高速公路長隧道火災(zāi)檢測技術(shù)比較

高速公路長隧道火災(zāi)檢測技術(shù)比較張斌（福建省高速公路監(jiān)控中心福州350001）摘要簡要介紹高速公路長隧道火災(zāi)檢測的功能要求，比較線性空氣管差溫檢測器、線性感溫電纜火災(zāi)報(bào)警器、線性光纖分布式溫度檢測器、雙波長火焰探測火災(zāi)檢測技術(shù)及其產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞隧道火災(zāi)檢測技術(shù)1問題的提出高速公路長隧道是高速公路上涉及火災(zāi)安全的最重要結(jié)構(gòu)物，也是高速公路交通安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)和重點(diǎn)之一。高速公路因受其結(jié)構(gòu)物特殊的限制，洞內(nèi)路面比路基段少了緊急停車帶，車輛發(fā)生事故或異常事件時(shí)只能?？啃械溃磧?nèi)空間封閉，且交通規(guī)則規(guī)定洞內(nèi)不允許車輛變換行一道，交通控制標(biāo)志復(fù)雜，因此隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后極易產(chǎn)生大量煙霧，有毒氣體，造成洞內(nèi)缺氧、能見度降低、受困人員和車輛難以逃生。國內(nèi)外在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)及惡性交通事故，并造成巨大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事件常有新聞報(bào)道，而且高速公路隧道發(fā)生火災(zāi)后交通堵塞難以及時(shí)疏通，影響高速公路通行費(fèi)收入，以及造成不良的社會影響。因此，高速公路長隧道內(nèi)火災(zāi)檢測系統(tǒng)及其消防設(shè)施完備情況往往成為道路能否安全開通的先決條件，并歷來受各級公路管理部門的重視。2隧道火災(zāi)檢測功能要求隧道內(nèi)火災(zāi)檢測系統(tǒng)是針對長隧道內(nèi)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并產(chǎn)生報(bào)警號通知管理部門，及時(shí)阻止或低火災(zāi)對人員和車輛破壞，防止后續(xù)車輛毫不知情繼續(xù)進(jìn)入火災(zāi)隧道，擴(kuò)大了的事故的損失?；馂?zāi)檢測系統(tǒng)是長隧道交通安全監(jiān)控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要組成部分，并且火災(zāi)檢測信號是隧道交通控制的重要信號來源，一旦有火災(zāi)檢測信號產(chǎn)生，隧道交通控制系統(tǒng)將根據(jù)檢測到的火災(zāi)位置相應(yīng)控制洞口和洞內(nèi)的交通信號燈和車道控制標(biāo)志，自動啟動洞內(nèi)風(fēng)機(jī)和照明系統(tǒng)，通過洞外可變情報(bào)標(biāo)志發(fā)布隧道火災(zāi)信息，提醒司乘人員注意；洞內(nèi)電視監(jiān)視系統(tǒng)根據(jù)檢測位置切換事故位置圖象，并啟動自動錄像設(shè)備；同時(shí)通知高速公路緊急施救、路政管理、道路養(yǎng)護(hù)等部門及時(shí)趕往事故現(xiàn)場，因此隧道火災(zāi)檢測系統(tǒng)的一般功能和技術(shù)要求如下：（1） 系統(tǒng)必須全天候連續(xù)24h對隧道環(huán)境情況進(jìn)行檢測，檢測范圍必須覆蓋隧道全部長度；（2） 系統(tǒng)運(yùn)行必須高效可靠，檢測精度高，檢測響應(yīng)時(shí)間盡可能短，并降低系統(tǒng)誤報(bào)和漏報(bào)機(jī)會；（3） 設(shè)備和材料必須壽命長，在一般火災(zāi)發(fā)生后不發(fā)生破壞性損壞，可重復(fù)使用；（4） 系統(tǒng)應(yīng)有自動檢測功能，自動診斷系統(tǒng)出現(xiàn)的故障情況，確保系統(tǒng)始終處于有效工作狀態(tài)；（5） 系統(tǒng)必須對檢測到的火災(zāi)位置進(jìn)行有效的定位，定位精度應(yīng)達(dá)到隧道控制設(shè)備能夠據(jù)此準(zhǔn)確地啟動設(shè)備和發(fā)布信息；系統(tǒng)安裝容易，維護(hù)方便；系統(tǒng)設(shè)備適應(yīng)隧道內(nèi)復(fù)雜環(huán)境工作，如溫度、溫度、油煙、粉塵、汽車尾氣、射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流、照明、四季天氣變換等。3隧道火災(zāi)檢測技術(shù)發(fā)展隧道火災(zāi)檢測技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了較長的過程，隨著世界各國公路交通發(fā)展和隧道火災(zāi)檢測要求提高，涌現(xiàn)了許多隧道火災(zāi)檢測技術(shù)，檢測產(chǎn)品也呈多樣化發(fā)展，產(chǎn)品可靠性、檢測效率、準(zhǔn)確率、靈敏度及響應(yīng)應(yīng)時(shí)間等技術(shù)性能指標(biāo)日益提高和優(yōu)化，相反產(chǎn)品價(jià)格則逐漸降低，產(chǎn)品整體性能價(jià)格比不斷提高。根據(jù)國內(nèi)外隧道使用的火災(zāi)檢測技術(shù)和設(shè)備，及火災(zāi)可檢測因素設(shè)計(jì)，隧道火災(zāi)檢測技術(shù)主要分為感煙型、感溫型和感光型三類，而當(dāng)前使用較普遍的主要感溫型，其產(chǎn)品種類較多，選擇余地較大，產(chǎn)品價(jià)格適中，代表產(chǎn)品有瑞士公司生產(chǎn)的BMZ線性感溫檢測器，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于歐洲、澳大利亞、亞洲和中國主要用在四川成渝高速公路龍泉山隧道上、上海過江隧道、福建泉廈高速公路大坪山隧道等，國內(nèi)近年也開發(fā)出部分火災(zāi)檢測產(chǎn)品，如成都康達(dá)電子有限公司的隧道專用火災(zāi)檢測產(chǎn)品，如成都康達(dá)電子有限公司的隧道專用火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，在國內(nèi)高速公路隧道中也得到使用；而唯一采用感光型的火災(zāi)檢測器是日本能美公司的雙波長火焰探測器，在日本大有取代感溫型火災(zāi)檢測技術(shù)的趨勢，使用效果較好。4隧道火災(zāi)檢測技術(shù)比較線性空氣管差溫火災(zāi)檢測器。線性空氣管差溫火災(zāi)檢測器工作原理是利用布設(shè)于隧道頂部的封閉銅管隧道火災(zāi)產(chǎn)生的熱氣流影響引起銅管內(nèi)空氣壓力增大，形成與之相通密封盒內(nèi)氣體之間的壓力差，一旦壓力差達(dá)到設(shè)定值后，即觸動電子開關(guān)，產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號；檢測原理相對簡單，但有效，控制報(bào)警信號主要通過隧道內(nèi)空氣溫升速率值完成，周圍環(huán)境溫度緩慢上升則通過一根毛細(xì)管進(jìn)行壓力釋放，不會產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號，其對隧道內(nèi)火災(zāi)的分區(qū)定位功能則需要通過感溫空氣管分段獨(dú)立安裝檢測設(shè)備系統(tǒng)和控制單元來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用中一般按50?80m間距進(jìn)行布設(shè)。該產(chǎn)品控制單元數(shù)量多，檢測信號傳輸控制復(fù)雜、安裝于洞頂?shù)目諝忏~管易受隧道內(nèi)車輛排放尾氣、油煙及灰塵的污染，影響空氣管熱傳導(dǎo)速度和敏感性，檢測時(shí)間較長，同時(shí)置于洞頂?shù)目諝夤懿牧衔廴竞蟛灰拙S護(hù)和清洗，從而影響設(shè)備后期的使用。國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用該檢測技術(shù)的項(xiàng)目有福建泉廈高速公路大坪山隧道、重慶中梁山隧道、縉云山隧道、廣東清遠(yuǎn)一連縣高速公路焦中隧道、石倉嶺隧道、浙江甬臺溫高速公路的大溪嶺一湖霧嶺隧道等，使用較普遍，但總體產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性不夠理想，靈敏度調(diào)節(jié)難以穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤報(bào)警，延遲報(bào)警或超報(bào)警，目前已有重慶中梁山隧道和縉云山隧道的空氣管差溫火災(zāi)檢測器無法工作。線性感溫電纜火災(zāi)報(bào)警器。線性感溫電纜火災(zāi)報(bào)警器是利用布設(shè)于隧道全長范圍內(nèi)的特殊感溫電纜在不同環(huán)境溫度下，感溫電纜的物理參數(shù)表現(xiàn)出不同的參數(shù)值的原理來實(shí)時(shí)檢測電纜長度范圍內(nèi)的周圍環(huán)境溫度和溫升速率，對火災(zāi)檢測位置的定位和分區(qū)主要是通過感溫電纜按分區(qū)需要分段獨(dú)立設(shè)置不同檢測區(qū)實(shí)現(xiàn)，一般情況按50m間距布設(shè)，信號傳輸和控制類似于線性空氣管溫差火災(zāi)檢測器，下端控制單元數(shù)量較多，同時(shí)該檢測設(shè)備也存在檢測效果受隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流影響，感溫電纜材料易受隧道內(nèi)車輛排放尾氣、油煙和灰塵污染，影響感溫電纜材料的溫度敏感性，檢測參數(shù)需要根據(jù)隧道環(huán)境和感溫電纜材料受油顆污染程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，隧道洞頂感溫電纜的清潔和維護(hù)困難。該檢測設(shè)備主要用途是應(yīng)用于電纜絕和橋架等場所內(nèi)動力電纜的溫度檢測，上海延安隧道曾使用該產(chǎn)品用于隧道火災(zāi)檢測，但實(shí)際效果不理想。（3）線性光纖分布式溫度檢測器。光纖分布式溫度檢測系統(tǒng)工作原理為光纖溫度雷達(dá)中采用的雷達(dá)技術(shù)，激光光源沿著光纖注入光脈沖，脈沖大部分能傳到光纖末端并消失，只有少部分拉曼散射光會沿著光纖反射回來，且該部分反射回來的拉曼散射光物理性值會隨著光纖溫度的變化而變化，通過對反射回來的拉曼散射光進(jìn)行分析處理，判斷整條光纖方向的溫度分布情況。光纖分布式溫度檢測器一般由控制器（含激光發(fā)射器）和邊疆光纖組成，光纖采用標(biāo)準(zhǔn)漸變折射率的多模光纖作為溫度傳感器，通過采用不同的光纖護(hù)套以適應(yīng)不同環(huán)境溫度，如采用鋁等金屬，可確保光纖于500^高溫下不損壞。監(jiān)測范圍達(dá)30km基本可涵蓋公路上所有長度隧道的火災(zāi)檢測范圍，溫度檢測時(shí)間在3s以內(nèi)，檢測精度較高。該檢測器的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)方案簡單，控制設(shè)備少，檢測距離長，且不中斷，無中繼設(shè)備，光纖即是感溫元件，又是信號傳輸媒體，不受周圍環(huán)境中電磁波干擾，可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的預(yù)警、火災(zāi)趨勢分析及火災(zāi)報(bào)警的智能化預(yù)警控制功能；火災(zāi)報(bào)警控制方式可通過溫度值，也可通過溫升速率進(jìn)行監(jiān)控，該檢測系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，安裝方便，并可對光纖損壞、設(shè)備故障等進(jìn)行自檢。目前該檢測技術(shù)主要代表產(chǎn)品為英國BOOM公司生產(chǎn)的分布式光纖溫度檢測器，在英國倫敦的地下泰晤士河底隧道中首次應(yīng)用，但該檢測技術(shù)早期主要是利用其有效的抗電磁干擾作用，針對電力系統(tǒng)電力電纜的表面溫度檢測進(jìn)行開發(fā)的，溫度檢測精度較高，可實(shí)現(xiàn)溫度成長趨勢判斷和預(yù)警控制。與公路隧道火災(zāi)檢測出隧道火災(zāi)，并報(bào)警，即主要檢測隧道溫升速率值，對溫度檢測精度不是要求太高，同時(shí)置于鋼管內(nèi)的光纖在隧道中極易受到汽車排放的尾氣、油煙及車輛行駛中揚(yáng)起灰塵的污染影響，以及隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流影響，且造價(jià)較高。（4）雙波長火焰探測器。雙波長火探測器，顧名思義就是利用檢測火災(zāi)特有的火焰長來檢測隧道火災(zāi)，該產(chǎn)品主要是日本能美公司通過研究日本公路隧道大量的火災(zāi)情況后，專門開發(fā)的一項(xiàng)檢測技術(shù)產(chǎn)品，并通過了隧道內(nèi)實(shí)情火災(zāi)檢驗(yàn)。自90年代初以來，在日本在量的公路隧道內(nèi)采用了該項(xiàng)火災(zāi)檢測技術(shù)和產(chǎn)品，使用效用明顯好于感溫型檢測設(shè)備，該項(xiàng)技術(shù)于1981年被納入了日本《公路隧道消防設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》，更適合于公路隧道內(nèi)因汽車燃料燃燒或車載易燃易爆危險(xiǎn)物品爆炸時(shí)產(chǎn)生火災(zāi)特征，檢測時(shí)間短，報(bào)警速度快。雙波長火焰探測器的工作原理是利用安裝于隧道側(cè)壁的火焰波長探測設(shè)備，檢測火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰的波長，及火焰閃爍特定的頻率，經(jīng)分析火災(zāi)燃燒的變化頻率和火災(zāi)的光譜分布特性后判斷出火災(zāi)的發(fā)生情況。該檢測技術(shù)主要是針對隧道內(nèi)的車輛火災(zāi)或汽油火災(zāi)，且必須要產(chǎn)生明火，只要火災(zāi)發(fā)生，檢測到火焰就產(chǎn)生報(bào)警，這一點(diǎn)與感溫判斷火災(zāi)截然不同，不需要溫度與火災(zāi)的判斷，也不通過溫度趨勢變化判斷火災(zāi)，因此不會產(chǎn)生誤報(bào)情況。該設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成較簡單，一般包括火災(zāi)報(bào)警控制器和布設(shè)隧道側(cè)壁的雙波長火焰探測器，火焰探測器間距為50?80m，所有探測器檢測信號通過一根總線進(jìn)行傳輸。雙波長火焰探測器最明顯優(yōu)點(diǎn)是檢測靈敏度高，可靠性高，誤報(bào)少，不受隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流影響和汽車車頂燈、照明熒光燈、鈉燈、報(bào)警旋轉(zhuǎn)燈的影響，對于汽車尾氣、油煙及塵士造成探測器受光窗污染達(dá)50%，仍可以檢測火災(zāi)，且探測器受光窗清潔十分方便，不需要專門工具。但其缺點(diǎn)是對直射的太陽光會產(chǎn)生誤報(bào)，因此要求隧道洞口處安裝遮光棚，以遮擋太陽直射光影響離洞口最近的探測器。在日本，70%以上的公路隧道采用雙波