极早期烟雾探测器运用于地铁的可行性分析_消防报警论文_慧聪消防网

【慧聪消防网】为了更好的保障地铁的安全运营，如何做到早期探测、早期发现、极早处理、有序疏散，从而把可能发生的火灾风险降至最低，火灾损害减到最小，避免由于火灾所引起的恐慌性踩踏事件，成为了人们一直关注并亟待解决的问题。本文将详细介绍空气采样早期烟雾预警系统在地铁环境的应用情况。

随着国家经济的高速发展，且人口逐年增长，使得城市中的长距离轨道交通作为现代化、高效率的交通工具也随之应运发展。

北京早在二十世纪六十年代即建成了中国最早的地铁线路。自九十年代初开始，上海、广州、天津、深圳等城市也陆续走上了发展城市地下轨道交通的道路。近十年来，国家又陆续批准了十几个城市的地铁建设，而且运行网络和规模仍在不断的发展与扩大中。

然而，作为城市中人群大量聚集的一种重要交通设施，而且很多时候又是完全处于地下，如何让它正常安全运行是每个地铁建设及运营部门必须面对的问题。整个线路的准时、通畅运营固然很重要，但乘客的生命安全更是需要优先考虑的重点。

但是，从世界各地的地铁发展运行史上来看，各种各样的火灾，包括设备故障、人为疏忽以及故意破坏等行为所引起的火灾事故仍然时有发生，并且有逐年上升的趋势。因此，如何做到早期探测、早期发现、极早处理、有序疏散，从而把可能发生的火灾风险降至最低、火灾损害减到最小，避免由于火灾所引起的恐慌性踩踏事件等，成为了目前需要关注并亟待解决的问题。

地铁的环境特点

·首先，地铁运行很多是在地下空间，除了一小部分在地面外，很多线路全线都运行于地下，而地铁的出口通道又比较有限，这就对发生事故时的人流高速、有效的疏散提出了很高的要求。在这种情况下，疏散时间越充裕，则越容易将人群疏散到安全的地方，即从地下撤离到地面。这也就意味着当火灾事故发生或将要发生时，得到的预警时间越早越好，这也就对使用的火灾报警设备的探测时间和灵敏度提出了要求；

·地铁是一个电气化程度非常高的系统，其中牵涉到的牵引设备、动力设备、电池设备、空调设备及照明设备等又处于长时间运行，且维护时间有限的状况下，发生火灾(无论大小)的机率也就相应增加了很多；

·地铁车辆价值昂贵，一辆列车即成百上千万元；而停放和存放车辆的车辆段及车辆检修库等，由于设备检修所产生的火源也是事故易发的重要原因；

·地铁站台均有密集的设备夹层，电线电缆集中，本身就是电气火灾易发部位，但空间又潮湿狭小，安装困难，维护则更加困难；

·地铁运行沿线，多设有至少两个变电站以提供所需的电力供应。而变电站中的一些设备房、电缆层等部位，也是火灾易发区域；尤其是主变室，不但是整个站点的运行枢纽，而且房间既高，进入施工又危险；既不方便停运检修，同时对火灾探测又不可或缺；

·地下环境潮湿且多灰尘，对所有设备的运行及维护要求都要比地面条件高出很多；

·还有一点需要注意的是，由于地铁列车的不间断运行，车辆进入和驶出站台时所产生的强气流，也会对传统的火灾探测设备的正常运行带来很大的困难；同时由于地铁车站区域结构复杂、不规则，且存在闷顶或镂空吊顶，这些都对传统火灾探测设备的布置和维护带来了困难，往往容易产生保护死角或不符合消防法规的要求。

传统火灾探测手段的不足

传统的点式烟感探测器、对射式烟感探测器及缆式温感探测器并不适用于保护地铁的重要区域，原因有以下几点：

·点式烟感探测器的报警灵敏度低，通常为3~5%obs/m，因此报警迟缓，不适用于人员密集度高、需要早期疏散的场所，如展厅区域；

·点式烟感探测器均为被动式探测，安装位置均在顶部。而受空调及车辆运行所导致的气流影响，烟雾粒子会被气流很快稀释，并随着气流的运动轨迹而移动，在火灾的初始阶段并不会向顶部上升，因此点式烟感探测器不适用于具有高气流的环境，如站台区域；

·地铁的电气化程度越来越高，存在大量电缆电线以及电气设备的机柜，而点式烟感探测器受到安装方式及体积的影响，不能对可能引起电气火灾的重点对象进行有针对性的探测。而感温电缆是通过感知被保护对象的温度变化而给出报警的，但很多情况下，受到敷设方式及探测方式的限制，感温电缆不可能对每一根所保护的电缆都做到及时的报警；

·地铁的运行环境多变，存在烟雾及灰尘的干扰，由于点式烟感探测器的报警阈值是固定的，因此容易产生误报警；

·由于点式烟感探测器不具备自清洁功能，因此每隔两年需要被送回专业厂家进行清洗，这增加了地铁的运营维护成本，而且在此期间，被保护区将没有任何的火灾探测器在工作，风险极大；

·对射式烟感探测器需要大量可见烟的遮挡才能报警，它的灵敏度比点式烟感探测器还要低很多，根本不适合在需要进行火灾早期探测、早期疏散的场所使用。而且，由于安装方式的限制，安装有对射式探测器的区域空间，今后的商业利用价值将受到很大的影响，诸如广告条幅、装饰彩旗等均不能设置，否则会由于遮挡导致误报。对于停车库等高大空间，由于存在热障现象且受建筑物结构变形等影响，对射式探测器的探测效果会大打折扣。

综上所述，地铁及其运行环境中，可能引发火灾的主要原因为电气类火灾，通常在火灾初期时发烟量很少(阴燃)，很难被传统的火灾报警设备所发现；同时，对于长期运行于地铁环境的报警设备来讲，其潮湿、多尘、空间变化多样(有狭小空间、有高大空间)、强气流等特点，又为其有效和长期稳定的探测带来了很大的挑战。因此，在今天这个新技术、新产品层出不穷的时代，结合国内外地铁的成功应用经验，建议在此种环境条件中，应采用探测效果更好、技术更先进、维护更简便的火灾探测报警手段来达到全面保护、早期报警、早期疏散、防患于未然的目的，以更好的保障地铁的正常运行及乘客的生命安全。

极早期吸气式烟雾探测报警技术

极早期吸气式(又称“空气采样”)烟雾探测技术是在消防报警方面的烟雾探测领域出现的相对较新的技术，由澳大利亚维信防火及保安有限公司(现已改名为“澳大利亚艾克利斯有限公司”)发明，该系统自上世纪70年代后期最先应用于全球的通讯行业，之后在许多其它行业得到广泛应用，该系统进入中国大陆市场的时间也已超过10年。

目前，国内发达地区(如北京、上海、广东等)已相继制定并实施了专门的空气采样烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收地方规范，以推动此种技术的普及应用。

新修订的国家消防报警规范《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2008)也已经增加了有关内容，规范中明确指出“具有高空气流量的场所、点型烟感、温感探测器不适宜的大空间、需要进行火灾早期探测的关键场所等宜采用吸气式(空气采样)早期烟雾预警系统。刚刚发布的自2008年3月1日起开始实施的新版《火灾自动报警系统施工及验收规范》(GB50166-2007)中也专门增加了通过管路采样的空气采样烟感火灾探测系统的施工及验收要求。

极早期空气采样烟雾预警系统属于烟雾探测报警的一类，但由于它运用激光技术并采用主动吸气的方式，因此可以极早地探测到火情，及时采取措施，以保证重要系统可以连续安全的工作；其次可以减少自动灭火系统不必要的启动(避免灭火系统对设备造成的二次损失以及重新充装气体的昂贵费用)；三是可在传统探测方式不适宜的场合中安装使用；四是能减少正常维护的工作量，降低维护费用；五是更能充分地争取时间，减少设备的损失，并保证人员安全。

吸气式早期烟雾探测报警系统

该系统是一种基于激光散射探测原理和微处理器控制技术的烟雾检测设备。具有许多其它烟雾探测系统所不具备的特性。这些特性弥补了传统烟雾探测设备的不足，简化了操作并增加了系统的可靠性。与传统的火灾报警系统相比，吸气式早期烟雾探测报警系统可以在火灾发生的最初期探测到火灾隐患，从而作到防患于未燃，不仅大大降低了火灾的危险，系统本身的维护费用也非常低廉，而且能够有效地防止误报警的发生，从而特别适用于地铁的火灾早期预警探测。

该探测器的设计思想是在火灾发生的初期(过热、闷烧、或气溶胶初步生成等无可见烟雾生成阶段)即发出火灾预警，报警时间比传统的烟雾探测器要早数小时以上，从而可以做到极早探测、极早处置，将火灾的损失降到最小。

吸气式早期烟雾探测系统是通过分布在被保护区域内的采样管网采集空气样品，经过一个特殊的两级过滤装置滤掉灰尘后送至一个特制的激光探测腔内进行分析，将空气中由于燃烧产生的烟雾微粒加以测定，由此给出准确的烟雾浓度值，并根据使用者事先设定的烟雾报警阈值发出多级火灾警报。

地铁采用吸气式早期烟雾探测报警器的理由

提高地铁的安全性

该系统具有极高的灵敏度和很宽广的报警阈值调节范围(0.005%~20%obs/m)，激光源运行稳定，误报率极低，灵敏度比传统的点式烟感探测器高1000倍左右，不但可在火灾发生的初期发现车站内部产生的常规火情，也可发现由于线路过载造成的电缆绝缘皮软化所产生的微小烟雾颗粒，从而做到极早报警、极早处置，并为乘客的有序疏散提供了宝贵的时间。

提供多级报警，提高性能

采用4级烟雾报警(报警、行动、火警1、火警2)模式，及四级气流报警(紧急低气流、低气流、高气流、紧急高气流)模式，可以对低烟雾浓度的火灾初级阶段(例如开关柜中所发生的电气火灾)，以及烟雾快速增长的火灾(例如蓄意纵火)都能够提供早期预警。且各级烟雾及气流的报警阈值可根据不同的要求和环境进行手动或自动设定。

提高系统设计的灵活性

采用主动吸气式采样探测，即采用高效抽气泵不间断地把被保护区域内的空气样品抽进激光探测腔进行探测。一台探测器可以同时为天花板上方夹层、空调回风口及目标设备提供保护。地铁车站有着相对高气流的环境，气流将导致烟雾被稀释，致使探测难度加大。在这种情况下，只有灵敏度很高的VESDA主动吸气式探测器，才能在火灾发生的初期探测到烟雾的存在。

探测器具有故障自诊断功能

探测器具有故障自诊断功能，不需要使用专业设备或电脑就可以实时快速地将系统所发生的故障诊断出来，便于及时的维护和快速响应。

过滤器具有灰尘数量实时监测功能

采用了特制的两级过滤器，经过第二级过滤后的高洁净空气随时对激光测量室内部的光学原件进行吹洗，避免了烟雾或灰尘颗粒对于激光探测腔的污染，从而可以保证探测精度不会发生改变，10年内不需要进行校准。VESDA可以对过滤器的灰尘容量进行实时监测，最多可以容纳400万颗灰尘，使用寿命最长为5年。

探测器具有烟雾及气流自学习功能

探测器可以根据用户所设定的学习时间进行不断的取样分析，最终将最适合的烟雾及气流的4级报警阈值设定好，在最大限度提高灵敏度的同时，又避免了误报警。

布置方式美观、灵活，不会破坏装饰效果

采样管网布置极其灵活，对保护目标具有极强的针对性(图5)。主管道可以采用隐蔽式安装，被布置在不会被发觉的闷顶里，而采样孔则可以根据需要通过毛细管道灵活布置在站台、站厅顶部区域、闷顶内、空调回风口及设备机柜内，既可以做到在烟雾运动的轨迹上进行拦截采样，又可以把采样点美观地融入到地铁车站的装饰中，减少对装饰美观的破坏。由于采用隐蔽式探测，所以不易被破坏，而点式探测器则很难做到这一点。当遇到局部镂空吊顶时，为了符合消防规范的要求，将不得不在吊顶内和吊顶下方布置双层探测器，如此做法即会增加消防报警系统的造价，又因为需要预留对点式探测器的维护检修口，从而影响了站厅、站台区域的整体美。

具有黑匣子功能

探测器具有黑匣子功能，可以存储18000条的分类事件记录，包括烟雾曲线、人员操作、设备故障及报警等，且失电后，所有事件记录不会丢失，从而非常便于对火灾事故的分析，并可对地铁车站内的空气质量进行长期监测，提高乘客的乘车舒适度。

提供绝对的烟雾值探测

普通的点式烟感探测器只能给出一个相对的烟雾浓度值，且会因光学表面/接收器受到环境的污染而导致持续的灵敏度漂移。虽然采用软件可以进行漂移补偿，但这会导致探测器灵敏度的进一步降低，很难探测到小型火灾。而该系统探测器使用高洁净空气吹洗激光探测腔光学表面，以确保其清洁，从而可以提供绝对的烟雾值探测。

具备灵活的联动控制及系统集成功能

每台主机均带有多个无源继电器，这些继电器可以被分别编程对应于报警主机上的多级报警及故障状况，可以方便地用来控制各种各样的联动设备，也可以使用系统所提供的开放接口协议，与地铁管理系统相连接。

大大降低维护成本

普通烟感探测器需要进行定期清洁，以确保探测器能够按厂家标称的灵敏度进行探测。这种探测器的维护间隔很大程度上取决于探测器的安装位置、环境气流特点和环境是否清洁。而该系统的安装及维护成本极低，阻燃的PVC采样管道不含有任何的电子元器件，因此它对环境的适应性极强，仅需要对采样管网进行定期的气流吹洗就可以完成对系统的维护，而不需要任何的拆卸。探测器具有自身监控功能，能够主动提出维护要求，并可进行在线维护，从而大大降低了例行维护的成本。

精确的辅助设计软件确保系统设计的正确性

系统具有专用的采样管网设计验证软件ASPRIE2，它能在系统设计阶段，即对整个采样管网的设计质量及每个采样孔的灵敏度、气压值、烟雾传递时间等工作参数作出准确的计算，并给出改进意见。与安装后的实际测试结果仅有2%的误差。

施工简便、经济

空气采样探测器的安装及管路施工非常简单，费用极低。由于采样管道上没有任何的电子元器件，所以既不需要预埋管道也不需要布线，只需要对采样管道进行固定(通常采用管卡或吊杆)即可，耗时很短，而且不会受到环境及施工进度的影响。

提供两套报警阈值设定

系统具有两套报警阈值设定，一套可以采用较低的灵敏度，用于上班、下班的高峰时间，另一套可以采用较高的灵敏度，用于白天和晚间乘客较少的时段。两套不同灵敏度报警阈值的切换，根据用户的设定自动完成。

可灵活的与气体探测器相连接，防范恐怖袭击

探测器在通过采样管网对整个车站公共区域进行烟雾探测的同时，还可以将采样管道与一个气体探测器进行连接，从而做到在进行烟雾探测的同时，还可以对目标区域中的有毒、有害、可燃气体进行分析，从而对气体泄漏、环境污染、生化恐怖袭击等进行主动防范。

空气采样早期烟雾探测系统的应用区域建议

从以上论述可以看出，空气采样早期烟雾探测系统相对于传统的点式烟感系统和红外对射类的烟雾探测系统来说，具有不可比拟的优势(参见表1)。除上述区域之外，在电缆层区域，传统选择惯例都是感温电缆，但事实上，在实际使用当中，感温电缆的不足也十分明显：

·响应迟缓(由于火灾的发展趋势，温感本身就要比烟感的响应时间滞后)；

·敷设施工十分繁复，尤其是当电缆需要增加或减少时；