城市軌道交通 FAS 系統(tǒng)淺析

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1、城市軌道交通 FAS 系統(tǒng)淺析時間：2010-6-2 22:30:46 點擊：236核心提示：本文簡要介紹了火災探測技術的控制原理、探測算法及探測設備，分析了火災報警控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的重要作用、FAS系統(tǒng)構成以及火災時的消防聯(lián)動問題。.1 FAS系統(tǒng)在城市軌道交通中的作用 城市軌道交通是城市重要交通樞紐，同時又是現(xiàn)代化的快速交通工程。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市軌道交通建設有了快速發(fā)展，國內(nèi)各大城市紛紛加入到輕軌及地鐵的建設行列。城市軌道交通工程車站主要設置于地下，為封閉空間，機電設備復雜，出入及停留車站人員繁多。一旦發(fā)生火災，將給人民的生命及財產(chǎn)帶來巨大損失，為保證地鐵安全運行，給地

2、鐵乘客創(chuàng)造一個舒適、安全可靠的乘車環(huán)境，城市軌道交通需要全線設置火災自動報警系統(tǒng)（以下簡稱FAS），對火災災情進行監(jiān)控，做到盡早發(fā)現(xiàn)、及時報警并進行消防聯(lián)動。 如果FAS系統(tǒng)的設備選型、系統(tǒng)機構或聯(lián)動等不合理，存在安全隱患，就會造成十分嚴重的后果。1987 年12 月,英國倫敦最大的地鐵站發(fā)生大火,火勢吞噬了整個售票大廳,將數(shù)百名乘客困在里面。大火產(chǎn)生了熱浪和大量的有毒煙氣,引起乘客一片恐慌,爭相逃命,相互擠踏,難以找到避難道路,結果造成了30 人死亡,80 人受傷。1981 年6 月,莫斯科“十月線”發(fā)生火災,雖然沒有公布有關數(shù)字,估計情況是非常嚴重的。據(jù)不完全統(tǒng)計,日本從19611975

3、年共發(fā)生地鐵火災45 起,每年平均3 起。韓國南部城市大邱2003 年2 月18 日發(fā)生一起地鐵縱火案,火災事故造成126 人死亡,146 人受傷,另有318 人失蹤。2 火災探測技術在城市軌道交通FAS系統(tǒng)中的應用 2. .1 火災探測技術的控制原理 火災的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復雜的非平穩(wěn)過程, 它除了自身的物理化學變化以外還會受到許多外界的干擾, 火災一旦產(chǎn)生便以接觸式(物質流) 和非接觸式(能量流) 的形式向外釋放能量。接觸式包括可燃氣體、燃燒氣體和煙霧、氣溶膠等。非接觸式如聲音、輻射等。火災探測技術就是利用敏感元件將火災中出現(xiàn)的物理化學特征轉換為另外一種易于處理的物理量。通過現(xiàn)代化的計

4、算機、網(wǎng)絡及自動控制技術，把報警信息傳遞到報警控制器，為盡早撲滅火災提供報警信號。2. .2 火災探測算法 對火災過程產(chǎn)生的各種特征信號的準確檢測，是進行及時、可靠的火災探測報警的重要前提，而如何根據(jù)這些傳感器輸出信號做出是否發(fā)生火災的判斷，是影響系統(tǒng)響應靈敏度及誤報率等性能的最重要因素，。這就是火災探測算法。最為常用的火災探測算法為傳統(tǒng)的直觀閾值法，直觀閾值法大都直接對火災傳感元件的信號幅值進行處理，主要有固定門限檢測法和變化率檢測法。固定門限法原理是將火災信號幅值、煙霧引起電離室中離子電流變化幅值或溫度值等與預先設定的相關閾值進行比較，當信號幅值超過閾值時，則直接輸出火災報警信號。固定門限

5、法可表示為： ， 這里的Dy(t)=1表示判定為火災，Dy(t)=0表示判定為非火災，S為閾值，x(t)為火災。 為提高探測的可靠性和抗干擾能力，抑制環(huán)境中突然出現(xiàn)的電脈沖尖峰、50Hz工頻干擾等干擾信號，降低誤報，可對傳感器輸出信號進行平均以及延時處理，對信號在一段時間進行積分平均： ，算出一段時間的平均值，當平均值幅度超過預定閾值S后，判決電路才輸出火災報警信號，這種處理方法在一定程度上抑制了非火災信號的干擾，提高了信號判別的可靠性。變化率檢測算法和固定門限檢測法類似，只是把火災處理信號進行微分運算： ，再把得到的火災信號變化率值與設定的斜率率值進行比較，作出火災判斷。當今許多的模擬量火災

6、報警探測仍沿用固定閾值法，只是將絕對報警閾值改為相對閾值， 即所謂閾值補償，亦可將單門限加為多門限以適應不同應用場合的需要。隨著火災探測技術的發(fā)展, 出現(xiàn)了很多更加智能的火災探測算法，最具有代表性的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法?；馂膮⒘侩S著時間和空間的變化而變化，很難用建立一種或幾種數(shù)學模型進行精確描述，因此，火災探測信號是一種十分困難的信號檢測，它要求信號處理算法能夠適應各種環(huán)境條件的變化，自動調(diào)整參數(shù)，以達到既能快速探測火災，又有很低的誤報率。而神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊系統(tǒng)都屬于一種數(shù)值化和非數(shù)學模型的函數(shù)估計和動力學系統(tǒng)。它們都能以一種不精確的方式處理不精確的信息，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法既增強神經(jīng)網(wǎng)絡處理信息的可

7、理解性，還能自動生成模糊隸屬函數(shù)，提高模糊規(guī)則的精度，提高火災探測系統(tǒng)的智能化程度。因此它在火災探測領域具有美好的探測前景。隨著各種探測算法的產(chǎn)生和逐步應用，將會大大提高火災自動報警系統(tǒng)的報警可靠性。2. 3 火災探測設備 根據(jù)探測方式不同, 火災探測器可大致劃分為: (1) 點型探測器: 以探測器為中心點, 對周圍火災參數(shù)進行響應的火災探測器。目前大部分的火災探測器屬于點型火災探測器。(2) 線型火災探測器: 這種火災探測器形成一個連續(xù)的線路, 并對這一連續(xù)線路周圍的火災參數(shù)進行響應。目前地鐵中最常用的兩種探測器為感煙探測器和感溫探測器。除了這兩種探測器外，在特殊環(huán)境用房或地下空間還需設置纜

8、式線型定溫探測器、紅外火焰探測器、可燃氣體探測器、紅外對射式感煙探測器等火災探測器，為了提高地鐵區(qū)間隧道內(nèi)的報警可靠性，有的城市的地鐵工程還在區(qū)間設置了光纖感溫探測器，光纖感溫探測系統(tǒng)是一套利用光纖作為線性感溫探測器的高新技術，其基本原理是利用光纖中石英分子會受溫度上升而產(chǎn)生晶格振動。這種振動會導致在光纖中傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生散射，而散射量的大小可以直接反應溫度的高低。因此光纖感溫探測系統(tǒng)可以將環(huán)境溫度以連續(xù)的線性方式表示出來。光纖感溫探測系統(tǒng)的另一個嶄新的技術是可以準確地定位溫度變化的確切位置。系統(tǒng)通過光時域及光頻域反射測量法及連續(xù)FFT(快速傅立葉變換)對訊息進行處理，將微小的時空差別以頻率方式體

9、現(xiàn)出來，實現(xiàn)精確定位，從而構成一套精密的光纖線性感溫探測系統(tǒng)。感溫光纖探測器是目前地下區(qū)間隧道比較理想的火災探測器。各類現(xiàn)場級火災探測器如同F(xiàn)AS系統(tǒng)的感知器官，布設在地鐵范圍內(nèi)的各個空間，以全面探測火情。3 城市軌道交通FAS系統(tǒng)的現(xiàn)狀 3. 1 車站級FAS系統(tǒng) 火災自動報警系統(tǒng)是地鐵自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分, 它是利用計算機技術、檢測技術和電子通訊技術, 以火災為監(jiān)控對象, 根據(jù)防火要求和特點而設計、構成和工作的。該系統(tǒng)既能對火災發(fā)生進行早期探測和自動報警, 又能根據(jù)火情位置, 及時輸出聯(lián)動滅火信號, 啟動相應的消防設施, 進行滅火，是將火災消滅在萌發(fā)狀態(tài), 最大限度地減少火災危害的

10、有力工具。根據(jù)火災自動報警系統(tǒng)的基本結構要求和基本設計形式，火災自動報警系統(tǒng)按照所采用的火災探測器、各種功能模塊和樓層顯示器等與火災控制器的連接方式，可分為多線制和總線制兩種應用形式；根據(jù)火災報警控制器進行火災檢測數(shù)據(jù)的處理和實現(xiàn)火災模式識別方式的不同，分為集中智能型和分布智能型兩種系統(tǒng)應用形式；按各個生產(chǎn)廠的系統(tǒng)實際產(chǎn)品形式，分為中控機、主子機和網(wǎng)絡通信系統(tǒng)應用形式。目前地鐵FAS系統(tǒng)采用的多為總線制分布智能型的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。，站級FAS系統(tǒng)是整個地鐵FAS系統(tǒng)的最基本組成單元，負責本站范圍內(nèi)的火災探測及消防聯(lián)動等功能，它是全線FAS網(wǎng)絡的一個節(jié)點單元，通過車站綜合控制室火災報警控制主機（F

11、ACP盤）納入到全線網(wǎng)絡，由控制中心統(tǒng)一管理。車站級火災自動報警系統(tǒng)基本結構如圖1所示。圖1 火災自動報警系統(tǒng)基本結構圖1 火災自動報警系統(tǒng)基本結構3. 2 全線FAS系統(tǒng)構成 地鐵FAS按兩級（中央、車站）管理三級（中央、車站、就地）控制設置全線系統(tǒng)。第一級為中央級，作為FAS集中監(jiān)控中心，設置于全線控制中心大樓內(nèi)；第二級為車站級，作為本地FAS消防控制室，設置于各車站的車站綜控室以及車輛段等的消防值班室；第三級為現(xiàn)場就地控制級。各車站設立自成體系的獨立報警系統(tǒng)和聯(lián)動控制系統(tǒng)，各站將FAS信息通過車站級火災報警控制器經(jīng)由全線骨干網(wǎng)傳輸?shù)娇刂浦行模行膶崿F(xiàn)對全線火災報警系統(tǒng)的監(jiān)視和統(tǒng)一防災指揮

12、調(diào)度。全線組網(wǎng)接口采用通用標準接口，接口協(xié)議開放。各站級火災報警控制器以下布設了數(shù)量龐大的各種火災探測器、控制模塊、監(jiān)測模塊等，用以及時探測火災災情，及時聯(lián)動相應設備運行到火災模式。FAS系統(tǒng)的全線構成及網(wǎng)絡結構如圖2所示。圖2 城市軌道交通FAS系統(tǒng)的全線構成網(wǎng)絡圖圖1 火災自動報警系統(tǒng)基本結構 圖2 城市軌道交通FAS系統(tǒng)的全線構成網(wǎng)絡圖3. 3消防聯(lián)動控制 FAS系統(tǒng)除完成可靠監(jiān)視火災發(fā)生、探測火災災情的功能外，另一大重要功能就是實現(xiàn)消防聯(lián)動，所謂地鐵FAS系統(tǒng)的消防聯(lián)動，就是指在地鐵運營范圍內(nèi)的任一地點發(fā)生火災的情況下，要由FAS系統(tǒng)來控制消防設備，聯(lián)動相關系統(tǒng)，及時撲滅地鐵火災?；馂?/p>

13、時，F(xiàn)AS系統(tǒng)需要聯(lián)動的控制的滅火系統(tǒng)設備有：消火栓滅火系統(tǒng)、自動水噴淋滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)。FAS系統(tǒng)需要聯(lián)動的防排煙系統(tǒng)設備有：防火卷簾門、擋煙垂壁、送風閥、排煙閥、防火閥、防煙防火閥等。FAS系統(tǒng)需要聯(lián)動的防災通訊設備有：電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)。FAS系統(tǒng)需要聯(lián)動的其他系統(tǒng)有：ISCS系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、火災應急照明及疏散指示系統(tǒng)、自動扶梯及電梯、屏蔽門、門禁、AFC等系統(tǒng)?；馂那闆r下，消防聯(lián)動設備及相關聯(lián)動系統(tǒng)是火災自動報警系統(tǒng)的重要控制對象，聯(lián)動控制的正確可靠與否，直接影響火災撲滅工作的成敗，除了FAS系統(tǒng)本身聯(lián)動相關設備外，BAS系統(tǒng)和ISCS系統(tǒng)配合完成其他相關系統(tǒng)的聯(lián)動，如通風空調(diào)的火災模式以及電梯、屏蔽門、AFC閘機等的聯(lián)動。隨著火災探測技術的發(fā)展，如高靈敏度吸氣式紅外探測技術、火災圖像探測技術、氣體探測技術、復合探測技術等火災探測技術的發(fā)展，以及模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、非火災條件等智能算法在火災報警探測算法方面的應用，新的火災探測技術和設備將會逐步應用到實際地鐵工程中，地鐵FAS系統(tǒng)也會朝著集成化、智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，系統(tǒng)的探測靈敏度及可靠性將會進一步提高，整個FAS系統(tǒng)將會更好地服務于城市軌道交通自動化系統(tǒng)，為人民的生命財產(chǎn)保駕護航。