空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)在地鐵火災(zāi)防護(hù)中的應(yīng)用

何 晶

（北京城建設(shè)計(jì)研究總院，100037，北京∥工程師）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)于公共場(chǎng)所特別是地鐵環(huán)境的安全提出了更高的要求。針對(duì)這種更高的要求，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的產(chǎn)品隨著技術(shù)的發(fā)展也不斷地變化。降低誤報(bào)率，提高靈敏度是每一種消防產(chǎn)品追求的目標(biāo)。近期，一種高靈敏度空氣采樣煙霧探測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使萌芽期火災(zāi)探測(cè)成為可能。它可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的早期探測(cè)、早期預(yù)警，從而做到早期處置，防患于未然。

1 探測(cè)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)

火災(zāi)的發(fā)生一般都有煙霧產(chǎn)生。越早探測(cè)到煙霧，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)苗頭，就越能保證地鐵的正常運(yùn)營(yíng)及保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)一改傳統(tǒng)點(diǎn)式探測(cè)器等待煙霧的被動(dòng)方式，采取主動(dòng)對(duì)空氣進(jìn)行采樣探測(cè)。

1.1 空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)工作原理

空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)也稱為吸氣式煙霧探測(cè)器，是一種基于光學(xué)空氣監(jiān)控技術(shù)和微處理器控制技術(shù)的煙霧探測(cè)裝置。系統(tǒng)包括探測(cè)器和采樣管網(wǎng)。探測(cè)器由吸氣泵、過(guò)濾器、激光腔、控制電路、顯示模塊、編程模塊等組成（見(jiàn)圖1）。吸氣泵通過(guò)PVC管或鋼管所組成的采樣管上的許多采樣孔從保護(hù)區(qū)內(nèi)連續(xù)采集空氣樣品送入探測(cè)器。采樣空氣將通過(guò)二級(jí)過(guò)濾器。第一級(jí)去除了空氣中的灰塵和雜物，過(guò)濾后的采樣空氣進(jìn)入激光探測(cè)腔進(jìn)行探測(cè)。第二級(jí)過(guò)濾（精細(xì)過(guò)濾）后的潔凈空氣能夠保證探測(cè)器的光學(xué)表面潔凈無(wú)污染，確保探測(cè)器的校準(zhǔn)穩(wěn)定無(wú)誤。采樣空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入校準(zhǔn)的探測(cè)腔，處于激光的照射下，其中煙霧粒子所造成的散射光被兩個(gè)接收器接收。接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后送到探測(cè)器的控制電路。該信號(hào)被處理后通過(guò)發(fā)光圖條、報(bào)警閥值指示器顯示出來(lái)。

1.2 空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）主動(dòng)采樣探測(cè)方式，不受環(huán)境氣流影響；

（2）探測(cè)靈敏度高（比常規(guī)探測(cè)器高1 000倍），報(bào)警時(shí)間早，為及時(shí)采取必要措施和人員疏散提供了相對(duì)充裕的時(shí)間；

（3）采樣管網(wǎng)安裝簡(jiǎn)單，布置靈活，有多種采樣方式，可以最大限度地避免對(duì)車站外觀和結(jié)構(gòu)部件的影響；

圖1 空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)工作原理

（4）探測(cè)器內(nèi)置過(guò)濾器并具有自清潔功能，可防止灰塵影響，維護(hù)工作簡(jiǎn)單；

（5）探測(cè)器具有自動(dòng)設(shè)定、調(diào)整報(bào)警閾值，報(bào)警延時(shí)，設(shè)置參考探測(cè)器等智能化功能，保證最好探測(cè)效果，防止誤報(bào)；

（6）采樣管網(wǎng)為非金屬材質(zhì)，探測(cè)器信號(hào)全數(shù)字處理，抗電磁干擾能力強(qiáng)。

1.3 系統(tǒng)靈敏度

空氣采樣早期煙霧探測(cè)器的靈敏度單位為“百分之遮光率每米”（%obs／m），即煙霧的濃度在1m的距離中遮擋住通過(guò)光線對(duì)應(yīng)的百分比。空氣采樣早期煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度分為：

（1）普通靈敏度（等同傳統(tǒng)點(diǎn)式探測(cè)器的靈敏度）＞2%obs／m；

（2）增強(qiáng)型靈敏度在0.8%～2.0%obs／m；

（3）高靈敏度≤0.8%obs／m。

2 地鐵車站火災(zāi)防護(hù)的特點(diǎn)及要求

（1）地鐵車站為人員密集場(chǎng)所，運(yùn)行期間有大量人員流動(dòng)，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，將造成巨大的恐慌，引起人員傷亡。這就要求應(yīng)用于地鐵車站的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具備足夠的探測(cè)精度，可以在火災(zāi)發(fā)生的早期做出報(bào)警，避免火災(zāi)蔓延。

（2）由于空調(diào)以及列車通過(guò)造成的活塞效應(yīng)，使車站站臺(tái)空氣流動(dòng)變化劇烈，影響煙霧探測(cè)設(shè)備的探測(cè)效果。這就需要應(yīng)用于車站的探測(cè)設(shè)備可以有效地避免空氣流動(dòng)對(duì)煙霧探測(cè)造成的負(fù)面效應(yīng)。

（3）由于現(xiàn)代化地鐵車站設(shè)計(jì)獨(dú)特，具有現(xiàn)代感、藝術(shù)感，所以，煙霧探測(cè)報(bào)警設(shè)備不應(yīng)破壞車站的外觀，做到和車站裝修融為一體。

（4）由于車站的電磁環(huán)境復(fù)雜，煙霧探測(cè)報(bào)警設(shè)備應(yīng)具備足夠的抗電磁干擾能力。

（5）對(duì)站廳的不同位置能提供有針對(duì)性的探測(cè)。

（6）作為煙霧探測(cè)報(bào)警的前端設(shè)備，應(yīng)具備必要的報(bào)警輸出級(jí)聯(lián)動(dòng)控制功能。

3 與傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)設(shè)備的適用比較

3.1 探測(cè)響應(yīng)時(shí)間不同

火災(zāi)進(jìn)程分為不可見(jiàn)煙（也稱陰燃）、可見(jiàn)煙、可見(jiàn)火光和劇烈燃燒四個(gè)階段。火災(zāi)進(jìn)程演變過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 火災(zāi)進(jìn)程演變過(guò)程

從圖2可見(jiàn)，空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)具有四級(jí)報(bào)警功能：第一級(jí)為警覺(jué)，表明系統(tǒng)已檢測(cè)出異常情況，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行檢查；第二級(jí)為行動(dòng)，表明有火災(zāi)隱患存在，應(yīng)當(dāng)采取措施；第三級(jí)為火警1，表明開(kāi)始燃燒；第四級(jí)為火警2，表明已處于熱輻射階段。

空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警覆蓋了火災(zāi)發(fā)生的各個(gè)階段，即發(fā)熱、冒煙、燃燒和高溫，它不同于傳統(tǒng)探測(cè)器要在產(chǎn)生一定煙霧后才能發(fā)出報(bào)警。傳統(tǒng)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于空氣采樣早期煙霧探測(cè)器。空氣采樣早期煙霧探測(cè)器在不可見(jiàn)煙階段發(fā)出警覺(jué)，這為地鐵發(fā)生火情時(shí)，控制火情的發(fā)展、蔓延以及采取措施提供了充裕的時(shí)間。

3.2 探測(cè)環(huán)境不同

地鐵車站一般在公共區(qū)采用鏤空吊頂。當(dāng)?shù)蹴敻魱砰g隙大于50%時(shí)，F(xiàn)AS（防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）探測(cè)器進(jìn)行雙層布置，即在吊頂上和頂板下各布置一層感煙探測(cè)器。但由于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行及列車行駛帶來(lái)的活塞風(fēng)，將公共區(qū)內(nèi)的煙霧稀釋，難以到達(dá)吊頂下及頂板下，使得煙霧不容易被傳統(tǒng)探測(cè)器探測(cè)到。

2010年3月，在北京地鐵10號(hào)線巴溝站公共區(qū)進(jìn)行了一次空氣采樣早期煙霧探測(cè)器和感煙探測(cè)器的煙霧報(bào)警試驗(yàn)。本次試驗(yàn)分別使用碎紙、海綿、棉繩作為燃燒物質(zhì)，在站廳的不同位置進(jìn)行煙霧試驗(yàn)。試驗(yàn)背景煙霧濃度值為0.03%obs／m，空氣采樣早期煙霧探測(cè)器預(yù)警值為0.12%obs／m。現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度值曲線如圖3所示。

在列車行駛帶來(lái)的活塞風(fēng)影響下，除快速燃燒火災(zāi)外，個(gè)別下層點(diǎn)式感煙探測(cè)器在煙霧濃度值很高的情況下可以發(fā)出報(bào)警響應(yīng)，但上層點(diǎn)式感煙探測(cè)器沒(méi)有報(bào)警。對(duì)于海綿快速燃燒火災(zāi)中，則正好相反。而空氣采樣早期煙霧探測(cè)器的靈敏度比點(diǎn)式感煙探測(cè)器高得多，且為主動(dòng)式采樣，對(duì)3種不同材質(zhì)所產(chǎn)生的煙霧均可作出快速響應(yīng)，報(bào)警時(shí)間明顯早于傳統(tǒng)點(diǎn)式探測(cè)器。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度值曲線

3.3 探測(cè)高度不同

根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116—1998），點(diǎn)式感溫探測(cè)器的安裝高度不宜大于8m，點(diǎn)式感煙探測(cè)器的安裝高度不宜大于12m，房間高度大于12m的場(chǎng)所可選用火焰探測(cè)器和紅外光束感煙探測(cè)器。但是，火焰探測(cè)器和紅外光束感煙探測(cè)器都不適合于地鐵的車輛段停車場(chǎng)有遮擋的大空間，且紅外光束感煙探測(cè)器的高度不宜大于20m。

地鐵的車輛段停車場(chǎng)均不是封閉的空間，受煙霧溫度較低、卷吸周圍冷空氣浮力逐漸降低、上升速度較慢、煙氣逐漸變淡等影響，傳統(tǒng)探測(cè)設(shè)備不易探測(cè)到煙霧。而空氣采樣早期煙霧探測(cè)器可有效探測(cè)陰燃火及有焰火，可在保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置水平采用管和豎向垂直采用管進(jìn)行雙重保護(hù)。

3.4 產(chǎn)品成本、系統(tǒng)施工、后期維護(hù)的比較

空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)雖然比傳統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品成本相對(duì)較高，但是在施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段均比傳統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)、更簡(jiǎn)便，可大大降低維護(hù)成本和施工經(jīng)費(fèi)。

在系統(tǒng)施工階段，由于空氣采樣探測(cè)器的采樣管道上沒(méi)有電子元器件，所以既不需要提前在土建階段預(yù)埋鋼管也不需要敷設(shè)線纜，只需要對(duì)采樣管道用管卡或吊桿進(jìn)行固定即可，這樣比傳統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)大大地提高施工進(jìn)度。

在后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面，普通煙感探測(cè)器需要進(jìn)行定期清潔，以確保探測(cè)器能夠按廠家標(biāo)稱的靈敏度進(jìn)行探測(cè)。這種探測(cè)器的維護(hù)間隔很大程度上取決于探測(cè)器的安裝位置、環(huán)境氣流特點(diǎn)和環(huán)境是否清潔。然而空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)外件為吸氣管網(wǎng)，幾乎無(wú)需維護(hù)，主機(jī)一般安裝在易于到達(dá)或易于操作的部位，并可在聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程圖形系統(tǒng)管理軟件上進(jìn)行日常檢查、管理工作，包括氣流標(biāo)定、故障分析等，日常維護(hù)只需要間隔一段時(shí)間根據(jù)提示信息更換過(guò)濾器和吹掃管網(wǎng)，而不需要任何的拆卸；探測(cè)器還具有自身監(jiān)控功能，能夠主動(dòng)提出維護(hù)要求，并可進(jìn)行在線維護(hù)，從而大大降低了例行維護(hù)的成本。

4 空氣采樣早期煙霧探測(cè)的適宜區(qū)域

在地鐵項(xiàng)目中，適宜采用空氣采樣早期煙霧探測(cè)的區(qū)域?yàn)椋?/p>

（1）停車場(chǎng)、車輛段區(qū)域。解決了傳統(tǒng)對(duì)射式煙霧探測(cè)器存在靈敏度低、受環(huán)境氣候影響產(chǎn)生誤報(bào)、受建筑變形和車輛震動(dòng)需要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)節(jié)校準(zhǔn)等問(wèn)題。

（2）車站站廳站臺(tái)公共區(qū)域。解決了受鏤空吊頂裝飾方案的影響點(diǎn)式煙霧探測(cè)器安裝位置難以確定的問(wèn)題，既做到早期報(bào)警，早期疏散，又可以方便安裝和維護(hù)，與裝修沒(méi)有沖突。

（3）沿途變電站及站臺(tái)板下電纜通道區(qū)域。解決了感溫電纜報(bào)警遲緩、易誤報(bào)、不便維護(hù)等問(wèn)題。

（4）綜合控制室、機(jī)房、配電間等重要場(chǎng)所。可以提供火災(zāi)的早期預(yù)警，防患于未然，避免了滅火系統(tǒng)的不必要啟動(dòng)。

空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)可以在上述適宜區(qū)域使用，能夠在地鐵火災(zāi)發(fā)生的初期進(jìn)行報(bào)警，盡早消除火災(zāi)隱患，避免火災(zāi)的發(fā)生，為乘客的安全疏散爭(zhēng)取更充裕的時(shí)間。

［1］GB 50116—1998火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.