曾小峰， 姚雷雷， 劉師偉， 郭霞， 張瑞， 陳芳

（1. 成都市城市地下綜合管廊監(jiān)管服務中心；2. 核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司；3. 上海騰盛智能安全科技股份有限公司）

1 引言

綜合管廊具有不同管線共艙、空間密閉、多種可燃物并存、多種引火方式并存等特點[1]，一旦發(fā)生火災容易相互蔓延和相互耦合，導致火勢加大。煙霧是早期火災的重要特征之一，在火災初期，由于溫度較低，物質多處于陰燃階段，會產(chǎn)生大量煙霧[2]，此時是采取火災報警并實施滅火的最佳時機[3]。因此，對綜合管廊內(nèi)煙霧、火焰進行有效監(jiān)控是保障各類管線正常運行的必要措施，也是有利于工作人員安全逃生[4]，保證綜合管廊安全工作的基本要求。最常用的火災探測設備為點型光電感煙探測器，但由于綜合管廊屬于地下構筑物，廊內(nèi)環(huán)境潮濕，普通的點型感煙探測器長期在潮濕環(huán)境內(nèi)損壞頻繁，圖像型火災探測可以避免這些問題，同時也能降低設備誤報的風險[5]，因此，開展圖像型火災探測試點有利于總結經(jīng)驗、推廣技術，提高管廊管理工作的經(jīng)濟效益。

本文以成都市某管廊火災報警系統(tǒng)為試點，選取綜合艙一段防火分區(qū)作為實驗段，現(xiàn)場模擬火災試驗，對比圖像火災探測器與傳統(tǒng)光電感煙探測器的性能，分析圖像火災技術在管廊運維中的優(yōu)勢，為綜合管廊消防系統(tǒng)的設計和運維管理提供依據(jù)。

2 目前管廊火災探測技術應用中存在的問題

從綜合管廊的運維調研情況來看，南方地區(qū)管廊中安裝的點型感煙探測器，能起到的防水作用有限，一般是通過防水底盒阻止從天花板上滲落的水珠掉落到探測器內(nèi)，潮濕空氣中的水汽依然能通過探測器的進煙口進入探測器內(nèi)部，探測器在管廊項目中安裝3個月～6個月后，均會出現(xiàn)不同程度的損壞。點型感煙探測器在這種潮濕環(huán)境下不能長期、可靠地工作[6]。而且會因設備故障誤報警、不報警，導致火災自動報警系統(tǒng)處于無效狀態(tài)（見圖1）。

圖1 點型感煙探測器受潮損壞

3 管廊火災探測器技術原理

3.1 點型光電感煙探測器技術原理

點型光電感煙探測器是利用火災煙霧對光產(chǎn)生吸收和散射作用來探測火災的一種裝置[7]，主要由發(fā)光元件和受光元件兩部分組成。設備工作原理有兩種，一般是通過發(fā)射器發(fā)出的一束光打到煙霧上，如果在其光路上，通過測量煙霧對光的衰減作用來確定煙霧的方法，稱為減光型探測法；如果在光路以外的地方，通過測量煙霧對光的散射作用產(chǎn)生的光能量來確定煙霧的方法，稱為散射型探測法。

3.2 圖像火災探測器技術原理

圖像型火災探測器通過紅外、近紅外、可見光多頻視頻攝像，采集災害事件火災初期的煙霧、火焰圖像，通過智能模式識別算法和自適應學習算法，提取煙霧、火焰相關的各種物理特性[8]，進行融合計算，形成火災概率信息，辨識出火災并進行告警，并可同時輸出復合圖像信息的探測設備。

圖像型火災探測器根據(jù)視頻采集到的煙霧特征判斷煙霧，因此外殼防護等級設計可達IP65 以上。同時，對火焰以及遮擋火焰有優(yōu)良的探測效果，且響應速度快，對于探測區(qū)域的情況可以進行實時監(jiān)測。

當圖像型火災探測器發(fā)出火警信號后，圖像型火災探測器的紅色火警燈點亮；火災報警控制器收到火警信息后，在顯示屏上顯示發(fā)生火災的位置及探測設備編號，并發(fā)出聲、光警報聲。同時，向管廊內(nèi)的聲光警報器發(fā)出自動聯(lián)動指令，該分區(qū)管廊內(nèi)的聲光警報器同時發(fā)出警報聲和光。在火災報警監(jiān)控平臺上，會自動彈出第一個報警的圖像探測器的視頻，同時發(fā)出報警聲音提示。

4 管廊圖像火災探測技術應用分析

4.1 試驗工況簡介

本試驗在200m 試驗段內(nèi)設置4 臺圖像型火災探測器，以吊裝方式安設。采用的圖像火災探測器參數(shù)為200 萬像素1080P，最低照度等級0.1Lux(彩色）/0.01Lux(黑白），響應時間火焰5s～30s/煙霧20s～50s。分別布置在實驗段管廊兩端，頂部布置一臺，中間布置兩臺，相互對射，確保實驗段中的圖像區(qū)域全覆蓋，并根據(jù)管廊內(nèi)環(huán)境布設相關輔材及配件。點型感煙火災探測器間距5m布置，廊頂沿中線安設（見圖2）。

圖2 試驗段管廊截面及圖像火災探測器布置位置

4.2 圖像火災探測器報警試驗

4.2.1 試驗準備

煙霧實驗：利用煙餅模擬電纜因過載等原因發(fā)熱后電纜護套受熱開始釋放煙霧的過程。將不同尺寸的煙餅放置在線纜橋架的底層上，模擬不同時期的煙霧濃度，等待探測器報警，并記錄報警時間。

火焰試驗：利用火盤模擬電纜因過載等原因發(fā)熱后電纜護套受熱達到燃點后開始燃燒的過程。以不同尺寸的火盤放置、模擬不同時期的火焰大小，等待探測器報警，并記錄報警時間。

4.2.2 試驗結果

煙霧探測：煙霧探測分別在防火區(qū)間1/4處、3/4處底層橋架進行試驗。煙餅點燃后，煙霧沿橋架溢出，在上升時被圖像火災探測器識別并報警，上升蔓延至點型光電感煙探測器附近，并形成一定濃度時，點型光電感煙探測器報警，第一次圖像火災探測器用時21s，點型光電感煙探測器用時91s；第二次圖像火災探測器用時41s，點型光電感煙探測器用時136s（見表1）。

表1 煙霧探測試驗記錄表

火焰探測：圖像型火災探測器可以探測火焰對管廊內(nèi)出現(xiàn)的明火可以探測報警，在防火區(qū)間1/4處、3/4處進行明火實驗報警時間分別為9s和11s，而點型光電感煙探測器無法探測無煙火焰（見表2）。

表2 火焰探測試驗記錄表

試驗結果表明，圖像型火災探測器相比傳統(tǒng)的點型光電感煙探測器設備，煙霧探測速度快約1min，速度快約3倍～4倍。在管廊環(huán)境中對煙、火均能有很好的探測效果，對火災前期作出快速響應。

4.3 圖像火災探測器優(yōu)勢分析

4.3.1 減少設備數(shù)量，降低管廊運維人員工作負荷

光電感煙探測器布設密度較大，智能圖像火災技術減少了探測器使用數(shù)量，在巡查和檢測工作中減少了需要查驗的設備數(shù)量和人工數(shù)。管廊中相對密閉，空氣質量、濕度相較地上日照、通風的自然環(huán)境更差，減少此工作環(huán)境中的工作時間，有利于保護運維工作人員的身體健康。

4.3.2 提高火災響應速率，減少事故影響范圍

圖像火災技術報警速度比傳統(tǒng)的點煙火災報警裝置是快約1min，提升速率3倍～4倍。電纜燃燒的特點為煙大、火焰小、速度慢、火勢發(fā)展很快。在燃燒初期越早發(fā)現(xiàn)，處理越及時，對管廊的影響越小[9]。

4.3.3 增加智慧設備接入，加快智慧管廊建設

圖像型火災探測器采用的智能算法，還可根據(jù)本身的數(shù)據(jù)采集結合云平臺其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)。接入控制中心可將采集到的事故圖片和算法共享給其他管廊使用，也為綜合管廊事故數(shù)據(jù)庫提供原始數(shù)據(jù)資料。

5 結語

綜合管廊作為城市生命線系統(tǒng)，一旦發(fā)生安全事故將造成重大社會影響和巨大經(jīng)濟損失。圖像火災探測設備可以對煙霧、火焰進行有效復合偵測，在電纜陰燃發(fā)出可見煙階段就及時報警，并直接顯示現(xiàn)場圖像，標注煙霧產(chǎn)生位置，輔助運維人員判斷火情，做到火災的早發(fā)現(xiàn)和早控制。圖像火災探測器在管廊實地火災模擬試驗中效果良好，識別速度快，綜合優(yōu)勢明顯，具有一定的推廣意義。