高速公路隧道火災報警系統探析
——以甘肅省高速公路為例

王百川

（甘肅隴原信息科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

全國高速公路正在向智慧高速、隧道智慧一體化方向發展，利用“大數據”和“互聯網+”可以有效解決高速公路隧道機電系統一體化、智慧化等問題，對隧道溫度、濕度、二氧化碳濃度、車流量、危化品車輛的監控、各機電設備運行情況、整體系統分析能力需要實時監測和預警，尤其對隧道內進行實時、準確的火警監測，對保障廣大人民群眾的公共財產安全和人身安全有著十分重要的意義。[1]

G30 連霍高速的天水段隧道機電設備運行時間長，隧道內部常年潮濕流水，路段內隧道火災報警系統不容樂觀，是典型的甘肅省高速公路隧道火災報警系統案列。

1 甘肅省高速公路隧道火災報警系統現狀分析

一是火災報警系統設備運行時間過長。部分路段或部分隧道火災報警系統設備從建設初期一直沿用至今，未進行設備更換、系統更新，很多設備更替、系統升級與市場主流產品、系統代差較大，出現很多設備停產不能替換的現象。

二是原有火災報警系統設備功能無法滿足隧道智能化要求。原建設路段內的使用產品性能、監測性能、分析能力、遠程控制等都很難滿足現在的市場需要和用戶需求。

三是國內火災報警系統產品性能逐步超越國外產品。在設計隧道火災報警系統之初，國產系統、產品的性能、功能、設計理念無法滿足設計需求，很多產品采用國外主流系統。但是，今天國內產品性價比高于國外產品且設計理念更符合中國高速公路要求，反而國外產品售后無法按需提供，產品更新速度滿足不了智慧高速需求，出現原有設備故障率較高、更換產品兼容性較差等棘手問題，需重新設計或更替升級改造方可滿足智慧高速、智慧隧道要求。

四是機電建設單位與機電維護單位兩條線。甘肅省高速公路的機電建設單位與機電維護單位不是同一家單位，都存在機電建設單位對業主單位技術人員培訓不到位，對機電維護單位技術人員技術交底不徹底、不全面現象。還存在同一路段不同標段使用產品廠家不一致，出現產品種類眾多、質量層次不齊、系統運行兼容性較差的問題，導致機電維護單位專業性不夠，產品升級改造費用過高等現象。[2]

五是業主單位監管不到位。高速公路隧道機電系統龐大，分為監控系統、供配電系統、通信系統、通風系統、消防系統、PLC 控制系統等較多子系統，有眾多建設、維護單位，均各自為陣，沒有形成系統性、流程性的監管體系，出現各自負責屬于自己業務范圍內的事情，不管其他系統運行情況，監督管理沒有層次性、邏輯性、合理性的措施。

六是很多路段較多隧道火災報警系統使用時間較短，放置周期較長。由于各環節人員安全意識淡薄和隧道安全事故率較低，較多隧道火災報警系統設備長時間放置，現在到底能不能使用、重新使用維修成本多大、升級改造難度有多少均很難預估。

七是設計理念較落后、驗收標準不嚴格。很多感溫光纜鋪設不合理，手動報警按鈕接線成“T 型”，應該按“U型”進行連接，很多信號線纜直接放入電纜溝內，未設置電纜支架，大部分手動報警按鈕沒有防塵盒等現象，導致線纜處處短路、火災報警控制器燒毀率高、維修難度大等問題。

八是隧道環境惡劣，大部分隧道地下水滲漏嚴重。在天水、隴南等地的高速公路隧道常年空氣濕度大，隧道壁有掛水，再加上陰雨天較多，導致地下水常年滲漏，對火災報警設備穩定運行、質量壽命影響較大。

九是人為故障因素較多。存在各類施工隊在施工中常需要翹蓋板進行作業，出現大面積蓋板縫隙大、損壞嚴重等；存在各類施工隊將施工垃圾直接堆積到電纜溝內，造成電線電纜的二次損壞，增加了故障排查難度；存在養護人員清洗隧道壁時，大量廢水直接排入電纜溝，導致電線電纜長期浸泡在廢水內等人為因素。

最后是高速公路隧道機電維護費用過低。甘肅省財政資金緊張，高速公路建設、運行、維護各類費用較低，常年累計導致小問題變成大故障，小維修升級到大改造，最終錢沒少花，但各類問題均得不到有效改善。

2 適用于當前甘肅高速的隧道火災報警系統

目前，甘肅高速公路隧道火災報警系統由光纖光柵感溫火災探測系統和手動報警按鈕、火災報警控制器等組成。且滿足有實時顯示檢測區域最高溫度、溫度超限報警、差定溫報警、標準信號輸出和運行自檢等功能，其中自檢功能可實時監測自身運行情況并輸出故障報警聲光信號，同時將報警信號傳入消防報警控制系統，由路段分中心計算機進行顯示，并根據情況控制各相應系統的動作[3]。

3 隧道火災監測系統軟件

隧道光纖光柵火災報警系統軟件是利用先進的光纖傳感技術，對隧道溫度進行實時監測和進行火災報警的綜合應用系統。隧道光纖光柵火災報警系統軟件運行環境配置：CPU-Intel P4 2.8G 雙核，內存-大于2G，硬盤-大于200G，顯示分辨率-1024*768。

隧道光纖光柵火災報警系統軟件由報警狀態信息欄、隧道監測模型和菜單欄三大部分組成，從左到右依次是隧道顯示區、菜單區、火警狀態區、故障狀態區、手報狀態區、報警顯示區、火災系統設備分布、配電室分布、煙感狀態及報警復位等。

4 光纖光柵感溫火災探測器

目前，適用于甘肅高速隧道的光纖光柵感溫火災探測器，以光纖作為信號傳輸和傳感媒質，利用光纖光柵感溫原理實時探測溫度場的變化，具有差溫、定溫等多種報警模式。

4.1 光纖光柵感溫火災探測器的主要特點

一是全同分區報警技術。采用獨創的全同光柵分區報警技術，按需配置防火分區，單通道測量范圍廣，且可以簡化現場施工；二是傳輸距離遠。采用高效光源設計，具有更強的輸出功率，可以傳輸更遠距離；三是可靠性好。采用獨有的光集成技術，減少分離光學器件，提高了可靠性；四是接口豐富，配接方便。具有標準 RS485、以太網、電流輸出和干接點等多種接口，方便適配報警設備[4]。

4.2 火災探測器信號處理器主要技術參數

產品類型：差定溫、可恢復式；通道數：8；單通道最大感溫元件數量：60；顯示分辨率：0.1℃；檢測周期：0.5sec；輸入：8 個FC/APC；輸出：2 個RJ45，2 個RS485，10 組干接點；工作溫度：-10℃～50℃；存儲溫度：-40℃～70℃；工作相對濕度：≤95%RH，無凝結；供電源：DC 24V±15%；功率：10W 典型，15W 最大。

4.3 火災探測器信號處理器外觀參數

尺寸（寬×高×深）：432mm*45mm*427mm，安裝方式：機架式。

4.4 火災探測器感溫光纜主要技術參數

感溫元件間距：3m～10m；最小彎曲半徑：300m m；感溫元件外型尺寸：Φ7.6mm*100mm；防護等級：IP68。

5 火災報警系統常見故障現象及處理方法作

5.1 信號處理單元電源指示燈不亮故障

檢查項目：外部供電是否異常、電源插座是否松動、電源正負極是否接反、前端液晶顯示是否正常顯示等。

處理方法：確認外部電源供電是否為正常、重新插緊電源插座、檢查信號處理單元電源正負極是否正確，如果顯示正常，表明信號處理單元正常工作，但如果指示燈損壞，需要聯系廠商處理。

5.2 信號處理單元無法正確識別感溫光纜故障

檢查項目：FC/APC 端面是否污染、檢查法蘭盤是否松動、檢查接頭是否擰緊對準、檢查光纖跳線或光纜是否有彎折、傳輸光纜故障等。

處理方法：用酒精清洗FC/APC 端面和信號處理單元的法蘭盤、將感溫光纜的FC/APC 連接端口重新對準和擰緊、將光纖跳線或光纜進行整理，減少彎折點和彎曲程度、不能自行打開信號處理單元，要聯系廠商進行處理。

5.3 信號處理單元網口無數據上傳故障

檢查項目：網口燈是否閃亮、網線故障、連接網口是否正確、IP 地址和端口號未配置、交換機或接收端故障等。

處理方法：重新擰緊網絡接線端子、更換網線；信號處理單元有上、下兩個網口，若使用UDP 時僅能使用下網口，TCP 連接時兩個網口均可；檢查上位機IP 網段是否與信號處理單元IP 地址一致、檢測是否需要配置網關。

6 隧道工程應用

1.隧道火災報警系統主要配置有信號處理單元+感溫光纜、傳輸光纜、UPS 不間斷電源、連接模塊+火災報警控制器、交換機+監控端等系列設施，其各設備典型的連接方式如上圖1 所示。

圖1 各設備典型的連接方式

2.隧道火災報警系統主要設備位置。信號處理單元置于監控中心，交換機、UPS 電源等安裝于標準機柜中。信號處理單元通過連接模塊接入火災報警控制器，也可以通過交換機接入監控計算機。信號處理單元通過傳輸光纜連接至監控現場，通過光纜接續盒將感溫光纜接入不同通道，每條感溫光纜劃分為多個報警分區。火災探測器信號處理器采用全同光柵技術，單通道可承載 60 個感溫元件，感溫元件間距 3-10m。

（1）隧道感溫光纜。感溫光纜通常安裝在高速公路隧道頂部。先用固定支架將鋼索固定，支架采用膨脹螺栓固定在隧道頂部，其縱向間距 20m-40m，再將感溫光纜用線夾固定在鋼索上，將隧道感溫光纜尾纖沿隧道壁敷設（或穿護管）至隧道側面光纖接續盒，不傳輸光纜進行熔接。

（2）火災探測器信號處理器單元。火災探測器信號處理單元安裝在儀表設備控制柜上，其中有8 個光通道接口分別連接隧道內感溫光纜。各個分區的報警信號通過信號處理單元輸出給火災報警控制器，實現火災報警、分析火情級別及分區判斷。

7 結論

本文首先分析甘肅省高速公路隧道火災系統存在問題，然后結合市場最新智能監測方案與火災報警系統，提出適合甘肅省高速公路隧道火災系統的產品設備。火災報警系統具有本質安全、無電檢測、抗電磁干擾、實時監控等優勢，能夠實時探測沿光纖光柵感溫點的溫度變化情況，能超限時聲光報警。