高速公路长隧道火灾检测技术比较

高速公路长隧道火灾检测技术比较张斌（福建省高速公路监控中心福州350001）摘要简要介绍高速公路长隧道火灾检测的功能要求，比较线性空气管差温检测器、线性感温电缆火灾报警器、线性光纤分布式温度检测器、双波长火焰探测火灾检测技术及其产品的优缺点。关键词隧道火灾检测技术1问题的提出高速公路长隧道是高速公路上涉及火灾安全的最重要结构物，也是高速公路交通安全监控系统设计和建设和重点之一。高速公路因受其结构物特殊的限制，洞内路面比路基段少了紧急停车带，车辆发生事故或异常事件时只能停靠行道，洞内空间封闭，且交通规则规定洞内不允许车辆变换行一道，交通控制标志复杂，因此隧道内发生火灾后极易产生大量烟雾，有毒气体，造成洞内缺氧、能见度降低、受困人员和车辆难以逃生。国内外在隧道内发生火灾及恶性交通事故，并造成巨大人员伤亡和财产损失的事件常有新闻报道，而且高速公路隧道发生火灾后交通堵塞难以及时疏通，影响高速公路通行费收入，以及造成不良的社会影响。因此，高速公路长隧道内火灾检测系统及其消防设施完备情况往往成为道路能否安全开通的先决条件，并历来受各级公路管理部门的重视。2隧道火灾检测功能要求隧道内火灾检测系统是针对长隧道内火灾进行实时检测，并产生报警号通知管理部门，及时阻止或低火灾对人员和车辆破坏，防止后续车辆毫不知情继续进入火灾隧道，扩大了的事故的损失。火灾检测系统是长隧道交通安全监控系统的一项重要组成部分，并且火灾检测信号是隧道交通控制的重要信号来源，一旦有火灾检测信号产生，隧道交通控制系统将根据检测到的火灾位置相应控制洞口和洞内的交通信号灯和车道控制标志，自动启动洞内风机和照明系统，通过洞外可变情报标志发布隧道火灾信息，提醒司乘人员注意；洞内电视监视系统根据检测位置切换事故位置图象，并启动自动录像设备；同时通知高速公路紧急施救、路政管理、道路养护等部门及时赶往事故现场，因此隧道火灾检测系统的一般功能和技术要求如下：（1） 系统必须全天候连续24h对隧道环境情况进行检测，检测范围必须覆盖隧道全部长度；（2） 系统运行必须高效可靠，检测精度高，检测响应时间尽可能短，并降低系统误报和漏报机会；（3） 设备和材料必须寿命长，在一般火灾发生后不发生破坏性损坏，可重复使用；（4） 系统应有自动检测功能，自动诊断系统出现的故障情况，确保系统始终处于有效工作状态；（5） 系统必须对检测到的火灾位置进行有效的定位，定位精度应达到隧道控制设备能够据此准确地启动设备和发布信息；系统安装容易，维护方便；系统设备适应隧道内复杂环境工作，如温度、温度、油烟、粉尘、汽车尾气、射流风机产生的高速气流、照明、四季天气变换等。3隧道火灾检测技术发展隧道火灾检测技术发展经历了较长的过程，随着世界各国公路交通发展和隧道火灾检测要求提高，涌现了许多隧道火灾检测技术，检测产品也呈多样化发展，产品可靠性、检测效率、准确率、灵敏度及响应应时间等技术性能指标日益提高和优化，相反产品价格则逐渐降低，产品整体性能价格比不断提高。根据国内外隧道使用的火灾检测技术和设备，及火灾可检测因素设计，隧道火灾检测技术主要分为感烟型、感温型和感光型三类，而当前使用较普遍的主要感温型，其产品种类较多，选择余地较大，产品价格适中，代表产品有瑞士公司生产的BMZ线性感温检测器，其产品广泛应用于欧洲、澳大利亚、亚洲和中国主要用在四川成渝高速公路龙泉山隧道上、上海过江隧道、福建泉厦高速公路大坪山隧道等，国内近年也开发出部分火灾检测产品，如成都康达电子有限公司的隧道专用火灾检测产品，如成都康达电子有限公司的隧道专用火灾监测报警系统，在国内高速公路隧道中也得到使用；而唯一采用感光型的火灾检测器是日本能美公司的双波长火焰探测器，在日本大有取代感温型火灾检测技术的趋势，使用效果较好。4隧道火灾检测技术比较线性空气管差温火灾检测器。线性空气管差温火灾检测器工作原理是利用布设于隧道顶部的封闭铜管隧道火灾产生的热气流影响引起铜管内空气压力增大，形成与之相通密封盒内气体之间的压力差，一旦压力差达到设定值后，即触动电子开关，产生火灾报警信号；检测原理相对简单，但有效，控制报警信号主要通过隧道内空气温升速率值完成，周围环境温度缓慢上升则通过一根毛细管进行压力释放，不会产生火灾报警信号，其对隧道内火灾的分区定位功能则需要通过感温空气管分段独立安装检测设备系统和控制单元来实现，实际应用中一般按50〜80m间距进行布设。该产品控制单元数量多，检测信号传输控制复杂、安装于洞顶的空气铜管易受隧道内车辆排放尾气、油烟及灰尘的污染，影响空气管热传导速度和敏感性，检测时间较长，同时置于洞顶的空气管材料污染后不易维护和清洗，从而影响设备后期的使用。国内实际应用该检测技术的项目有福建泉厦高速公路大坪山隧道、重庆中梁山隧道、缙云山隧道、广东清远一连县高速公路焦中隧道、石仓岭隧道、浙江甬台温高速公路的大溪岭一湖雾岭隧道等，使用较普遍，但总体产品的可靠性和稳定性不够理想，灵敏度调节难以稳定，容易产生误报警，延迟报警或超报警，目前已有重庆中梁山隧道和缙云山隧道的空气管差温火灾检测器无法工作。线性感温电缆火灾报警器。线性感温电缆火灾报警器是利用布设于隧道全长范围内的特殊感温电缆在不同环境温度下，感温电缆的物理参数表现出不同的参数值的原理来实时检测电缆长度范围内的周围环境温度和温升速率，对火灾检测位置的定位和分区主要是通过感温电缆按分区需要分段独立设置不同检测区实现，一般情况按50m间距布设，信号传输和控制类似于线性空气管温差火灾检测器，下端控制单元数量较多，同时该检测设备也存在检测效果受隧道内射流风机产生的高速气流影响，感温电缆材料易受隧道内车辆排放尾气、油烟和灰尘污染，影响感温电缆材料的温度敏感性，检测参数需要根据隧道环境和感温电缆材料受油颗污染程度进行调节，隧道洞顶感温电缆的清洁和维护困难。该检测设备主要用途是应用于电缆绝和桥架等场所内动力电缆的温度检测，上海延安隧道曾使用该产品用于隧道火灾检测，但实际效果不理想。（3）线性光纤分布式温度检测器。光纤分布式温度检测系统工作原理为光纤温度雷达中采用的雷达技术，激光光源沿着光纤注入光脉冲，脉冲大部分能传到光纤末端并消失，只有少部分拉曼散射光会沿着光纤反射回来，且该部分反射回来的拉曼散射光物理性值会随着光纤温度的变化而变化，通过对反射回来的拉曼散射光进行分析处理，判断整条光纤方向的温度分布情况。光纤分布式温度检测器一般由控制器（含激光发射器）和边疆光纤组成，光纤采用标准渐变折射率的多模光纤作为温度传感器，通过采用不同的光纤护套以适应不同环境温度，如采用铝等金属，可确保光纤于500^高温下不损坏。监测范围达30km基本可涵盖公路上所有长度隧道的火灾检测范围，温度检测时间在3s以内，检测精度较高。该检测器的优点是系统方案简单，控制设备少，检测距离长，且不中断，无中继设备，光纤即是感温元件，又是信号传输媒体，不受周围环境中电磁波干扰，可实现火灾的预警、火灾趋势分析及火灾报警的智能化预警控制功能；火灾报警控制方式可通过温度值，也可通过温升速率进行监控，该检测系统组网灵活，安装方便，并可对光纤损坏、设备故障等进行自检。目前该检测技术主要代表产品为英国BOOM公司生产的分布式光纤温度检测器，在英国伦敦的地下泰晤士河底隧道中首次应用，但该检测技术早期主要是利用其有效的抗电磁干扰作用，针对电力系统电力电缆的表面温度检测进行开发的，温度检测精度较高，可实现温度成长趋势判断和预警控制。与公路隧道火灾检测出隧道火灾，并报警，即主要检测隧道温升速率值，对温度检测精度不是要求太高，同时置于钢管内的光纤在隧道中极易受到汽车排放的尾气、油烟及车辆行驶中扬起灰尘的污染影响，以及隧道内射流风机产生的高速气流影响，且造价较高。（4）双波长火焰探测器。双波长火探测器，顾名思义就是利用检测火灾特有的火焰长来检测隧道火灾，该产品主要是日本能美公司通过研究日本公路隧道大量的火灾情况后，专门开发的一项检测技术产品，并通过了隧道内实情火灾检验。自90年代初以来，在日本在量的公路隧道内采用了该项火灾检测技术和产品，使用效用明显好于感温型检测设备，该项技术于1981年被纳入了日本《公路隧道消防设施设置标准》，更适合于公路隧道内因汽车燃料燃烧或车载易燃易爆危险物品爆炸时产生火灾特征，检测时间短，报警速度快。双波长火焰探测器的工作原理是利用安装于隧道侧壁的火焰波长探测设备，检测火灾发生时火焰的波长，及火焰闪烁特定的频率，经分析火灾燃烧的变化频率和火灾的光谱分布特性后判断出火灾的发生情况。该检测技术主要是针对隧道内的车辆火灾或汽油火灾，且必须要产生明火，只要火灾发生，检测到火焰就产生报警，这一点与感温判断火灾截然不同，不需要温度与火灾的判断，也不通过温度趋势变化判断火灾，因此不会产生误报情况。该设备系统构成较简单，一般包括火灾报警控制器和布设隧道侧壁的双波长火焰探测器，火焰探测器间距为50〜80m，所有探测器检测信号通过一根总线进行传输。双波长火焰探测器最明显优点是检测灵敏度高，可靠性高，误报少，不受隧道内射流风机产生的高速气流影响和汽车车顶灯、照明荧光灯、钠灯、报警旋转灯的影响，对于汽车尾气、油烟及尘士造成探测器受光窗污染达50%，仍可以检测火灾，且探测器受光窗清洁十分方便，不需要专门工具。但其缺点是对直射的太阳光会产生误报，因此要求隧道洞口处安装遮光棚，以遮挡太阳直射光影响离洞口最近的探测器。在日本，70%以上的公路隧道采用双波