地鐵火災自動報警系統集成方案研究

朱 平，舒移民

0 引言

1 FAS組網方案比選

地鐵是高密度、快速運行的城市公共交通系統。為適應現代地鐵消防安全的需要, 必須突破常規消防措施的局限, 建立一套適合地鐵特點的防火保障體系。其中, 火災自動報警系統對于地鐵火災早期探測以及各類防火、滅火設施的聯動控制起到至關重要的作用。

《火災報警系統設計規范》（GB50016-98）第10.2.7條規定：火災自動報警系統的傳輸網絡不應與其他系統的傳輸網絡合用。這是為了保證在過去網絡技術水平較低的情況下火災自動報警系統（FAS）傳輸的可靠性。但對當今地鐵諸多系統而言，通信系統或綜合監控系統提供的傳輸通道的可靠性都遠比FAS自身的光纖環網可靠。因此，《地鐵設計規范》（GB50157-2003）第19.2.9規定：地鐵全線火災報警與聯動控制的信息傳輸網絡可利用地鐵公共通信網絡，不宜獨立配置，但 FAS現場級網絡應獨立配置。目前，地鐵 FAS設計方案有獨立組網和集成于綜合監控系統2種方案，并都有實際工程案例。

1.1 FAS獨立組網方案（方案一）

FAS通過通信系統提供的光纖組建全線光纖單環網。通信專業提供4芯單模光纖傳輸介質，接口采用光口的方式。

每臺火災報警控制器均作為一個網絡節點，通過通信專業提供的光纖，以沿線跳接方式，構成一個對等式環形網絡。每個網絡節點在網絡通信中都具有同等地位，每個節點都能獨立完成所管轄區域內設備的控制與監視。

火災報警控制器本身直接支持通過光纖組成火災報警專用網絡，在組網時不必過多配置其他的硬件設備。采用通信專業提供的光纖組建光纖單環網的結構如圖1所示。

1.2 FAS集成于綜合監控系統方案（方案二）

FAS系統中心級和車站級通過綜合監控系統傳輸主干網進行數據交換。在中心和車站，FAS系統控制器通過綜合監控系統交換機納入到綜合監控系統的局域網，其系統構成如圖2所示。

1.3 2種組網方案比選

目前上述 2種組網方案在國內地鐵均有廣泛應用，其中FAS獨立組網方案（下文簡稱方案一）在北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵、東北省會城市地鐵應用較多。FAS集成于綜合監控系統方案（下文簡稱方案二）在重慶地鐵、西安地鐵、廣州地鐵、西南諸省地鐵應用較多。

（1）方案二在可靠性方面比方案一高。前者需要針對項目單獨開發，因為沒有現成的軟硬件（集成商、集成協議都需要在技術聯絡會后才能確定），每個接口都需要單獨開發。后者不管是工作站還是控制器，其消防網絡都是成熟軟硬件，無需再單獨開發任何軟件或者硬件。

圖1 FAS獨立組網方案示意圖

圖2 FAS集成于綜合監控系統方案示意圖

（2）方案二在實時性方面比方案一高。在方案一中采用光纖獨立組網，而方案二中采用綜合監控系統傳輸網絡保證FAS系統數據傳輸的優先性。

（3）方案一較之方案二在傳輸信息方面更為全面。

（4）在工程調試中，方案一完全不受制約，而方案二必須等到通信傳輸網絡及綜合監控系統都已經調試完成，才能進行消防驗收，而綜合監控系統本身集成和互聯了其他子系統，并且軟件都是按工程開發，其開發進度、測試進度都受工程所有專業的制約，無法保證工程調試工期的要求。

（5）在工程投資上，方案一需要獨立光纖，投資高；而方案二則不需獨立光纖，投資較低。

（6）方案一完全符合消防規范的要求；而方案二不完全符合消防法規要求，該方案需要與當地消防局商榷決定。

（7）方案二的運營管理效率較方案一高。

綜上所述，盡管將 FAS集成于綜合監控系統方案的可靠性、實時性及信息量不如 FAS獨立組網方案，但是可以有效降低工程投資，提高運營管理效率，縮短火災應急事件的處理時間，有利于提高地鐵的整體調度水平, 達到減員增效的目的。

2 FAS系統構成及集成深度分析

地鐵全線 FAS系統一般由中心級、車站級、現場級和相關通信網絡（由綜合監控系統提供）組成，實現中心、車站兩級管理模式，中心、車站、就地三級控制方式。全線防災指揮中心設在控制中心，車站防災指揮中心設在車站控制室內。

車站 FAS系統由火災報警控制器、圖形顯示工作站、火災探測器、手動火災報警按鈕、消防電話插孔、消防電話主機、消防電話分機、消火栓按鈕、火警電鈴、輸入和輸出模塊、感煙探測器、感溫探測器等共同構成。

火災報警控制器通過環形總線方式與現場的火災探測器、手動火災報警按鈕、消火栓按鈕、輸入輸出模塊等設備組成車站級火災自動報警監控網絡，負責監視車站和與車站相鄰各半個區間的火災報警信息，通過輸入輸出模塊監視消防聯動設備的狀態并實現火災時的消防聯動控制功能。消防電話主機通過與電話插孔、消防電話分機組成消防電話網絡。車站消防水泵，專用排煙風機、電梯等設備的緊急手動控制功能由綜合監控系統 IBP盤統一實現。

為確保 FAS的可靠性和安全性, 一般在車站級FAS才納入綜合監控系統，而FAS現場級的網絡和設備仍是保持獨立。車站級 FAS火災報警控制器通過標準通信接口接入車站的綜合監控系統,實現信息資源共享, 以滿足綜合監控系統對全線及各車站的 FAS系統的統一協調調度指揮要求,同時保證 FAS現場級網絡和設備的獨立性, 即使車站綜合監控系統發生故障，FAS仍可降級運行，通過車站控制室的 FAS火災報警控制器控制車站內的消防聯動設備。同時，在對綜合監控系統設計時，應對FAS劃分獨立的VLAN傳輸通道, 保證FAS數據傳輸的獨立性和優先性。

3 FAS集成于綜合監控系統的影響

3.1 對綜合監控系統數據傳輸的影響

目前國內地鐵主要采用諾蒂菲爾、愛德華、西門子、辛普利斯等國外公司進口的FAS產品。

每個品牌的 FAS內部通信都有自己專有的通信協議，如諾蒂菲爾采用NFN網絡協議，安舍采用ESSERNET網絡協議，西門子采用C-BUS協議，愛德華采用 EST3網絡協議，新普利斯采用MAPNET協議。進口產品各生產廠家一般不開放通信協議，因此對其產品的任何改造或研發幾乎是不可能的。就地鐵項目而言，如果將每個車站的FAS集成到綜合監控系統，而站與站之間的 FAS不直接組網通信，那么，綜合監控系統能夠采集到的信息則只能是不完整的信息。例如：FAS主機自身報出的主、備電源故障、系統接地故障、CPU故障、內存故障等，但提供給綜合監控系統的只有一個綜合故障信息，而其他信息由于 FAS通信協議的專用性就不能識別了，但其自己的工作站軟件是可以識別全部信息的。

3.2 對綜合監控系統數據庫的影響

FAS集成于綜合監控系統的地鐵，如廣州地鐵5號線、6號線、無錫地鐵1號線、2號線等，綜合監控系統界面雖然相對統一，但無法顯示完整的FAS信息，更無法實現完整的控制功能，基本上無法通過綜合監控系統的界面直接對 FAS火災報警控制器進行控制指令下發。當現場有設備的增刪調整時，綜合監控系統無法自動進行數據庫和人機界面的更新，FAS做任何的改動都要重新和綜合監控系統匹配數據點位和類型。尤其是在地鐵運營公司每年一次的FAS探測器的清洗更換時，FAS的數據會實時變化在 FAS火災報警控制器以及工作站上，但不能直接在綜合監控系統的工作站上體現，需要雙方相互通知修改相關數據，方可實現綜合監控系統人機界面的更新。此外，綜合監控系統內相關 FAS的數據庫或組態軟件，通常是根據工程的具體要求定向研發的，其可靠性和適應性有待驗證。

3.3 對FAS數據傳輸網絡延時的影響

《消防聯動控制系統》GB16806-2006 中規定：傳輸設備應在10 s內將來自火災報警控制器的監管報警信息、故障報警信息、屏蔽信息傳送給監控中心。由于 FAS一般通過硬件網關或者工作站把火災事件信息通過MODBUS協議轉發給綜合監控系統，然后再通過綜合監控系統提供的傳輸通道進行數據傳輸，此時會有相應的延時，而當綜合監控系統本身數據傳輸比較大的時候，延時時間會比較明顯。因此要求綜合監控系統集成商采取相應的延時處理機制，保證FAS數據傳輸的優先級。

3.4 對FAS網絡時鐘同步的影響

FAS網絡一般自帶時鐘同步功能，可以在網絡上指定 FAS某個工作站作為主時鐘，其他的火災報警控制器節點就可以直接與 FAS工作站進行時鐘同步。當FAS系統與地鐵時鐘進行時鐘同步時，需要通過 FAS工作站與地鐵時鐘進行時鐘同步，然后地鐵其他的火災報警控制器及工作站再與該FAS工作站進行時鐘同步。

當前的地鐵時鐘系統往往采用 RS422協議，RS422為非標準時鐘協議，由與時鐘接口的雙方廠家進行定義。而廠家無法在控制器上進行二次開發，但通過FAS工作站進行二次開發則相對容易。一般FAS的工作站可以很容易實現SNTP標準網絡時鐘同步，以及通過二次開發的時鐘同步軟件進行同步。因此，與時鐘系統同步必須要有1臺FAS工作站才能實現FAS時鐘與地鐵系統時鐘同步。

如果FAS集成于綜合監控系統時，FAS火災報警控制器無法工作在其內部網絡上，僅僅是通過外部網關與綜合監控系統進行通信，無法實現FAS火災報警控制器直接與ISCS進行時鐘同步，必然需要有 FAS工作站作為轉接功能才能進行時鐘同步。因此，如果要實現 FAS集成于綜合監控系統時，務必要保留FAS工作站，否則無法實現FAS火災報警控制器與綜合監控系統的時鐘同步。

3.5 規范適用性的影響

FAS所有設備需要有單獨的消防主管部門進行產品的認證、檢測以及系統功能驗收，對于FAS的工作站、傳輸網絡以及聯動模式下發等，均需要通過消防驗收，FAS是否可以集成于綜合監控系統需要與當地消防部門進行商榷確定。

4 結語

地鐵 FAS集成于綜合監控系統的方案在國內地鐵已經開始大量運用, 并且發揮了巨大的作用。筆者通過對 FAS獨立組網方案以及集成于綜合監控系統方案的對比分析，提出 FAS集成于綜合監控系統的系統構成方案，并著重研究分析了 FAS集成后對工程實施的影響，希望借此能對今后地鐵FAS設計的完善起到一定的借鑒作用。

[1] GB50157-2003 地鐵設計規范[S].

[2] GB50490-2009 城市軌道交通技術規范[S].

[3] GB50116-98火災自動報警系統設計規定[S].

[4] 李漾，毛宇豐，馮曉青.網絡在地鐵火災自動報警系統中的應用[J].消防科學與技術，2001，20（5）：27-28.