾不但会导致整条线路交通的瘫痪，极大地影响正常的生产和生活的进行，导致社会经济的损失，特别是对于各类长距离隧道，一旦发生交通火灾事故，其后果较其他事故更危险、更严重。因此，对交通隧道采取火灾在线监测显得尤其重要。交通隧道火灾监测已受到越来越多的关注。

　　1.2交通隧道火灾起因

　　交通隧道火灾一般是由隧道内通行的车辆引起的，起火原因包括：车辆碰撞、车载易燃易爆物品、电气线路短路（自燃）和其他等。

　　1.3交通隧道火灾特点

　　火势发展快、燃烧温度高。隧道内一旦发生火灾，可燃物产生的浓烟将从起火部位沿隧道迅速扩散，火灾蔓延速度快，温度急剧上升，几分钟内即可完成形成火灾。救援难度大、经济损失高。隧道发生火灾后会产生大量烟雾及有毒气体，大大增加了救援工作的难度，加之司机与乘客惊慌失措，很容易造成重大人员伤亡和巨大财产损失。隧道纵向风影响隧道顶部烟气温度。已有研究结果表明，当隧道中发生一起严重的火灾，在起火的最初几分钟内，火灾上方烟气温度上升速率大于50℃/分钟，但在大于2m/s隧道纵向风影响下，隧道顶部的烟气温度仅达到60℃，甚至更低。隧道火灾发生位置具有随机性。车辆在隧道中行驶，火灾发生点是随机的，不可预测；另外，受隧道纵向风的影响，火焰随风飘移。

二、交通隧道火灾监测系统设计依据、规范及原则

　　2.1设计依据

　　施工设计相关图纸

　　客户需求描述

　　2.2设计规范

　　《铁路隧道监控测量技术规范》（TB10121-2007）

　　《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）

　　《公路隧道设计规范》（JTG-D702004）

　　《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013

　　《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB50166

　　《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB50093

　　《线型感温火灾探测器技术要求和试验方法》GB16280-2005

　　《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》GB/T13926-92

　　《消防联动控制系统》GB16806-2006

　　《工程测量规范》GB50026-2007

　　《电气装置安装工程施工及验收规范》（GB50254-96~GB5029-96）

　　《计算机软件开发规范》（GB/8566）

　　《计算机软件配置管理计划规范》（GB/T12505）

　　2.3设计原则

　　系统设计根据监测隧道结构特点、监测目标规模造价，力图建立一个功能相对齐备、性能相对完善、高可靠性、经济合理的监测系统；

　　采用先进并且成熟的技术和产品，确保系统的先进性和可靠性；

　　设计考虑开放性，以便于系统良好升级和扩展能力；

　　具有实时监测功能，数据共享功能；

三、交通隧道火灾监测系统配置说明

　　线型感温探测器是《公路隧道火灾报警系统技术条件》JT/T610-2004、《公路隧道交通工程设计规范》JTG/TD71-2004、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98等规范标准推荐采用的隧道内火灾探测器。线型感温探测器包括感温电缆、分布式光纤火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器，通过探测火灾位置周围温度场的异常来判断火灾情况。

　　由北京品傲光电科技有限公司自主研发、生产的线型感温探测器包括分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器，且产品通过了3C认证，探测器的防护等级达到IP68。

　　分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器，应用现代传感器技术、网络通讯技术、数据处理技术，进行隧道环境温度监测、数据处理、信息分析的综合监测系统，系统对隧道及环境中多项关键因素进行实时监测，为隧道使用、管理与维护提供有效依据，从而最大限度确保交通隧道安全。

四、交通隧道火灾监测技术方案

　　4.1线型感温火灾报警探测器的安装方式城市道路隧道、特长双向公路隧道和道路中的水底隧道，应同时采用线型光纤感温火灾探测器和点型红外火焰探测器（或图像型火灾探测器）；其他公路隧道应采用线型光纤感温火灾探测器或点型红外火焰探测器。分布式光纤线型感温火灾探测器（或光纤光栅线型感温火灾探测器）应设置在车道顶部距顶棚100mm~200mm，光纤光栅线型感温火灾探测器的光栅间距不应大于10m；每根分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器保护车道的数量不应超过2条；探测范围要求整个隧道全部覆盖无探测盲区。

　　光纤光栅线型感温光缆可采用电缆挂钩固定在钢绞线上，电缆挂钩间距为300mm，钢绞线采用支架固定，支架间距为30米。

　　城市道路、公路隧道火灾监测安装方式如图2和3所示：

图2.道路隧道横断面图（面向来车方向）

图3.道路隧道火灾自动报警系统平面示意图

　　4.2分布式光纤线型感温火灾探测器

　　4.2.1系统拓扑图

　　传感光缆将采集的交通隧道环境温度实时信号传输到附近的工作站；工作站放置信号处理单元对信号进行解调和处理，该系统可以与交通隧道中央监控室的计算机相连，在中央监控室可以进行在线监测，以达到远程实时采集监测数据的目的。通过数据分析可以了解交通隧道环境温度，及时预警或报警。整个系统拓扑图见图4。

图4.分布式光纤线型感温火灾监测系统拓扑图

　　4.2.3系统显著优点

　　分布式光纤线型感温火灾探测器集传感测量技术、光通讯技术、消防报警技术为一体，具有以下优点：

　　分布式实时测量，感温探测区域覆盖100%隧道，精确定位火灾发生位置；

　　报警方式灵活，可实现差定温多级报警方式，确保火灾初期可靠报警；

　　探测光缆既是信号传输载体，又是感温元件，安装方便，可靠性高；

　　测量精度高，测量距离长，误报率极低；

　　完全采用光传输方式，光纤本身安全防爆防雷，不受电磁场的干扰；

　　探测光缆寿命可达30年之久，适于高温高湿、污秽严重的恶劣环境下正常工作；

　　系统接口丰富，有利于组网。

　　4.2.4系统主要组成及介绍

　　分布式光纤线型感温火灾探测器通过了ISO9001国际质量管理体系认证，ISO14000环境管理体系认证，OHSAS18000职业健康安全管理体系认证，EJ9001核工业质量体系认证，并通过3C认证。

　　分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型由敏感部件——感温探测光缆、信号处理单元组成。如下图5为分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型典型的系统组成。

图5.分布式光纤线型感温火灾探测器PI-8D10AC型系统组成

　　4.3光纤光栅线型感温火灾探测器

　　4.3.1系统拓扑图

　　光纤光栅线型感温火灾探测系统采用全数字化网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为星型网状拓扑结构，通过光纤光栅温度火灾探测信号处理单元将系统与分布于隧道内的感温单元连接起来，易于安装维护与系统拓展。光纤材质传输与光纤传感器监测，现场完全无电保证系统能在恶劣环境下可靠运行。

　　光纤光栅线型感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温单元、信号处理单元以及信号传输光缆等几部分组成。下图为火灾报警系统拓扑图：

图6.光纤光栅线型感温火灾探测系统拓扑图

　　为了与其它系统更好地连接，光纤光栅线型感温火灾探测系统采用标准通讯接口和通讯协议：RS－485、RS－232和ETHERNETIEEE802.3规范，支持IPX及TCP/IP协议，由于采用ETHERNET标准，系统可与管理网互连。

　　光纤光栅线型感温火灾探测系统方案包括以下相互关联的子系统：

　　传感器与传输系统：

　　该系统应用先进的准分布式光纤光栅传感技术，通过光纤光栅感温火灾探测器，将被测的温度量值转换成便于记录及再处理的光信号。由于从光纤光栅感温火灾探测器输出的信号为光信号，所以可以直接通过光缆进行远距离传输。光纤光栅良好的耐环境性能也为隧道长时期的安全监控提供了可靠的保障。

　　数据采集系统：

　　该系统的功能：光纤光栅感温火灾探测器所产生的光信号经光缆的远程传输，然后通过放置在监控室的光纤光栅温度火灾探测信号处理器直接进行数字量识别并转换为物理量，记录的数据可以在计算机终端显示、记录、保存或直接进入监测数据库。

　　监测管理系统:

　　该系统的目的是根据各监测项目的特点，使各种不同类型的数据通过恰当的组织被有效地储存起来。在保证必要信息储存的前提下，尽量减少数据冗余度。该管理系统能方便地从数据量系统中获取数据，同时数据可以被不同用户方便地调用。

　　4.3.2系统功能及特点

　　主要功能:

　　1)系统可根据用户需要对探测器所在区域进行温度巡检，监测隧道内现场环境温度，实时传递火灾报警信息。

　　2)当发生火灾时，提供报警并准确确定起火点位置，对隧道可进行大范围的或局部范围的显示，指导消防工作。

　　3)指明火灾蔓延方向和速率。

　　4)激活预先编制的联动控制顺序比如通风，疏散指示，交通信号灯，灯光调整等，并通过通讯接口与其它控制系统进行联动，分别启用喷水降温装置或灭火装置。

　　主要特点:

　　系统通过探测波长编码采集数据，属于数字量测量，它不包含任何电子器件，所以不会受到任何种类的电磁干扰的影响，避免了传输线路损耗等因素影响的问题。

　　全年365×24小时不间断在线监测，从根本上杜绝人员疏忽导致的事故。

　　具有网络接口，可与管理网络相连，实现信息的共享和进一步的数据处理功能。

　　光纤传感线缆设计了优异的耐用性(可以预期大约50年的服务寿命)，所以对环境影响如温度，压力和湿度波动极具抵抗力，同样也适用于多尘和含有腐蚀性物质的空气中。

　　传感探测头无源，监测现场及施工现场均无需供电，本质安全。

　　测温精度达到±0.5℃，探测器仅对温度敏感，系统稳定可靠。

　　传感器无零漂，长期使用无需标定。

　　安装传感线缆和维护都十分容易，在线缆有损伤处可像修复普通光纤一样接合。

　　4.3.3系统主要组成及介绍

　　光纤光栅线型感温火灾探测器PI-8F24AC-B型由光纤光栅感温敏感单元、信号处理器和光纤（缆）的接续部分构成。

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