城市綜合管廊火災自動報警系統設計與應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】城市綜合管廊是用于容納城市工程管線的通道，為城市運轉的“血管動脈"。因此，保證其安全運營，有十分重要的意義。以某大型城市綜合管廊為例，分析綜合管廊火災特性，對比規范中火災自動報警系統設置要求的差異，根據實際情況，進行符合規范的設計，包括火災探測報警子系統、防火門監控子系統、應急照明和疏散指示子系統、消防廣播子系統、消防電話子系統、消防電源監控子系統、電氣火災監控子系統、超細干粉滅火子系統等。本項目采用合理的系統架構和有效的環網劃分，是沿海地區火災自動報警系統長距離傳輸設計的一次探索。

【關鍵詞】綜合管廊；火災自動報警；長距離；沿海地區。

0引言

綜合管廊，指建于城市地下，用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施。統籌安排城市工程管線在綜合管廊內的敷設，對集約利用城市建設用地，減少道路頻繁開挖，延長管線、路面使用壽命，提高資源有效利用率，有著顯著優勢，具有重要的意義。

當前，全國各地已建成一定體量的城市綜合管廊，但部分管廊缺乏養護，造成管廊設施損壞，使管廊安全運營存在隱患。因此，亟需對綜合管廊進行提升改造。隨著綜合管廊運營經驗的逐漸積累，規范不斷更新，綜合管廊設計理念也在不斷迭代。本項目以某沿海大型城市綜合管廊、電力隧道提升改造為例，結合現行規范，對火災自動報警系統設計進行概述，論述火災自動報警系統信息傳輸網絡、圖像與線型光束復合型火災探測器在沿海地區的應用。

1設計條件

1.1項目概況

本項目針對某沿海城市已建成的綜合管廊及電力隧道（以下簡稱“綜合管廊")進行提升改造，使廊內設施滿足日常運行需求。現狀綜合管廊存在以下問題:

①現狀綜合管廊消防、監控系統大部分未安裝。②部分綜合管廊由于建設年份較早，設計標準與現行《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015)《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》(GB51309-2018)等規范存在偏差，改造涉及部分需執行現行規范。③部分綜合管廊建設完畢后，缺乏養護，已安裝的通風、排水、照明系統設備出現不同程度的損壞，管廊內部分出現滲水、金屬設備腐蝕的情況。④項目所在地屬南亞熱帶海洋性季風氣候，受空氣中存在的鹽霧和水汽影響，綜合管廊內濕度大，如圖1所示。一般金屬制品易腐蝕，為此，設備選型應考慮防潮、防銹、防鹽霧，滿足沿海地區特殊的氣候條件使用要求。

本項目提升改造范圍，包括已建成的20.01km綜合管廊和21.03km電力隧道、一個主控中心(主消防控制中心)和一個分控中心(分消防控制中心)。按艙室分為雙艙綜合管廊、單艙綜合管廊、單艙電力隧道。入廊管線為:給水管道、中水管以及直飲水管、220kv及110kv高壓電纜、10kv中壓電纜、通信電纜。綜合管廊標準橫斷面圖如圖2~圖4所示。

現狀綜合管廊中，火災自動報警系統基本需新建，是本次提升改造的內容之一。其特點是與安全緊密相關，子系統數量多，且需滿足長距離傳輸的要求。

1.2綜合管廊火災情況特點

綜合管廊艙室火災危險性分類如表1所示，由表1可知，電力電纜火災危險性等級高，應引起足夠重視。電纜火災具有如下特點:

（1）綜合管廊平時僅有少量工作人員巡查，火災不易被察覺。

（2）電纜密集，一處電纜發生火災時，容易引起周圍電纜燃燒。

（3）綜合管廊空間小，燃燒時有害氣體大量釋放聚集，給生命安全帶來嚴重威脅。

（4）綜合管廊狹長，大型設備不易進場，外援撲救困難，災后線路搶修和恢復需要較長的時間。

（5）綜合管廊作為高壓輸電線路、中壓配電線路、主線和支線通信光纜的輸送通道，線路數量多，服務范圍廣，遇到火情，容易造成大范圍停產停電的嚴重后果。

由此可知，設置火災自動報警系統，對綜合管廊安全運營意義重大。

2火災自動報警系統設計

2.1系統形式的選擇

本項目包含一個主控中心和一個分控中心，故采用控制中心報警系統。

2.2火災自動報警系統框架

（1）在主控中心、分控中心設置中心火災報警控制柜，柜內設置火災報警聯動主機及各子系統主機；

（2）在綜合管廊含電力電纜艙室每4~8個防火分隔中，設置分區火災報警控制器(聯動型)及各子系統分區主機，包括分區消防電話主機(含光端機)、分區消防廣播主機(含光端機)、分區防火門監控器、分區消防電源監控器、分區電氣火災監控器。每個防火分區設置超細干粉滅火控制器，分區應急照明控制器按點位數量設置。根據回路數量和長度，設置分區分布式感溫光纖主機。圖5所示為某主干光纖環網火災自動報警主機拓撲圖。

（3）火災自動報警系統終端設備，設置在綜合管廊含電力電纜艙室的各防火分區內，包括分布式圖像與線型光束復合型火災探測器、點式感煙探測器、分布式線型感溫光纖、火災報警按鈕、聲光報警器、消防廣播、消防電話、防火門模塊、消防電源監控模塊、電氣火災監控模塊、應急照明、消防聯動裝置等。火災自動報警系統終端系統設備連接如圖6所示。

2.3信息傳輸網絡

火災自動報警系統可靠運行，離不開穩定的信息傳輸網絡，此處信息傳輸網絡，是指實現控制中心和管廊分區主機之間和主、分控中心之間的通信。

光纖通信網絡具備較高的通信可靠性及較大通信帶寬，單模光纖信道應用傳輸距離為2km。針對綜合管廊跨度較長、位置分散的特點，采用單模光纖環網通信是適合的。管廊分區主機與各防火分區內報警及聯動設備，通常采用總線連接。

為提高傳輸可靠性，減少線路故障影響范圍，將綜合管廊劃分為6個主干光纖環網，如圖7所示。按照就近接入，其中，4個環網接入主控中心，2個環網接入分控中心，同時，在主分控間敷設獨立光纜，用于主分控間主機通訊。火災自動報警系統的各子系統共用36芯光纜，可合理降低材料成本及人工成本，值得注意的是，考慮光纜芯數時，除各子系統需使用的光纖芯數外，建議為未來發展預留一定的備用芯數。

2.4火災探測報警子系統

在綜合管廊進料口夾層、通風口夾層設置手動報警按鈕及火災聲光報警器，綜合管廊每個防火分隔內均勻設置手動報警按鈕(帶電話插孔)及火災聲光報警器，防火分隔兩側各設置1套手動報警按鈕(帶電話插孔)、1套火災聲光報警器。

關于火災探測器的設置，相關規范要求有所不同，具體如表2所示.經分析可知:①感煙探測器應設置；②電纜表層感溫火災探測器應設置；③在設置有自動滅火系統時，應設置空間感溫探測器。

本項目采用在艙頂設置分布式感溫光纖監測空間溫度，通過Ｊ型膨脹鉤在艙頂吊裝，與艙頂距離約10cm，沿管廊和設備夾層通長敷設于管廊頂部的中心位置，但應避開局部熱源(如照明等)，分布式感溫光纖標準報警長度不大于3ｍ，每臺分區分布式感溫光纖主機出線回路應不超過4個，所有回路總長不超過10km。分布式感溫光纖通過分區分布式感溫光纖主機，就近接入分區火災報警控制器，同時，可通過分區分布式感溫光纖主機，上傳至主、分控中心內的分布式感溫光纖主機。

在電力電纜表層設置線型感溫火災探測器。

關于感煙探測器的選擇。由于地下管廊內環境潮濕，點型感煙火災探測器為敞口式，設備易銹蝕，維護成本高，采用分布式圖像與線型光束復合型火災探測器，可較好地解決這個問題。在防護等級、可靠性、穩定性均可滿足要求。分布式圖像與線型光束復合型火災探測器，由圖像探測及接收單元、光束發射單元兩部分組成。如圖8所示，圖像探測及接收單元采用特種攝像機采集火災的紅外光、可見光視頻圖像，接收光束發射光，再經過軟件對火焰的亮度、顏色、大小、形狀、紋理、邊緣特征、變化趨勢等成像特征進行分析，從而排除燈光、陽光、反光、輻射等各種干擾，給出火災報警信號。同時，在消防控制室通過視頻監控進行火災復核，準確無誤判斷火災報警和啟動應急處理，在滅火過程中，還可以查看火災蔓延和撲救的過程。光束發射單元采用近紅外、紫外兩個波段的光束，較長的紅外光探測大顆粒，較短的紫外光探測小顆粒，鑒于煙霧對不同波段光束的遮擋和穿透能力不同，系統可以同時偵測光源的衰減率和不同波段光源的衰減率，進而識別煙霧和區分水汽或灰塵。

綜合管廊凈高按2.8ｍ計時，考慮安裝支架，圖探中心安裝高度約2.5m。如圖9所示，可覆蓋圖像探測器盲區，故按不超過,100ｍ間距布置，布置時，需根據平面彎折及縱向起伏布置探測器，以滿足保護面積全覆蓋的要求。

項目地處沿海地區，環境十分潮濕，常規護罩上的普通玻璃容易產生凝露和水霧。為了解決這個難題，本項目采用專用多層鍍膜玻璃，在保持鏡片不小80%的高透光率下，使水和油脂等大多數物體不易附著在玻璃上，大大降低凝露對探測器的影響，提高了探測器穩定性，有效延長使用壽命。同時，要求防護等級為IP68以防潮、防銹、防鹽霧。

2.5防火門監控子系統

分區防火門監控器設置于投料口、通風口夾層，每4~8個防火分隔設置１臺。防火門位于疏散通道上，需要設置用于反饋防火門開閉狀態的門磁開關。在常開防火門的地方安裝電動閉門器，發生火災后由監控模塊控制關閉防火門。消防控制室應能顯示防火門工作狀態。

2.6應急照明和疏散指示子系統

按照規范要求，設置在離地面8m及以下的燈具，需要使用電壓等級不大于DC36V的A型燈具。現狀應急照明及疏散指示系統缺失破損較為嚴重，且電壓等級為AC220V，與現行規范不符，需按現行規范更換為DC36V燈具，燈具防護等級為IP65。

由于本項目設有消防控制室，消防應急照明和疏散指示系統采用集中電源集中控制型系統。

設置在有人值班的主、分控制室內的應急照明控制器起集中控制功能，其余設置在無人值班的管廊夾層內。應急照明控制器間，通過光纖組成環網。

每個防火分區內設置應急照明集中電源。從分區應急照明控制器至末端集中電源，通訊距離為1.5km，若超過需增加CAN中繼器。結合燈具數量和傳輸距離，合理設置分區應急照明控制器。

2.7消防廣播子系統

本項目采用控制中心報警系統，故需設置消防廣播。消防廣播系統架構分為三層：①主、分控中心內設置消防廣播主機及光端機；②綜合考慮功率放大器的功率和線路損耗，合理設置分區消防廣播主機；③在含電力電纜的艙室內、進料口夾層、通風口夾層內設置消防廣播。消防廣播為吸頂安裝，消防廣播獨立穿管敷設。

消防廣播和分區消防廣播主機采用耐火廣播線線相連。分區消防廣播主機與控制室內消防廣播主機由于距離較遠，需通過光端機進行光電轉換后，采用光纖傳輸。

2.8消防電話子系統

管廊內應設置通信系統，本工程將固定電話和消防專用電話合并，使用獨立的消防通訊系統，消防電話系統架構分為三層:①主、分控中心內，設置消防電話主機及光端機；②在管廊內適當區域，設置分區消防電話主機；③在夾層、管廊層內，每隔100m設置消防電話分機，消防電話分機和分區消防電話主機。

2.9消防電源監控子系統

針對每個防火分區消防電源進行監控，信號由分消防電源監控器上傳至控制室內防電源監控器消防電源監控器通過中文,實時顯示消防用電設備的供電電源和備用電源的工作狀態、故障報警信息，及被監測電源的電壓。準確顯示故障點的位置。

2.10電氣火災監測子系統

對每個防火分區電源總箱進行電氣火災監控，信號由分區電氣火災監控器上傳至控制室內電氣火災監控器，電氣火災監控系統對受控對象配電箱的剩余電流和過電流溫度情況實施監控，對配電線路的故障實施報警，并顯示其狀態，不切斷電源。

2.11超細干粉滅火子系統

超細干粉滅火系統包括控制和管網布置兩部分，與火災自動報警系統相關的是控制部分，系統應有自動控制方式，超細干粉自動滅火裝置的自動控制，在收到同一防火分區內兩個獨立火災報警信號后，才能啟動，并應啟動延遲，延遲時間不大于30s，每個防火分隔為１個滅火分區，著火時，應啟動著火點所在防火分隔及相鄰防火分隔的自動滅火裝置。

3安科瑞智慧消防平臺介紹

3.1平臺結構

3.2平臺主要功能介紹

3.2.1首頁

用戶登錄成功之后進入首頁，如圖所示。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態、設備分類、設備報警信息、報警分類、報警統計、設備臺賬信息等。其中百du地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

3.2.2消防子系統

智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統、防排煙子系統、消防水子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統、消防設備管理子系統和視頻監控子系統等。智慧用電子系統可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統進入智慧用電監控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節點顯示具體探測器的監控頁面。

消防水子系統可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監控消防水管網的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當消防水壓不夠，管網漏水時，系統也能實時地發出警報，能讓相關人員及時維修維護，保障消防安全。

防排煙子系統通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數據采集，實時秒級檢測煙霧，一且發現監測數劇超過風險閾值，APP、短信報警、電話報警統統上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業主、物業消防單位是哪個位置的火災隱情。

消防設備電源子系統實時監控消防系統各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態，確保消防設備供電正常，并對各個部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示。可長期記錄電壓電流運行參數，自動對消防電源一段時間的運行狀態進行分析，對可能產出問題的隱患進行警示。

防火門子系統通過與門禁報警、視頻識別的關聯，實時監控消防通道、安全出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全的生活、工作環境。

應急照明與疏散指示子系統可實現對各個應急燈具的實時監控和控制，當發生火災時，可準確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開消防應急指示燈的指示方向及應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引安全逃生方向。

視頻監控子系統數據部門收到感應端各子系統報警信息后，可調出報警位置關聯的監控攝像頭圖像，查看報警現場視頻輔助進行火情確認。實現火災報警子系統、消防水子系統、電氣火災子系統、防排煙子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統和視頻監控子系統的有機結合，實現了報警點和監控點的聯動。

消防設備管理子系統能夠將每個建筑、項目節點的所有消防設備和資產納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯動GIS調度子系統進行調度。

3.2.3隱患管理

隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發、隱患處理和隱患分析四個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息，并進行派發和處理操作，且對所有隱患進行統計分析。

3.2.4能耗分析

能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環比、能耗報表和能耗預測等五個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的能耗統計、同環比和報表，且按日、周、月等維度進行能耗預測分析。

3.2.5手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門、消防設備管理、視頻監控、火災報警等子系統的實時監控數據、報警信息、能耗統計等。

3.3推薦配置

3.3.1平臺服務器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

3.3.2系統現場硬件配置清單：

注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應根據現場回路電流大

3.4產品介紹

電氣火災監控探測器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網絡上傳，單表流量說明：

上傳間隔一分鐘，小于30M/月；

上傳間隔二分鐘，小于15M/月；

上傳間隔五分鐘，小于10M/月.

4結束語

（1）本項目綜合管廊長度較長規模大，火災自動報警子系統多，相關規范標準多，部分要求存在一定沖突，應需綜合考慮不同規范要求，對感煙、空間感溫、電纜表層感溫內容進行合理設計。

（2）將火災自動報警系統信息傳輸網絡中，采用光纖滿足長距離傳輸要求，采用環網形式可提高可靠性，并通過劃分若干子環網，進一步提高系統穩定性。

（3）分析圖像與線型光束復合型火災探測器的工作原理、設置要點及注意事項以滿足保護面積全覆蓋，是該探測器在綜合管廊中的一次有益實踐應用。

（4）通過提高設備防護等級、采用多層鍍膜玻璃防凝露等措施，達到防潮、防銹、防鹽霧，滿足沿海地區特殊的氣候條件使用要求，可供今后進行類似工程時參考視。

參考文獻

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