地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统

地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统

陈锦焱

广东省东莞市轨道交通有限公司523000

摘要：本文主要从笔者亲身参与的地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统分析，旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：地铁隧道；感温光纤；火灾；监测

地铁发生火灾不仅会造成巨大的经济损失，还会造成重大的人员伤亡，引起交通秩序和社会秩序的混乱，甚至产生不利的政治影响。我国国家标准《GB50116—98火灾自动报警系统设计规范》已将地铁隧道定为一级保护对象，显示了对地铁火灾安全的高度重视。本世纪初，某某地铁发生了重大火灾事故，造成重大人员伤亡和财产损失，令业界感到震惊。国务院曾指示有关部门对国内所有地铁工程进行全面安全检查整改。

由于目前常规的火灾报警系统设备存在总线长度有限、回路容量不够，而其他线性感温报警元件保护范围小、不能定位报警点、不能实时显示等技术困难，目前在已经运营和在建的地铁隧道都没有安装感温报警元件，成为地铁防灾的安全死角和空白盲点。鉴于地铁严峻的安全需求，为了消除地铁火灾探测监控的安全死角和空白盲区，更加有效地保护国家和人民的生命和财产安全，选择和研究适用于新型的地铁隧道火灾自动报警监测系统非常重要。本文以某某地铁作为依托，对隧道光纤感温预警监测系统的设计与应用研究进行了探讨。

1光纤感温预警监测系统的工作原理

地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统是利用光电子技术及其相关技术开发的连续实时温度监测和火灾预警监测系统，也是维持地铁正常运营、保障财产和乘客生命安全的重要系统。

通过有效的应用后向拉曼散射原理及OTDR技术，能够构建出分布式光纤感温火灾探测系统。首先，通过激光驱动电源能够产生50ns的有效脉宽，以及10kHz的重复频率激光脉冲，并由波分复用器（WDM）将两二者融合在多模数据光纤中，利用触发数据采集卡，能够对信号实现同步采集。

地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统包括光纤测温主机、感温探测光纤、工控级计算机终端、系统软件和周边设备。探测光纤集成在牢固的保护缆中，它既是温度传感元件又是信号传输通道，其主要由高纯度的绝缘材料石英组成，具有不受电场和强磁场诱导的性能，抗干扰能力强，能在各种恶劣环境下工作。

地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统是基于ROTDR、ROFDR原理（即利用激光在光纤中传输能够产生背向散射），在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤传输的同时不断产生背向散射光波，这些背向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用、放大、光电转换、检测解调处理后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。然后再运用卫星地面拍照数据滤波技术、专家算法、网络通信技术、高速数据处理器技术、计算机控制等众多学科的高新技术来实现和完成该系统的各项功能和技术指标。

2国内隧道火灾报警系统的现状

国内目前的隧道火灾监控系统主要分为三种：①点型感光探测系统的主要原理是通过探测明火明光进行工作，这存在一点很大的弊端，就是它容易受到外界干扰，比如某些物体遮挡了起火点或者是非火灾产生的烟雾等，这些因素都容易引起火灾信息的漏报或误报，严重影响了系统的正常运行。②线型感温探测系统，其中包含的感温电缆以及空气管温差探测都是时期较早的产品，因为它们具有不稳定，现在基本所有公路隧道业都不再使用。③热敏合金线差温火灾探测器，它是现在较为流行的一种火灾监控系统，但这种探测器主要是用电缆进行连接，导致经常遭受电磁波的干扰，并且能传输的距离较短。

我国目前新使用的光纤感温探测，主要是通过光纤拉曼散射的强度进行温度变化的分析，这种检测的信号十分微弱，并且对激光光源的要求较高，而且容易损坏，所需分析的计算量大，同时，空间分辨率和温度精度的要求随着监测距离的变远而变高，所以传输速度也会越来越低。但因为价格昂贵，所以现在很少有工程继续采用这种探测技术。

3效益分析

感温探测光纤本身安全且不会对环境造成危害,可抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射、抗震动、阻燃、防爆、绝缘强度高,能在高温、高湿、污秽严重、活塞风流动大等各种有毒有害的恶劣环境中正常工作。地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统填补了地铁隧道火灾自动报警技术领域的空白,通过对隧道等场合火灾发生前的各种状态参数进行实时、动态、连续的监测和空间定位,实现了全线车站的联网监控和信息化管理,实现了预防为主,全面提升了运营安全水平,其社会综合效益显著。

4感温光纤的应用

(1)火灾探测系统在地铁隧道的布局

分布式光纤感温火灾探测系统具有两种组网模式，包括：

独立组网：以采用星型拓扑以太网的形式，使用独立的通信通道。独立组网的操作较为简单，成本较低，但与系统的整体集成度有一定的不足。

与其他公网组网：不同设置单独的光纤火灾探测系统工作站，而是直接利用其它的公共网络以直接实现全线联网，该系统具有良好的集成性。但该系统需要开发大量软件支持，投入的成本较高。

一旦在地铁区间隧道火灾探测系统中采用了独立组网的方式，需要将独立组网的第一级作为总控制室，以作防灾报警控制处理，集中监控和管理全线的报警系统。并将第二级作为车站调度室，并将其设置于每一个车站中，以实现车站与车站之间的独立性感温探测。

(2)感温光纤的铺设

在地铁区间隧道中，应将感温光纤铺设于沿地铁隧道侧壁上的屏蔽网，并利用三角支架支撑与固定。相较于轨下光纤铺设的方式，沿侧壁的光纤铺设有效的避免了列车压力对光纤性能的影响，也能够使感温光纤更接近于火灾源，缩短其预警的时间。此外，还需注意的是，在感温光纤的运行中，在其前端200m左右存在一定的测盲区，因此，需将感温光纤的测盲区铺设于地铁区间隧道的起点。

(3)感温光纤的保护

由于光纤的材质属于玻璃纤维，容易受到损坏而影响到感温火灾探测系统的灵敏性。因此需加强对感温光纤的保护，有效的措施为：选择光纤复合架空地线（OPGW），并将裸光纤放置在不锈钢管内，管内需填充一定的导热油膏，在保证感温光纤敏感度的基础上，起到有效的保护作用。

结语

光纤光栅感温技术在隧道火灾监测和报警方面具有首创性，创新性。对于某些安全性较低的可燃气体或是液体储罐，或是一些环境恶劣的大型物质焚堆场以及多易燃易爆物体的场所来说，光纤光栅传感技术为这些地方提供了安全保障。这种火灾报警新技术，有利于现场实现远程传输、长期在线的火灾监测预警预报。作为隧道火灾监测报警系统，其具有着无可比拟的技术优势。光纤光栅感温技术主要是将多级定差温报警、手动报警还有实时温度监测三者集于一体，真正意义上的实现防患于未然。因此，在隧道火灾报警系统中使用光纤光栅感温技术，能够很大程度上增强火灾报警系统的稳定性与安全性，有利于将火灾造成的损失降到最小，更加有利于社会与经济的持续发展。

参考文献

[1]地铁隧道光纤感温火灾预警监测系统_.

[2]分布式光纤感温火灾探测系统在地铁隧道的应用_桑雷.

[3]感温光纤在地铁隧道中的应用_邢文军.

[4]光纤感温火灾预警监测系统的设计与应用分析_林楚斌.

[5]隧道火灾报警系统中光纤光栅感温技术的应用_徐严.