城市轨道交通 fas 系统浅析

城市轨道交通 FAS 系统浅析 时间： 2010-6-2 22:30:46 点击：236 核心提示：本文简要介绍了火灾探测技术的控制原理、探测算法及探测设备，分析了火灾 报警控制系统在城市轨道交通中的重要作用、FAS 系统构成以及火灾时的消防联动问题。. 1 FAS 系统在城市轨道交通中的作用 城市轨道交通是城市重要交通枢纽，同时又是现代化的快速交通工程。近年来，随 着经济的发展，城市轨道交通建设有了快速发展，国内各大城市纷纷加入到轻轨及 地铁的建设行列。城市轨道交通工程车站主要设置于地下，为封闭空间，机电设备 复杂，出入及停留车站人员繁多。一旦发生火灾，将给人民的生命及财产带来巨大 损失，为保证地铁安全运行，给地铁乘客创造一个舒适、安全可靠的乘车环境，城 市轨道交通需要全线设置火灾自动报警系统（以下简称 FAS），对火灾灾情进行 监控，做到尽早发现、及时报警并进行消防联动。 如果 FAS 系统的设备选型、系统机构或联动等不合理，存在安全隐患，就会造成 十分严重的后果。1987 年 12 月,英国伦敦最大的地铁站发生大火,火势吞噬了整 个售票大厅,将数百名乘客困在里面。大火产生了热浪和大量的有毒烟气,引起乘客 一片恐慌,争相逃命,相互挤踏,难以找到避难道路, 结果造成了 30 人死亡,80 人受伤。 1981 年 6 月 ,莫斯科“ 十月线”发生火灾,虽然没有公布有关数字,估计情况是非常严 重的。据不完全统计,日本从 19611975 年共发生地铁火灾 45 起, 每年平均 3 起。 韩国南部城市大邱 2003 年 2 月 18 日发生一起地铁纵火案,火灾事故造成 126 人 死亡,146 人受伤,另有 318 人失踪。 2 火灾探测技术在城市轨道交通 FAS 系统中的应用 2. .1 火灾探测技术的控制原 理 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程, 它除了自身的物理化学变化以外 还会受到许多外界的干扰, 火灾一旦产生便以接触式(物质流) 和非接触式(能量流) 的形式向外释放能量。接触式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触 式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征 转换为另外一种易于处理的物理量。通过现代化的计算机、网络及自动控制技术， 把报警信息传递到报警控制器，为尽早扑灭火灾提供报警信号。 2. .2 火灾探测算法 对火灾过程产生的各种特征信号的准确检测，是进行及时、可靠的火灾探测报警的 重要前提，而如何根据这些传感器输出信号做出是否发生火灾的判断，是影响系统 响应灵敏度及误报率等性能的最重要因素，。这就是火灾探测算法。 最为常用的火灾探测算法为传统的直观阈值法，直观阈值法大都直接对火灾传感元 件的信号幅值进行处理，主要有固定门限检测法和变化率检测法。固定门限法原理 是将火灾信号幅值、烟雾引起电离室中离子电流变化幅值或温度值等与预先设定的 相关阈值进行比较，当信号幅值超过阈值时，则直接输出火灾报警信号。固定门限 法可表示为： ， 这里的 Dy(t)=1 表示判定为火灾，Dy(t)=0 表示判定为非火灾，S 为阈值， x(t)为火灾。 为提高探测的可靠性和抗干扰能力，抑制环境中突然出现的电脉冲尖峰、50Hz 工 频干扰等干扰信号，降低误报，可对传感器输出信号进行平均以及延时处理，对信 号在一段时间进行积分平均： ，算出一段时间的平均值，当平均值幅度超过预定阈值 S 后，判决电路才输出火 灾报警信号，这种处理方法在一定程度上抑制了非火灾信号的干扰，提高了信号判 别的可靠性。变化率检测算法和固定门限检测法类似，只是把火灾处理信号进行微 分运算： ，再把得到的火灾信号变化率值与设定的斜率率值进行比较，作出火灾判断。当 今许多的模拟量火灾报警探测仍沿用固定阈值法，只是将绝对报警阈值改为相对阈 值， 即所谓阈值补偿，亦可将单门限加为多门限以适应不同应用场合的需要。 随着火灾探测技术的发展, 出现了很多更加智能的火灾探测算法，最具有代表性的 是模糊神经网络算法。火灾参量随着时间和空间的变化而变化，很难用建立一种或 几种数学模型进行精确描述，因此，火灾探测信号是一种十分困难的信号检测，它 要求信号处理算法能够适应各种环境条件的变化，自动调整参数，以达到既能快速 探测火灾，又有很低的误报率。而神经网络和模糊系统都属于一种数值化和非数学 模型的函数估计和动力学系统。它们都能以一种不精确的方式处理不精确的信息， 模糊神经网络算法既增强神经网络处理信息的可理解性，还能自动生成模糊隶属函 数，提高模糊规则的精度，提高火灾探测系统的智能化程度。因此它在火灾探测领 域具有美好的探测前景。随着各种探测算法的产生和逐步应用，将会大大提高火灾 自动报警系统的报警可靠性。 2. 3 火灾探测设备 根据探测方式不同, 火灾探测器可大致划分为: (1) 点型探测器: 以探测器为中心点, 对周围火灾参数进行响应的火灾探测器。目前大部分的火灾探测器属于点型火灾探 测器。(2) 线型火灾探测器: 这种火灾探测器形成一个连续的线路, 并对这一连续 线路周围的火灾参数进行响应。目前地铁中最常用的两种探测器为感烟探测器和感 温探测器。除了这两种探测器外，在特殊环境用房或地下空间还需设置缆式线型定 温探测器、红外火焰探测器、可燃气体探测器、红外对射式感烟探测器等火灾探测 器，为了提高地铁区间隧道内的报警可靠性，有的城市的地铁工程还在区间设置了 光纤感温探测器，光纤感温探测系统是一套利用光纤作为线性感温探测器的高新技 术，其基本原理是利用光纤中石英分子会受温度上升而产生晶格振动。这种振动会 导致在光纤中传输的光产生散射，而散射量的大小可以直接反应温度的高低。因此 光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。光纤感温探测系统 的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过光时域及光 频域反射测量法及连续 FFT(快速傅立叶变换) 对讯息进行处理，将微小的时空差别 以频率方式体现出来，实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。 感温光纤探测器是目前地下区间隧道比较理想的火灾探测器。各类现场级火灾探测 器如同 FAS 系统的感知器官，布设在地铁范围内的各个空间，以全面探测火情。 3 城市轨道交通 FAS 系统的现状 3. 1 车站级 FAS 系统 火灾自动报警系统是地铁自动化系统的一个重要组成部分, 它是利用计算机技术、 检测技术和电子通讯技术, 以火灾为监控对象, 根据防火要求和特点而设计、构成 和工作的。该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警, 又能根据火情位置, 及时输出联动灭火信号, 启动相应的消防设施, 进行灭火，是将火灾消灭在萌发状 态, 最大限度地减少火灾危害的有力工具。 根据火灾自动报警系统的基本结构要求和基本设计形式，火灾自动报警系统按照所 采用的火灾探测器、各种功能模块和楼层显示器等与火灾控制器的连接方式，可分 为多线制和总线制两种应用形式；根据火灾报警控制器进行火灾检测数据的处理和 实现火灾模式识别方式的不同，分为集中智能型和分布智能型两种系统应用形式； 按各个生产厂的系统实际产品形式，分为中控机、主子机和网络通信系统应用形式。 目前地铁 FAS 系统采用的多为总线制分布智能型的网络通信系统。，站级 FAS 系 统是整个地铁 FAS 系统的最基本组成单元，负责本站范围内的火灾探测及消防联 动等功能，它是全线 FAS 网络的一个节点单元，通过车站综合控制室火灾报警控 制主机（FACP 盘）纳入到全线网络，由控制中心统一管理。 车站级火灾自动报警系统基本结构如图 1 所示。 图 1 火灾自动报警系统基本结构 图 1 火灾自动报警系统基本结构 3. 2 全线 FAS 系统构成 地铁 FAS 按两级（中央、车站）管理三级（中央、车站、就地）控制设置全线系 统。第一级为中央级，作为 FAS 集中监控中心，设置于全线控制中心大楼内；第 二级为车站级，作为本地 FAS 消防控制室，设置于各车站的车站综控室以及车辆 段等的消防值班室；第三级为现场就地控制级。 各车站设立自成体系的独立报警系统和联动控制系统，各站将 FAS 信息通过车站 级火灾报警控制器经由全线骨干网传输到控制中心，中心实现对全线火灾报警系统 的监视和统一防灾指挥调度。全线组网接口采用通用标准接口，接口协议开放。各 站级火灾报警控制器以下布设了数量庞大的各种火灾探测器、控制模块、监测模块 等，用以及时探测火灾灾情，及时联动相应设备运行到火灾模式。FAS 系统的全 线构成及网络结构如图 2 所示。 图 2 城市轨道交通 FAS 系统的全线构成网络图 图 1 火灾自动报警系统基本结构 图 2 城市轨道交通 FAS 系统的全线构成网络图 3. 3 消防联动控制 FAS 系统除完成可靠监视火灾发生、探测火灾灾情的功能外，另一大重要功能就 是实现消防联动，所谓地铁 FAS 系统的消防联动，就是指在地铁运营范围内的任 一地点发生火灾的情况下，要由 FAS 系统来控制消防设备，联动相关系统，及时 扑灭地铁火灾。 火灾时，FAS 系统需要联动的控制的灭火系统设备有：消火栓灭火系统、自动水 喷淋灭火系统、气体灭火系统。 FAS 系统需要联动的防排烟系统设备有：防火卷帘门、挡烟垂壁、送风阀、排烟 阀、防火阀、防烟防火阀等。 FAS 系统需要联动的防灾通讯设备有：电话系统、广播系统、PIS 系统、CCTV 系 统。 FAS 系统需要联动的其他系统有：ISCS 系统、BAS 系统、火灾应急照明及疏散指 示系统、自动扶梯及电梯、屏蔽门、门禁、AFC 等系统。 火灾情况下，消防联动设备及相关联动系统是火灾自动报警系统的重要控制对象， 联动控制的正确可靠与否，直接影响火灾扑灭工作的成败，除了 FAS 系统本身联 动相关设备外，BAS 系统和 ISCS 系统配合完成其他相关系统的联动，如通风空调 的火灾模式以及电梯、屏蔽门、AFC 闸机等的联动。 随着