城市軌道交通 FAS 系統(tǒng)淺析

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(zāi)探測技術(shù)的控制原理、探測算法及探測設(shè)備，分析了火災(zāi)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(gòu)成以及火災(zāi)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(shè)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(shè)行列。城市軌道交通工程車站主要設(shè)置于地下，為封閉空間，機電設(shè)備復(fù)雜，出入及停留車站人員繁多。一旦發(fā)生火災(zāi)，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(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（以下簡稱FAS），對火災(zāi)災(zāi)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(shè)備選型、系統(tǒng)機構(gòu)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(jié)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(zāi),雖然沒有公布有關(guān)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 年共發(fā)生地鐵火災(zāi)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(zāi)事故造成126 人死亡,146 人受傷,另有318 人失蹤。2 火災(zāi)探測技術(shù)在城市軌道交通FAS系統(tǒng)中的應(yīng)用 2. .1 火災(zāi)探測技術(shù)的控制原理 火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復(fù)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(zāi)一旦產(chǎn)生便以接觸式(物質(zhì)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?；馂?zāi)探測技術(shù)就是利用敏感元件將火災(zāi)中出現(xiàn)的物理化學特征轉(zhuǎn)換為另外一種易于處理的物理量。通過現(xiàn)代化的計算機、網(wǎng)絡(luò)及自動控制技術(shù)，把報警信息傳遞到報警控制器，為盡早撲滅火災(zāi)提供報警信號。2. .2 火災(zāi)探測算法 對火災(zāi)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(zāi)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(zāi)的判斷，是影響系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度及誤報率等性能的最重要因素，。這就是火災(zāi)探測算法。最為常用的火災(zāi)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(zāi)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(zāi)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(yù)先設(shè)定的相關(guān)閾值進行比較，當信號幅值超過閾值時，則直接輸出火災(zāi)報警信號。固定門限法可表示為：     ， 這里的Dy(t)=1表示判定為火災(zāi)，Dy(t)=0表示判定為非火災(zāi)，S為閾值，x(t)為火災(zāi)。 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(yù)定閾值S后，判決電路才輸出火災(zāi)報警信號，這種處理方法在一定程度上抑制了非火災(zāi)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(zāi)處理信號進行微分運算：  ，再把得到的火災(zāi)信號變化率值與設(shè)定的斜率率值進行比較，作出火災(zāi)判斷。當今許多的模擬量火災(zāi)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(yīng)不同應(yīng)用場合的需要。隨著火災(zāi)探測技術(shù)的發(fā)展, 出現(xiàn)了很多更加智能的火災(zāi)探測算法，最具有代表性的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法?；馂?zāi)參量隨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(zāi)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(yīng)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(zāi)，又有很低的誤報率。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)算法既增強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理信息的可理解性，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(zāi)探測系統(tǒng)的智能化程度。因此它在火災(zāi)探測領(lǐng)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(yīng)用，將會大大提高火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的報警可靠性。2. 3 火災(zāi)探測設(shè)備 根據(jù)探測方式不同, 火災(zāi)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(zāi)參數(shù)進行響應(yīng)的火災(zāi)探測器。目前大部分的火災(zāi)探測器屬于點型火災(zāi)探測器。(2) 線型火災(zāi)探測器: 這種火災(zāi)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(zāi)參數(shù)進行響應(yīng)。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(shè)置纜式線型定溫探測器、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(zāi)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(shè)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(shù)，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(dǎo)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(yīng)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(shù)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現(xiàn)出來，實現(xiàn)精確定位，從而構(gòu)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(zāi)探測器。各類現(xiàn)場級火災(zāi)探測器如同F(xiàn)AS系統(tǒng)的感知器官，布設(shè)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(zāi)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(shù)、檢測技術(shù)和電子通訊技術(shù), 以火災(zāi)為監(jiān)控對象, 根據(jù)防火要求和特點而設(shè)計、構(gòu)成和工作的。該系統(tǒng)既能對火災(zāi)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(yīng)的消防設(shè)施, 進行滅火，是將火災(zāi)消滅在萌發(fā)狀態(tài), 最大限度地減少火災(zāi)危害的有力工具。根據(jù)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要求和基本設(shè)計形式，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)按照所采用的火災(zāi)探測器、各種功能模塊和樓層顯示器等與火災(zāi)控制器的連接方式，可分為多線制和總線制兩種應(yīng)用形式；根據(jù)火災(zāi)報警控制器進行火災(zāi)檢測數(shù)據(jù)的處理和實現(xiàn)火災(zāi)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(yīng)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(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)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(luò)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(zāi)探測及消防聯(lián)動等功能，它是全線FAS網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點單元，通過車站綜合控制室火災(zāi)報警控制主機（FACP盤）納入到全線網(wǎng)絡(luò)，由控制中心統(tǒng)一管理。車站級火災(zāi)自動報警系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 圖1  火災(zāi)自動報警系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 3. 2  全線FAS系統(tǒng)構(gòu)成 地鐵FAS按兩級（中央、車站）管理三級（中央、車站、就地）控制設(shè)置全線系統(tǒng)。第一級為中央級，作為FAS集中監(jiān)控中心，設(shè)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(shè)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(shè)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(zāi)報警控制器經(jīng)由全線骨干網(wǎng)傳輸?shù)娇刂浦行?，中心實現(xiàn)對全線火災(zāi)報警系統(tǒng)的監(jiān)視和統(tǒng)一防災(zāi)指揮調(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(zāi)報警控制器以下布設(shè)了數(shù)量龐大的各種火災(zāi)探測器、控制模塊、監(jiān)測模塊等，用以及時探測火災(zāi)災(zāi)情，及時聯(lián)動相應(yīng)設(shè)備運行到火災(zāi)模式。FAS系統(tǒng)的全線構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 城市軌道交通FAS系統(tǒng)的全線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖 圖1  火災(zāi)自動報警系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 圖2  城市軌道交通FAS系統(tǒng)的全線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖3. 3消防聯(lián)動控制 FAS系統(tǒng)除完成可靠監(jiān)視火災(zāi)發(fā)生、探測火災(zāi)災(zāi)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(zāi)的情況下，要由FAS系統(tǒng)來控制消防設(shè)備，聯(lián)動相關(guān)系統(tǒng)，及時撲滅地鐵火災(zāi)?；馂?zāi)時，F(xiàn)AS系統(tǒng)需要聯(lián)動的控制的滅火系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(zāi)通訊設(shè)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(zāi)應(yīng)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?zāi)情況下，消防聯(lián)動設(shè)備及相關(guān)聯(lián)動系統(tǒng)是火災(zāi)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(zāi)撲滅工作的成敗，除了FAS系統(tǒng)本身聯(lián)動相關(guān)設(shè)備外，BAS系統(tǒng)和ISCS系統(tǒng)配合完成其他相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)動，如通風空調(diào)的火災(zāi)模式以及電梯、屏蔽門、AFC閘機等的聯(lián)動。隨著火災(zāi)探測技術(shù)的發(fā)展，如高靈敏度吸氣式紅外探測技術(shù)、火災(zāi)圖像探測技術(shù)、氣體探測技術(shù)、復(fù)合探測技術(shù)等火災(zāi)探測技術(shù)的發(fā)展，以及模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非火災(zāi)條件等智能算法在火災(zāi)報警探測算法方面的應(yīng)用，新的火災(zāi)探測技術(shù)和設(shè)備將會逐步應(yīng)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(luò)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(wù)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。