龔凱

（平潭綜合實驗區(qū)城市投資建設(shè)集團有限公司）

1 引言

綜合管廊作為城市重要“生命線”，匯集了電力、通信、燃氣、給排水等電纜或管線，其狹長型構(gòu)筑空間、繁雜的附屬機電設(shè)備、入廊管線具有一定危險性，使得管廊的消防與安全問題尤為突出。因此，火災(zāi)事件的早期識別和精準定位顯得至關(guān)重要。

目前，綜合管廊常用的火災(zāi)探測器有點型感煙火災(zāi)探測器、圖像型感煙火災(zāi)探測器、纜式線型感溫火災(zāi)探測器（以下簡稱：“感溫電纜”）和分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測器（以下簡稱：“感溫光纖”）。由于各種探測技術(shù)的手段和優(yōu)缺點不同，為快速響應(yīng)和處置綜合管廊火災(zāi)事故，新型火災(zāi)探測技術(shù)的適用性研究已成為亟需解決的關(guān)鍵問題。

本文以平潭綜合實驗區(qū)環(huán)島路綜合管廊項目（以下簡稱本項目）為例，針對綜合管廊特殊構(gòu)造下的電氣火災(zāi)特點，通過現(xiàn)場模擬火災(zāi)試驗，檢驗并分析非接觸式纜式線型感溫火災(zāi)探測器（以下簡稱：“非接觸式感溫電纜”）和光束復(fù)合圖像感煙火災(zāi)探測器（以下簡稱：“智能圖像火災(zāi)探測器”）的性能特性，以為綜合管廊的建設(shè)和運維提供參考依據(jù)。

2 目前綜合管廊火災(zāi)探測方法及存在問題

根據(jù)《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)工程技術(shù)標準》（GB/T 51247-2017）的規(guī)定，火災(zāi)自動報警的艙室應(yīng)設(shè)置感煙火災(zāi)探測器，需要聯(lián)動觸發(fā)自動火災(zāi)滅火系統(tǒng)的艙室應(yīng)設(shè)置感溫火災(zāi)探測器[2]，即干線、支線綜合管廊含電力電纜的艙室必須同時設(shè)置感溫和感煙火災(zāi)探測器。

感溫火災(zāi)探測器主要有感溫電纜和感溫光纖。感溫電纜靈敏度高，誤報率低，但在強電磁場的環(huán)境下，易受電磁干擾，且感溫電纜無溫度顯示功能也無法對火災(zāi)精確定位。感溫光纖具有高可靠性、高安全性、抗電磁干擾能力強、絕緣性能高等優(yōu)點，但其對小尺寸火焰不響應(yīng)，不適用在局部發(fā)熱或局部起火就需要快速響應(yīng)的場所。為了保證線型感溫火災(zāi)探測器的探測有效性，《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50116-2013）規(guī)定，感溫電纜應(yīng)采用“S”形布置在每層電纜的上表面，感溫光纖應(yīng)采用一根感溫光纖保護一根動力電纜的方式，沿動力電纜敷設(shè)[1]。然而，這種接觸式的安裝方式存在諸多缺點。首先高壓動力電纜接頭由于制作工藝或外部損傷，發(fā)生漏電或爆炸時，感溫電纜可能被擊穿并將高壓串到低壓供電系統(tǒng)中，存在重大安全隱患；其次，該安裝方式對于后期動力電纜的入廊施工，易造成探測器損傷，尤其是感溫光纖，一旦受力擠壓易引起誤報甚至折斷損壞。

感煙火災(zāi)探測器主要有點型感煙火災(zāi)探測器和圖像型感煙火災(zāi)探測器[2]，根據(jù)GB/T51247-2017 的規(guī)定，上述兩種火災(zāi)探測器均可用于綜合管廊，但在工程實際中，點型感煙火災(zāi)探測器因管廊地下環(huán)境潮濕、多塵、凝露易引起誤報和故障。

3 非接觸式感溫電纜與智能圖像感煙火災(zāi)探測技術(shù)

3.1 非接觸式感溫電纜探測技術(shù)

隨著新型傳感技術(shù)的快速發(fā)展，目前非接觸式感溫電纜正廣泛用于國內(nèi)綜合管廊建設(shè)。非接觸式感溫電纜由信號處理單元和敏感部件組成，敏感部件包括傳感電纜和中繼單元，中繼單元均布在傳感電纜上。工作原理為中繼單元中的高靈敏度復(fù)合式傳感器實時采集空間溫度，上傳至信號處理單元。當探測器所在的任一防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)，信號處理單元輸出火警信號，信號通過總線傳輸給火災(zāi)報警控制器實現(xiàn)火災(zāi)報警，同時遠程傳送至火災(zāi)報警上位機發(fā)出警報并顯示溫度信息、位置信息、歷史記錄等。

非接觸式感溫電纜，其傳感原理可將熱源精確定位，可實時監(jiān)測電纜溫度。通過架空安裝，便于動力電纜的施工及維護，且有較避免了電磁干擾，減低了誤報率。

3.2 智能圖像感煙探測技術(shù)

圖像感煙識別系統(tǒng)由彩色/黑白攝像機、圖像采集與預(yù)處理、DSP 處理器、紅/紫外背景光源和輸入/輸出界面組成。工作原理是通過CCD 獲取圖像中煙、火的顏色、形狀、輪廓、紋理、運動特征以及光譜特征、空間幾何特征等多種因素，利用并行數(shù)字處理器DSP 進行量化分析、火災(zāi)特性參數(shù)的計算、數(shù)據(jù)融合以及報警決策來實現(xiàn)高效的火災(zāi)探測。

智能圖像火災(zāi)探測器較傳統(tǒng)的圖像型感煙火災(zāi)探測器（VID）僅配置紅外光源，設(shè)備采用兩個波長（紅外、紫外）的光束光源，可有效避免水蒸汽、揚塵及環(huán)境光線變化引起誤報的不利影響，確保了火災(zāi)探測器在遠距離、低照度條件下煙霧或火焰的探測能力。探測器輸出兩類信號。一類是繼電器報警信號，該信號與非接觸式感溫電纜報警信號聯(lián)動觸發(fā)自動滅火系統(tǒng)。另一類是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)信號，主要傳輸探測器的監(jiān)控視頻，通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

4 綜合管廊火災(zāi)探測器報警實踐

4.1 工程項目應(yīng)用情況

本項目采用的可恢復(fù)式非接觸式感溫電纜，標準報警長度為1m，10℃～30℃/min 的差溫動作速率響應(yīng)時間為15s ～180s，定溫動作溫度為85℃。安裝敷設(shè)方式如圖1 所示，敏感部件通過固定卡具沿電纜托架下表面的中心線架空吊裝敷設(shè)在動力電纜上方。

采用的智能圖像火災(zāi)探測器，分辨率為1080P；像素500 萬；照度等級：彩色≤0.01Lux，黑色≤0.001Lux；火災(zāi)響應(yīng)時間：火焰5s ～30s，煙霧10s ～60s。智能圖像火災(zāi)探測器沿電力艙艙頂縱向中心線每100m 布置一套（與視頻監(jiān)控系統(tǒng)合用）。兩種火災(zāi)探測器在綜合管廊的安裝布置如圖2 所示。

圖1 直線吊裝示意圖

圖2 綜合管廊電力艙剖面布置圖

4.2 火災(zāi)探測器報警模擬試驗

試驗針對綜合管廊可能出現(xiàn)的電氣火災(zāi)，開展火災(zāi)探測有效性檢驗。

1）試驗工況設(shè)置

將非接觸式感溫電纜的架空高度分別置于試驗電纜上方300mm 和550mm，智能圖像火災(zāi)探測器與試驗電纜位置的直線距離為50m。

①用丙烷氣體引燃試驗電纜模擬電纜接頭的閃爍和火焰；

②設(shè)置電纜短路模擬裝置使試驗電纜因表面溫度逐漸均勻上升直至燃燒，以5℃/min 的升溫速率測試探測器的定溫動作性能，以10℃/min 的升溫速率測試探測器的差溫動作性能，并利用熱電偶測量試驗電纜表面溫度。經(jīng)實測兩種升溫速率分別為（4℃～6℃）/min(以下簡稱“慢速升溫速率”)和（12℃～15℃）/min(以下簡稱“快速升溫速率”)。

2）試驗結(jié)果分析

①電纜接頭火焰模擬試驗

電纜引燃后計時，300mm 架空高度，非接觸式感溫電纜在第7s 報警，智能圖像火災(zāi)探測器在第21s 火焰報警；550 mm 架空高度，非接觸式感溫電纜在第10s 報警，智能圖像火災(zāi)探測器在第17s 火焰報警。試驗結(jié)果表明：非接觸式感溫電纜對小尺寸高溫響應(yīng)很快。智能圖像火災(zāi)探測器的響應(yīng)時間受動力電纜、電纜支架和托架等遮擋物的影響，當試驗電纜燃燒的火焰較大時，探測器才能捕捉到火焰視頻圖像并發(fā)出警報。

②電纜短路溫升模擬試驗

試驗數(shù)據(jù)如表1 所示。數(shù)據(jù)表明：非接觸式感溫電纜的報警速度主要受升溫速率的影響，若起火初期溫度低，其報警時間較長。同時，針對試驗電纜因短路產(chǎn)生的緩慢升溫，智能圖像火災(zāi)探測器能夠及時探測可燃物產(chǎn)生的煙，彌補非接觸式感溫電纜對初期火災(zāi)探測的不足。

表1 300mm 和550mm 架空高度快慢速升溫數(shù)據(jù)

上述兩項試驗證明，兩種火災(zāi)探測器取長補短，相互配合下可快速觸發(fā)自動滅火系統(tǒng)聯(lián)動信號，使火情得到及時控制。由于本試驗條件有限，未將感溫電纜和感溫光纖納入試驗與非接觸感溫電纜進行性能的橫向?qū)Ρ?，但國?nèi)許多學(xué)者針對非接觸式感溫探測技術(shù)取得的研究成果驗證了非接觸式感溫電纜比接觸式安裝的感溫電纜和感溫光纖火災(zāi)響應(yīng)時間快得多[3-4]。

5 結(jié)語

非接觸式感溫電纜解決了感溫電纜和感溫光纖探測性能上的局限性，通過與智能圖像火災(zāi)探測器的組合應(yīng)用，發(fā)揮了兩類火災(zāi)探測器的優(yōu)點，進一步提高火災(zāi)自動探測系統(tǒng)的整體可靠性。同時非接觸感溫電纜先進的安裝方式擴大了保護面積，減少了設(shè)備材料的用量，降低了工程造價。該組合在平潭綜合實驗區(qū)環(huán)島路綜合管廊項目的火災(zāi)監(jiān)測中效果良好，具有很好的推廣意義。