高速公路長(zhǎng)隧道火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)比較

高速公路長(zhǎng)隧道火災(zāi)檢測(cè)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(jiǎn)要介紹高速公路長(zhǎng)隧道火災(zāi)檢測(cè)的功能要求，比較線性空氣管差溫檢測(cè)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(cè)器、雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)火災(zāi)檢測(cè)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(cè)技術(shù)1問(wèn)題的提出高速公路長(zhǎng)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?，洞內(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(jiàn)度降低、受困人員和車輛難以逃生。國(guó)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(huì)影響。因此，高速公路長(zhǎng)隧道內(nèi)火災(zāi)檢測(cè)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(kāi)通的先決條件，并歷來(lái)受各級(jí)公路管理部門的重視。2隧道火災(zāi)檢測(cè)功能要求隧道內(nèi)火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)長(zhǎng)隧道內(nèi)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并產(chǎn)生報(bào)警號(hào)通知管理部門，及時(shí)阻止或低火災(zāi)對(duì)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(cè)系統(tǒng)是長(zhǎng)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(cè)信號(hào)是隧道交通控制的重要信號(hào)來(lái)源，一旦有火災(zāi)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生，隧道交通控制系統(tǒng)將根據(jù)檢測(cè)到的火災(zāi)位置相應(yīng)控制洞口和洞內(nèi)的交通信號(hào)燈和車道控制標(biāo)志，自動(dòng)啟動(dòng)洞內(nèi)風(fēng)機(jī)和照明系統(tǒng)，通過(guò)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(cè)位置切換事故位置圖象，并啟動(dòng)自動(dòng)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(chǎng)，因此隧道火災(zāi)檢測(cè)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(duì)隧道環(huán)境情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)范圍必須覆蓋隧道全部長(zhǎng)度；（2） 系統(tǒng)運(yùn)行必須高效可靠，檢測(cè)精度高，檢測(cè)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(huì)；（3） 設(shè)備和材料必須壽命長(zhǎng)，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(dòng)檢測(cè)功能，自動(dòng)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(duì)檢測(cè)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(dòng)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(cè)技術(shù)發(fā)展隧道火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了較長(zhǎng)的過(guò)程，隨著世界各國(guó)公路交通發(fā)展和隧道火災(zāi)檢測(cè)要求提高，涌現(xiàn)了許多隧道火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)產(chǎn)品也呈多樣化發(fā)展，產(chǎn)品可靠性、檢測(cè)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(guó)內(nèi)外隧道使用的火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備，及火災(zāi)可檢測(cè)因素設(shè)計(jì)，隧道火災(zāi)檢測(cè)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(cè)器，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于歐洲、澳大利亞、亞洲和中國(guó)主要用在四川成渝高速公路龍泉山隧道上、上海過(guò)江隧道、福建泉廈高速公路大坪山隧道等，國(guó)內(nèi)近年也開(kāi)發(fā)出部分火災(zāi)檢測(cè)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(cè)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)，在國(guó)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(cè)器是日本能美公司的雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器，在日本大有取代感溫型火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)的趨勢(shì)，使用效果較好。4隧道火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)比較線性空氣管差溫火災(zāi)檢測(cè)器。線性空氣管差溫火災(zāi)檢測(cè)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(dòng)電子開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)；檢測(cè)原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但有效，控制報(bào)警信號(hào)主要通過(guò)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(guò)一根毛細(xì)管進(jìn)行壓力釋放，不會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，其對(duì)隧道內(nèi)火災(zāi)的分區(qū)定位功能則需要通過(guò)感溫空氣管分段獨(dú)立安裝檢測(cè)設(shè)備系統(tǒng)和控制單元來(lái)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(cè)信號(hào)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(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，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(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用該檢測(cè)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(cāng)嶺隧道、浙江甬臺(tái)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(cè)器無(wú)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(zhǎng)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(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)電纜長(zhǎng)度范圍內(nèi)的周圍環(huán)境溫度和溫升速率，對(duì)火災(zāi)檢測(cè)位置的定位和分區(qū)主要是通過(guò)感溫電纜按分區(qū)需要分段獨(dú)立設(shè)置不同檢測(cè)區(qū)實(shí)現(xiàn)，一般情況按50m間距布設(shè)，信號(hào)傳輸和控制類似于線性空氣管溫差火災(zāi)檢測(cè)器，下端控制單元數(shù)量較多，同時(shí)該檢測(cè)設(shè)備也存在檢測(cè)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(cè)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(cè)設(shè)備主要用途是應(yīng)用于電纜絕和橋架等場(chǎng)所內(nèi)動(dòng)力電纜的溫度檢測(cè)，上海延安隧道曾使用該產(chǎn)品用于隧道火災(zāi)檢測(cè)，但實(shí)際效果不理想。（3）線性光纖分布式溫度檢測(cè)器。光纖分布式溫度檢測(cè)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(huì)沿著光纖反射回來(lái)，且該部分反射回來(lái)的拉曼散射光物理性值會(huì)隨著光纖溫度的變化而變化，通過(guò)對(duì)反射回來(lái)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(cè)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(guò)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(cè)范圍達(dá)30km基本可涵蓋公路上所有長(zhǎng)度隧道的火災(zāi)檢測(cè)范圍，溫度檢測(cè)時(shí)間在3s以內(nèi)，檢測(cè)精度較高。該檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)方案簡(jiǎn)單，控制設(shè)備少，檢測(cè)距離長(zhǎng)，且不中斷，無(wú)中繼設(shè)備，光纖即是感溫元件，又是信號(hào)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(shì)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(guò)溫度值，也可通過(guò)溫升速率進(jìn)行監(jiān)控，該檢測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，安裝方便，并可對(duì)光纖損壞、設(shè)備故障等進(jìn)行自檢。目前該檢測(cè)技術(shù)主要代表產(chǎn)品為英國(guó)BOOM公司生產(chǎn)的分布式光纖溫度檢測(cè)器，在英國(guó)倫敦的地下泰晤士河底隧道中首次應(yīng)用，但該檢測(cè)技術(shù)早期主要是利用其有效的抗電磁干擾作用，針對(duì)電力系統(tǒng)電力電纜的表面溫度檢測(cè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，溫度檢測(cè)精度較高，可實(shí)現(xiàn)溫度成長(zhǎng)趨勢(shì)判斷和預(yù)警控制。與公路隧道火災(zāi)檢測(cè)出隧道火災(zāi)，并報(bào)警，即主要檢測(cè)隧道溫升速率值，對(duì)溫度檢測(cè)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(zhǎng)火焰探測(cè)器。雙波長(zhǎng)火探測(cè)器，顧名思義就是利用檢測(cè)火災(zāi)特有的火焰長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)隧道火災(zāi)，該產(chǎn)品主要是日本能美公司通過(guò)研究日本公路隧道大量的火災(zāi)情況后，專門開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)產(chǎn)品，并通過(guò)了隧道內(nèi)實(shí)情火災(zāi)檢驗(yàn)。自90年代初以來(lái)，在日本在量的公路隧道內(nèi)采用了該項(xiàng)火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品，使用效用明顯好于感溫型檢測(cè)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(cè)時(shí)間短，報(bào)警速度快。雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器的工作原理是利用安裝于隧道側(cè)壁的火焰波長(zhǎng)探測(cè)設(shè)備，檢測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰的波長(zhǎng)，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(cè)技術(shù)主要是針對(duì)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(cè)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(guò)溫度趨勢(shì)變化判斷火災(zāi)，因此不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)情況。該設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成較簡(jiǎn)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(zhǎng)火焰探測(cè)器，火焰探測(cè)器間距為50?80m，所有探測(cè)器檢測(cè)信號(hào)通過(guò)一根總線進(jìn)行傳輸。雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器最明顯優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)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(duì)于汽車尾氣、油煙及塵士造成探測(cè)器受光窗污染達(dá)50%，仍可以檢測(cè)火災(zāi)，且探測(cè)器受光窗清潔十分方便，不需要專門工具。但其缺點(diǎn)是對(duì)直射的太陽(yáng)光會(huì)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(yáng)直射光影響離洞口最近的探測(cè)器。在日本，70%以上的公路隧道采用雙波