光纖光柵火災報警在高速公路隧道中的應用

張毅聰

（福建省高速公路有限公司漳州分公司 漳州 363000）

1 光纖光柵火災報警系統

光纖光柵是一種光纖無源器件，其內部纖芯所包含的物質呈有規律的周期性調制。它運用的原理主要是將外部的入射光子通過某種手段使其和離子作用，并使得纖芯折射率延軸方向呈永久變化，這種變化可以是周期性的，也可以是非周期性的，這其中兼顧到了光纖的光敏性的特征，在這種情況下使得空間相位光柵在纖芯內部形成［1］。

1.1 系統運用范圍

根據不同標準，隧道也分為不同的種類，如鐵路隧道、運河隧道、水底隧道、海底隧道、公路隧道等。由于隧道具有封閉性的特征，對于火災的產生和擴大蔓延都具有推動作用，所以光纖光柵火災報警系統運用于隧道具有重大的現實意義。

提早預防是將火災發生幾率以及危害降低到最小的有效方法。火災報警系統的發展主要經歷了以下3個階段：第一階段是使用開關多線制式的報警系統。第二階段也同樣是使用開關，但較前者而言有了一定的進步，所使用的是總線控制式。第三階段是最新的智能報警系統。而本文所介紹的系統就是屬于第三階段的智能報警系統［2］。

火災報警系統都存在一定的誤報率，不僅是對資源也是對人力勞動的一大浪費。而光纖光柵火災報警系統運用先進的科學技術，提高了報警準確率，由于其具備的分布控制范圍廣泛，漏報率也得以降低［3］。

1.2 系統組成結構

光纖光柵火災報警系統的工作過程主要分為實地信號采集、信號傳輸和信號分析。

首先將光纖通過串聯或者并聯的方式安裝在傳輸光纜線中。由于該系統的工作原理主要是根據其對溫度的敏感性，它可以敏銳地感覺到特定的區域范圍內溫度的升高，再將其轉換為波長信息。通過與傳輸光纜線相連接的分析儀器，波長信息將被絲毫不差地傳輸到分析儀器上進行分析，并將其溫度升高這一現狀反饋給計算機終端，這樣工作人員只需要坐在電腦前就可以將隧道某個路段的火災情況得知，便于迅速做出反應［4－5］。

1.3 系統主要優勢

（1）自身安全性。主要表現在系統所使用的材料是非金屬的，非常耐腐蝕，并且它絕緣不發熱，自身不會產生導致火災等險情的潛在因素。

（2）技術性強。系統主要通過單端輸入和單端檢測，并且傳輸的信號是以波長的形式，傳輸方式避免使其受到其他介質的干擾，穩定性較強，傳輸速度也較傳統的火災報警系統有了大幅度的提高。加之其感溫范圍是網狀的，可以將該范圍內的溫度信號及時反饋到計算機終端，誤報漏報率較低。

（3）系統的環保性。也是由于其自身材質的特點，便于回收再利用。加之其為網狀感應，在線路的鋪設上便可減少材料，既有效地節約了資金，又有利于環保建設。

2 光纖光柵火災報警系統運用情況

高速公路隧道是隧道的一種，封閉性是其基本特性。加之在其中行駛的車輛速度較快，且光照條件差等諸多因素的綜合影響下，高速公路隧道險情多發，其中以火災最為常見。隧道火災的產生主要來自于兩方面：隧道自身內部電線等設施退化腐蝕引起的火災；由于車輛所載的易燃易爆物如石油等的泄露引起的火災以及車輛自燃或者交通事故引起的火災。無論何種原因引起的火災，都會對人的生命安全和財物安全造成重大損失。就中國而言，每年的火災事件中，高速公路隧道火災占的比重較大，從中可以看出，警報預防火災的發生具有重大的現實意義。

2.1 高速公路隧道火災報警系統設計

由于高速公路隧道具有狹長、密閉的特征，一旦發生高速公路火災，其對隧道內車輛和人員的逃生產生了重大威脅，因此火災報警系統的設計十分重要。在采用光纖光柵火災報警系統之時，需要著重考慮報警系統探測器類別、探測器布點、報警方式等方面的因素。

（1）探測器類別的選擇。由于高速公路火災影響十分巨大，在火災探測器方面要盡量考慮引起火災的各種可能原因。從目前的情況來看，國內許多高速公路隧道在設計之時多考慮汽車起火、碰撞等原因歸納起來的火災，因此國內高速公路在探測器選擇上，基本選擇光纖光柵傳感器（感溫、感光），利用光纖傳感的及時性增加傳感及時性和準確性。但是在國內，許多高速公路并沒有考慮危險品運輸車在隧道內發生液體或者氣體泄露之后可能發生爆炸而所需采取的提前預警體系。因此從液體或者氣體泄露引起火災的角度來說，高速公路還必須加裝氣體傳感探測器，從而實現對高速公路火災的全面預防。氣體探測器檢測元件采用進口的氣體敏感元件，能夠根據周圍氣體的濃度，對應輸出相應的信號給控制器，再傳送至控制中心。

（2）探測器布點。由于光纖光柵對光環境和溫度非常敏感，需要根據隧道環境進行調試。而這其中的關鍵在于布點是否合理。一般來說光纖光柵火災報警系統把隧道劃分為多個監測分區，每個分區長100m。一根光纖光柵傳感器最多可覆蓋4個分區，在每個分區布置15個光纖光柵探頭，探頭間距約為6.6m，一根光纖光柵傳感器最多可對400m的距離進行監測。因此，在隧道的布點上需要非常嚴謹。

（3）預警方式的選擇。雖然光纖光柵報警系統預埋在墻體之內，但是由于預警系統在極端情況下也會失靈，也會由于車速過快導致預警點不準，因此需要在系統預警基礎上，設立手動的預警裝置。而且在預警系統啟動之后，隧道必須要有緊急逃生指示燈為隧道內人員撤離做出科學判斷。

2.2 實例分析——以沈海復線高速公路漳州段隧道為例

以下將以沈海復線高速公路漳州段隧道為例具體分析光纖光柵火災報警在高速公路隧道中的應用。

2.2.1 沈海復線高速公路漳州段隧道介紹

沈海復線高速公路漳州段于2011年3月正式動工，總長約107km，總投資額達71.58億元，于2013年12月中旬完工。

該路段的高速公路位于福建省東南部地區，所經過的地形區包括丘陵、山間的凹地、河谷地區的階地以及殘積臺地等。部分地區的地形起伏較大，施工難度較大。

根據不同的地形需制定不同的施工方案，在部分地區需修建高速公路隧道。這其中包括高梨山隧道、延山隧道、國強隧道、大溪隧道。

2.2.2 光纖傳感項目的產品在該隧道運用中的優勢

沈海復線高速公路漳州段隧道火災報警系統主要運用了感溫光纖探測器。2014年12月中旬光纖光柵感溫火災自動報警系統鋪設完成。

筆者作為隧道機電設備的管理者，在對該報警系統在高速公路隧道中的使用情況進行詳細考察研究后，總結出了以下幾個優點。

（1）系統準確率較高。該系統使用的是光柵檢測和光纖傳輸，在運營通車投入使用后極少出現誤報以及漏報的情況，準確率較高。

（2）系統傳輸便捷。傳統的火災報警器往往受到隧道長度以及隧道內部環境的影響。而運用在沈海復線高速公路漳州段隧道中的光纖光柵感溫火災自動報警系統，可不受這種情況的干預，原因在于該系統包裹在光纜線中，而此種光纜線在隧道內的傳輸與檢測自主性較大，不會受到隧道長度的限制。并且該系統傳輸的信號受到處理器的實時監控，這種監控與接收方式排除了雷電以及電磁波對信號傳輸的干擾，保證了信號能夠快速準確地傳達到終端監控系統。

（3）系統操作方便。光纖光柵火災報警系統屬于火災報警系統發展中的第三代智能系統，操作簡單方便，具有人性化的特點。該系統的操作界面功能較好，能夠清晰地呈現隧道內溫度數據并能提供隨溫度變化的曲線圖，而且可以保存歷史數據。存儲空間大，數據類型多，方便今后的查詢和錄入檔案。

（4）系統后期維護方便。一個系統的實用性不僅體現在前期的建設過程以及使用過程，更為關鍵的是后期的維護工作，好的系統從建設之初到最后的維護都能夠最大化地達到標準。從考察到的系統在沈海復線高速公路漳州段隧道中維護情況看，它也擁有這種優勢，原因在于該系統具有較強的自檢和故障告警功能。

2.2.3 光纖傳感項目的產品在該隧道運用中的可發展之處

目前，科技發展速度快，產品更新發展也隨之加快。在對光纖傳感項目的產品在隧道中實際情況的全面勘察后，發現該系統仍有可待提高之處。從國內外該系統的研發趨勢及需求情況來看，系統網絡化、大范圍、準分布式測量是該系統的發展趨勢。

就該系統在沈海復線高速公路漳州段隧道中的運用狀況來看，雖有許多較以往的火災報警系統的優勢，但仍需做出改進。

（1）需要調節光源、光纖光柵傳感器。為了使投入與產出得到最大化的收益，需要根據隧道內部實際情況進行調節。調節光源使其達到最理想的狀態可以促進該系統網絡化的發展；而對光纖光柵傳感器的調節則需根據實際情況，增加或減少傳感器的數量，且位置的選擇格外重要。

（2）加強對信號的檢測。信號的傳輸是整個系統中極為重要的部分，需要增強系統的自檢功能，從而降低成本。

3 結語

（1）光纖光柵火災報警系統由于具有特殊科技和價格優勢，未來還有巨大的成長空間。

（2）高速公路隧道的火災報警預警系統設計除了常規的溫度探測、光波探測之外，還需要考慮危險氣體、液體泄漏導致火災的預警問題，需要在光纖光柵火災報警系統中加入探測元件，提高探測性能和準確度。

［1］ 李 力.中國火災探測技術的現狀及其發展趨勢［J］.火災科學，2001（2）：12－13.

［2］ 周大川，劉保健，翁效林.光纖光柵測試技術在某高速公路擴建中的應用［J］.山西建筑，2010（20）：17－20.

［3］ 李春杰.光纖光柵火災報警系統設計應用［J］.中國交通信息產業，2008（5）：32－34.

［4］ 張 影.光纖光柵火災報警系統在高速公路隧道中的應用［J］.公路交通技術，2013（4）：45－46.

［5］ 張 嵩，王劍.光纖光柵傳感技術在隧道火災監控中的應用［J］.激光與紅外，2010（2）：8－10.