城市綜合管廊火災自動報警系統(tǒng)設計與應用

【摘要】城市綜合管廊是用于容納城市工程管線的通道，為城市運轉的“血管動脈"。因此，保證其安全運營，有十分重要的意義。以某大型城市綜合管廊為例，分析綜合管廊火災特性，對比規(guī)范中火災自動報警系統(tǒng)設置要求的差異，根據(jù)實際情況，進行符合規(guī)范的設計，包括火災探測報警子系統(tǒng)、防火門監(jiān)控子系統(tǒng)、應急照明和疏散指示子系統(tǒng)、消防廣播子系統(tǒng)、消防電話子系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控子系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)、超細干粉滅火子系統(tǒng)等。本項目采用合理的系統(tǒng)架構和有效的環(huán)網(wǎng)劃分，是沿海地區(qū)火災自動報警系統(tǒng)長距離傳輸設計的一次探索。

【關鍵詞】綜合管廊；火災自動報警；長距離；沿海地區(qū)。

0引言

綜合管廊，指建于城市地下，用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施。統(tǒng)籌安排城市工程管線在綜合管廊內的敷設，對集約利用城市建設用地，減少道路頻繁開挖，延長管線、路面使用壽命，提高資源有效利用率，有著顯著優(yōu)勢，具有重要的意義。

當前，全國各地已建成一定體量的城市綜合管廊，但部分管廊缺乏養(yǎng)護，造成管廊設施損壞，使管廊安全運營存在隱患。因此，亟需對綜合管廊進行提升改造。隨著綜合管廊運營經驗的逐漸積累，規(guī)范不斷更新，綜合管廊設計理念也在不斷迭代。本項目以某沿海大型城市綜合管廊、電力隧道提升改造為例，結合現(xiàn)行規(guī)范，對火災自動報警系統(tǒng)設計進行概述，論述火災自動報警系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡、圖像與線型光束復合型火災探測器在沿海地區(qū)的應用。

1設計條件

1.1項目概況

本項目針對某沿海城市已建成的綜合管廊及電力隧道（以下簡稱“綜合管廊")進行提升改造，使廊內設施滿足日常運行需求?，F(xiàn)狀綜合管廊存在以下問題:

①現(xiàn)狀綜合管廊消防、監(jiān)控系統(tǒng)大部分未安裝。②部分綜合管廊由于建設年份較早，設計標準與現(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838-2015)《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》(GB51309-2018)等規(guī)范存在偏差，改造涉及部分需執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范。③部分綜合管廊建設完畢后，缺乏養(yǎng)護，已安裝的通風、排水、照明系統(tǒng)設備出現(xiàn)不同程度的損壞，管廊內部分出現(xiàn)滲水、金屬設備腐蝕的情況。④項目所在地屬南亞熱帶海洋性季風氣候，受空氣中存在的鹽霧和水汽影響，綜合管廊內濕度大，如圖1所示。一般金屬制品易腐蝕，為此，設備選型應考慮防潮、防銹、防鹽霧，滿足沿海地區(qū)特殊的氣候條件使用要求。

本項目提升改造范圍，包括已建成的20.01km綜合管廊和21.03km電力隧道、一個主控中心(主消防控制中心)和一個分控中心(分消防控制中心)。按艙室分為雙艙綜合管廊、單艙綜合管廊、單艙電力隧道。入廊管線為:給水管道、中水管以及直飲水管、220kv及110kv高壓電纜、10kv中壓電纜、通信電纜。綜合管廊標準橫斷面圖如圖2~圖4所示。

現(xiàn)狀綜合管廊中，火災自動報警系統(tǒng)基本需新建，是本次提升改造的內容之一。其特點是與安全緊密相關，子系統(tǒng)數(shù)量多，且需滿足長距離傳輸?shù)囊蟆?/p>

1.2綜合管廊火災情況特點

綜合管廊艙室火災危險性分類如表1所示，由表1可知，電力電纜火災危險性等級高，應引起足夠重視。電纜火災具有如下特點:

（1）綜合管廊平時僅有少量工作人員巡查，火災不易被察覺。

（2）電纜密集，一處電纜發(fā)生火災時，容易引起周圍電纜燃燒。

（3）綜合管廊空間小，燃燒時有害氣體大量釋放聚集，給生命安全帶來嚴重威脅。

（4）綜合管廊狹長，大型設備不易進場，外援撲救困難，災后線路搶修和恢復需要較長的時間。

（5）綜合管廊作為高壓輸電線路、中壓配電線路、主線和支線通信光纜的輸送通道，線路數(shù)量多，服務范圍廣，遇到火情，容易造成大范圍停產停電的嚴重后果。

由此可知，設置火災自動報警系統(tǒng)，對綜合管廊安全運營意義重大。

2火災自動報警系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)形式的選擇

本項目包含一個主控中心和一個分控中心，故采用控制中心報警系統(tǒng)。

2.2火災自動報警系統(tǒng)框架

（1）在主控中心、分控中心設置中心火災報警控制柜，柜內設置火災報警聯(lián)動主機及各子系統(tǒng)主機；

（2）在綜合管廊含電力電纜艙室每4~8個防火分隔中，設置分區(qū)火災報警控制器(聯(lián)動型)及各子系統(tǒng)分區(qū)主機，包括分區(qū)消防電話主機(含光端機)、分區(qū)消防廣播主機(含光端機)、分區(qū)防火門監(jiān)控器、分區(qū)消防電源監(jiān)控器、分區(qū)電氣火災監(jiān)控器。每個防火分區(qū)設置超細干粉滅火控制器，分區(qū)應急照明控制器按點位數(shù)量設置。根據(jù)回路數(shù)量和長度，設置分區(qū)分布式感溫光纖主機。圖5所示為某主干光纖環(huán)網(wǎng)火災自動報警主機拓撲圖。

（3）火災自動報警系統(tǒng)終端設備，設置在綜合管廊含電力電纜艙室的各防火分區(qū)內，包括分布式圖像與線型光束復合型火災探測器、點式感煙探測器、分布式線型感溫光纖、火災報警按鈕、聲光報警器、消防廣播、消防電話、防火門模塊、消防電源監(jiān)控模塊、電氣火災監(jiān)控模塊、應急照明、消防聯(lián)動裝置等?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)終端系統(tǒng)設備連接如圖6所示。

2.3信息傳輸網(wǎng)絡

火災自動報警系統(tǒng)可靠運行，離不開穩(wěn)定的信息傳輸網(wǎng)絡，此處信息傳輸網(wǎng)絡，是指實現(xiàn)控制中心和管廊分區(qū)主機之間和主、分控中心之間的通信。

光纖通信網(wǎng)絡具備較高的通信可靠性及較大通信帶寬，單模光纖信道應用傳輸距離為2km。針對綜合管廊跨度較長、位置分散的特點，采用單模光纖環(huán)網(wǎng)通信是適合的。管廊分區(qū)主機與各防火分區(qū)內報警及聯(lián)動設備，通常采用總線連接。

為提高傳輸可靠性，減少線路故障影響范圍，將綜合管廊劃分為6個主干光纖環(huán)網(wǎng)，如圖7所示。按照就近接入，其中，4個環(huán)網(wǎng)接入主控中心，2個環(huán)網(wǎng)接入分控中心，同時，在主分控間敷設獨立光纜，用于主分控間主機通訊?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的各子系統(tǒng)共用36芯光纜，可合理降低材料成本及人工成本，值得注意的是，考慮光纜芯數(shù)時，除各子系統(tǒng)需使用的光纖芯數(shù)外，建議為未來發(fā)展預留一定的備用芯數(shù)。

2.4火災探測報警子系統(tǒng)

在綜合管廊進料口夾層、通風口夾層設置手動報警按鈕及火災聲光報警器，綜合管廊每個防火分隔內均勻設置手動報警按鈕(帶電話插孔)及火災聲光報警器，防火分隔兩側各設置1套手動報警按鈕(帶電話插孔)、1套火災聲光報警器。

關于火災探測器的設置，相關規(guī)范要求有所不同，具體如表2所示.經分析可知:①感煙探測器應設置；②電纜表層感溫火災探測器應設置；③在設置有自動滅火系統(tǒng)時，應設置空間感溫探測器。

本項目采用在艙頂設置分布式感溫光纖監(jiān)測空間溫度，通過Ｊ型膨脹鉤在艙頂?shù)跹b，與艙頂距離約10cm，沿管廊和設備夾層通長敷設于管廊頂部的中心位置，但應避開局部熱源(如照明等)，分布式感溫光纖標準報警長度不大于3ｍ，每臺分區(qū)分布式感溫光纖主機出線回路應不超過4個，所有回路總長不超過10km。分布式感溫光纖通過分區(qū)分布式感溫光纖主機，就近接入分區(qū)火災報警控制器，同時，可通過分區(qū)分布式感溫光纖主機，上傳至主、分控中心內的分布式感溫光纖主機。

在電力電纜表層設置線型感溫火災探測器。

關于感煙探測器的選擇。由于地下管廊內環(huán)境潮濕，點型感煙火災探測器為敞口式，設備易銹蝕，維護成本高，采用分布式圖像與線型光束復合型火災探測器，可較好地解決這個問題。在防護等級、可靠性、穩(wěn)定性均可滿足要求。分布式圖像與線型光束復合型火災探測器，由圖像探測及接收單元、光束發(fā)射單元兩部分組成。如圖8所示，圖像探測及接收單元采用特種攝像機采集火災的紅外光、可見光視頻圖像，接收光束發(fā)射光，再經過軟件對火焰的亮度、顏色、大小、形狀、紋理、邊緣特征、變化趨勢等成像特征進行分析，從而排除燈光、陽光、反光、輻射等各種干擾，給出火災報警信號。同時，在消防控制室通過視頻監(jiān)控進行火災復核，準確無誤判斷火災報警和啟動應急處理，在滅火過程中，還可以查看火災蔓延和撲救的過程。光束發(fā)射單元采用近紅外、紫外兩個波段的光束，較長的紅外光探測大顆粒，較短的紫外光探測小顆粒，鑒于煙霧對不同波段光束的遮擋和穿透能力不同，系統(tǒng)可以同時偵測光源的衰減率和不同波段光源的衰減率，進而識別煙霧和區(qū)分水汽或灰塵。

綜合管廊凈高按2.8ｍ計時，考慮安裝支架，圖探中心安裝高度約2.5m。如圖9所示，可覆蓋圖像探測器盲區(qū)，故按不超過,100ｍ間距布置，布置時，需根據(jù)平面彎折及縱向起伏布置探測器，以滿足保護面積全覆蓋的要求。

項目地處沿海地區(qū)，環(huán)境十分潮濕，常規(guī)護罩上的普通玻璃容易產生凝露和水霧。為了解決這個難題，本項目采用專用多層鍍膜玻璃，在保持鏡片不小80%的高透光率下，使水和油脂等大多數(shù)物體不易附著在玻璃上，大大降低凝露對探測器的影響，提高了探測器穩(wěn)定性，有效延長使用壽命。同時，要求防護等級為IP68以防潮、防銹、防鹽霧。

2.5防火門監(jiān)控子系統(tǒng)

分區(qū)防火門監(jiān)控器設置于投料口、通風口夾層，每4~8個防火分隔設置１臺。防火門位于疏散通道上，需要設置用于反饋防火門開閉狀態(tài)的門磁開關。在常開防火門的地方安裝電動閉門器，發(fā)生火災后由監(jiān)控模塊控制關閉防火門。消防控制室應能顯示防火門工作狀態(tài)。

2.6應急照明和疏散指示子系統(tǒng)

按照規(guī)范要求，設置在離地面8m及以下的燈具，需要使用電壓等級不大于DC36V的A型燈具。現(xiàn)狀應急照明及疏散指示系統(tǒng)缺失破損較為嚴重，且電壓等級為AC220V，與現(xiàn)行規(guī)范不符，需按現(xiàn)行規(guī)范更換為DC36V燈具，燈具防護等級為IP65。

由于本項目設有消防控制室，消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)采用集中電源集中控制型系統(tǒng)。

設置在有人值班的主、分控制室內的應急照明控制器起集中控制功能，其余設置在無人值班的管廊夾層內。應急照明控制器間，通過光纖組成環(huán)網(wǎng)。

每個防火分區(qū)內設置應急照明集中電源。從分區(qū)應急照明控制器至末端集中電源，通訊距離為1.5km，若超過需增加CAN中繼器。結合燈具數(shù)量和傳輸距離，合理設置分區(qū)應急照明控制器。

2.7消防廣播子系統(tǒng)

本項目采用控制中心報警系統(tǒng)，故需設置消防廣播。消防廣播系統(tǒng)架構分為三層：①主、分控中心內設置消防廣播主機及光端機；②綜合考慮功率放大器的功率和線路損耗，合理設置分區(qū)消防廣播主機；③在含電力電纜的艙室內、進料口夾層、通風口夾層內設置消防廣播。消防廣播為吸頂安裝，消防廣播獨立穿管敷設。

消防廣播和分區(qū)消防廣播主機采用耐火廣播線線相連。分區(qū)消防廣播主機與控制室內消防廣播主機由于距離較遠，需通過光端機進行光電轉換后，采用光纖傳輸。

2.8消防電話子系統(tǒng)

管廊內應設置通信系統(tǒng)，本工程將固定電話和消防專用電話合并，使用獨立的消防通訊系統(tǒng)，消防電話系統(tǒng)架構分為三層:①主、分控中心內，設置消防電話主機及光端機；②在管廊內適當區(qū)域，設置分區(qū)消防電話主機；③在夾層、管廊層內，每隔100m設置消防電話分機，消防電話分機和分區(qū)消防電話主機。

2.9消防電源監(jiān)控子系統(tǒng)

針對每個防火分區(qū)消防電源進行監(jiān)控，信號由分消防電源監(jiān)控器上傳至控制室內防電源監(jiān)控器消防電源監(jiān)控器通過中文,實時顯示消防用電設備的供電電源和備用電源的工作狀態(tài)、故障報警信息，及被監(jiān)測電源的電壓。準確顯示故障點的位置。

2.10電氣火災監(jiān)測子系統(tǒng)

對每個防火分區(qū)電源總箱進行電氣火災監(jiān)控，信號由分區(qū)電氣火災監(jiān)控器上傳至控制室內電氣火災監(jiān)控器，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)對受控對象配電箱的剩余電流和過電流溫度情況實施監(jiān)控，對配電線路的故障實施報警，并顯示其狀態(tài)，不切斷電源。

2.11超細干粉滅火子系統(tǒng)

超細干粉滅火系統(tǒng)包括控制和管網(wǎng)布置兩部分，與火災自動報警系統(tǒng)相關的是控制部分，系統(tǒng)應有自動控制方式，超細干粉自動滅火裝置的自動控制，在收到同一防火分區(qū)內兩個獨立火災報警信號后，才能啟動，并應啟動延遲，延遲時間不大于30s，每個防火分隔為１個滅火分區(qū)，著火時，應啟動著火點所在防火分隔及相鄰防火分隔的自動滅火裝置。

3安科瑞智慧消防平臺介紹

3.1平臺結構

3.2平臺主要功能介紹

3.2.1首頁

用戶登錄成功之后進入首頁，如圖所示。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態(tài)、設備分類、設備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設備臺賬信息等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

3.2.2消防子系統(tǒng)

智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)、消防設備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統(tǒng)進入智慧用電監(jiān)控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節(jié)點顯示具體探測器的監(jiān)控頁面。

消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時，系統(tǒng)也能實時地發(fā)出警報，能讓相關人員及時維修維護，保障消防安全。

防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現(xiàn)對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實時秒級檢測煙霧，一且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風險閾值，APP、短信報警、電話報警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災隱情。

消防設備電源子系統(tǒng)實時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態(tài)，確保消防設備供電正常，并對各個部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示?？砷L期記錄電壓電流運行參數(shù)，自動對消防電源一段時間的運行狀態(tài)進行分析，對可能產出問題的隱患進行警示。

防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警、視頻識別的關聯(lián)，實時監(jiān)控消防通道、安全出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全的生活、工作環(huán)境。

應急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個應急燈具的實時監(jiān)控和控制，當發(fā)生火災時，可準確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開消防應急指示燈的指示方向及應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引安全逃生方向。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應端各子系統(tǒng)報警信息后，可調出報警位置關聯(lián)的監(jiān)控攝像頭圖像，查看報警現(xiàn)場視頻輔助進行火情確認。實現(xiàn)火災報警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、電氣火災子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防設備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機結合，實現(xiàn)了報警點和監(jiān)控點的聯(lián)動。

消防設備管理子系統(tǒng)能夠將每個建筑、項目節(jié)點的所有消防設備和資產納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯(lián)動GIS調度子系統(tǒng)進行調度。

3.2.3隱患管理

隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康碾[患信息，并進行派發(fā)和處理操作，且對所有隱患進行統(tǒng)計分析。

3.2.4能耗分析

能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環(huán)比、能耗報表和能耗預測等五個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的能耗統(tǒng)計、同環(huán)比和報表，且按日、周、月等維度進行能耗預測分析。

3.2.5手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門、消防設備管理、視頻監(jiān)控、火災報警等子系統(tǒng)的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息、能耗統(tǒng)計等。

3.3推薦配置

3.3.1平臺服務器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

3.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場硬件配置清單：

注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應根據(jù)現(xiàn)場回路電流大

3.4產品介紹

電氣火災監(jiān)控探測器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網(wǎng)絡上傳，單表流量說明：

上傳間隔一分鐘，小于30M/月；

上傳間隔二分鐘，小于15M/月；

上傳間隔五分鐘，小于10M/月.

4結束語

（1）本項目綜合管廊長度較長規(guī)模大，火災自動報警子系統(tǒng)多，相關規(guī)范標準多，部分要求存在一定沖突，應需綜合考慮不同規(guī)范要求，對感煙、空間感溫、電纜表層感溫內容進行合理設計。

安科瑞侯文莉