城市轨道交通 FAS 系统浅析

城市轨道交通 FAS 系统浅析时间：2010-6-2 22:30:46 点击：236核心提示：本文简要介绍了火灾探测技术的控制原理、探测算法及探测设备，分析了火灾报警控制系统在城市轨道交通中的重要作用、FAS系统构成以及火灾时的消防联动问题。.1 FAS系统在城市轨道交通中的作用 城市轨道交通是城市重要交通枢纽，同时又是现代化的快速交通工程。近年来，随着经济的发展，城市轨道交通建设有了快速发展，国内各大城市纷纷加入到轻轨及地铁的建设行列。城市轨道交通工程车站主要设置于地下，为封闭空间，机电设备复杂，出入及停留车站人员繁多。一旦发生火灾，将给人民的生命及财产带来巨大损失，为保证地铁安全运行，给地铁乘客创造一个舒适、安全可靠的乘车环境，城市轨道交通需要全线设置火灾自动报警系统（以下简称FAS），对火灾灾情进行监控，做到尽早发现、及时报警并进行消防联动。 如果FAS系统的设备选型、系统机构或联动等不合理，存在安全隐患，就会造成十分严重的后果。1987 年12 月,英国伦敦最大的地铁站发生大火,火势吞噬了整个售票大厅,将数百名乘客困在里面。大火产生了热浪和大量的有毒烟气,引起乘客一片恐慌,争相逃命,相互挤踏,难以找到避难道路,结果造成了30 人死亡,80 人受伤。1981 年6 月,莫斯科“十月线”发生火灾,虽然没有公布有关数字,估计情况是非常严重的。据不完全统计,日本从19611975 年共发生地铁火灾45 起,每年平均3 起。韩国南部城市大邱2003 年2 月18 日发生一起地铁纵火案,火灾事故造成126 人死亡,146 人受伤,另有318 人失踪。2 火灾探测技术在城市轨道交通FAS系统中的应用 2. .1 火灾探测技术的控制原理 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程, 它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的干扰, 火灾一旦产生便以接触式(物质流) 和非接触式(能量流) 的形式向外释放能量。接触式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。通过现代化的计算机、网络及自动控制技术，把报警信息传递到报警控制器，为尽早扑灭火灾提供报警信号。2. .2 火灾探测算法 对火灾过程产生的各种特征信号的准确检测，是进行及时、可靠的火灾探测报警的重要前提，而如何根据这些传感器输出信号做出是否发生火灾的判断，是影响系统响应灵敏度及误报率等性能的最重要因素，。这就是火灾探测算法。最为常用的火灾探测算法为传统的直观阈值法，直观阈值法大都直接对火灾传感元件的信号幅值进行处理，主要有固定门限检测法和变化率检测法。固定门限法原理是将火灾信号幅值、烟雾引起电离室中离子电流变化幅值或温度值等与预先设定的相关阈值进行比较，当信号幅值超过阈值时，则直接输出火灾报警信号。固定门限法可表示为： ， 这里的Dy(t)=1表示判定为火灾，Dy(t)=0表示判定为非火灾，S为阈值，x(t)为火灾。 为提高探测的可靠性和抗干扰能力，抑制环境中突然出现的电脉冲尖峰、50Hz工频干扰等干扰信号，降低误报，可对传感器输出信号进行平均以及延时处理，对信号在一段时间进行积分平均： ，算出一段时间的平均值，当平均值幅度超过预定阈值S后，判决电路才输出火灾报警信号，这种处理方法在一定程度上抑制了非火灾信号的干扰，提高了信号判别的可靠性。变化率检测算法和固定门限检测法类似，只是把火灾处理信号进行微分运算： ，再把得到的火灾信号变化率值与设定的斜率率值进行比较，作出火灾判断。当今许多的模拟量火灾报警探测仍沿用固定阈值法，只是将绝对报警阈值改为相对阈值， 即所谓阈值补偿，亦可将单门限加为多门限以适应不同应用场合的需要。随着火灾探测技术的发展, 出现了很多更加智能的火灾探测算法，最具有代表性的是模糊神经网络算法。火灾参量随着时间和空间的变化而变化，很难用建立一种或几种数学模型进行精确描述，因此，火灾探测信号是一种十分困难的信号检测，它要求信号处理算法能够适应各种环境条件的变化，自动调整参数，以达到既能快速探测火灾，又有很低的误报率。而神经网络和模糊系统都属于一种数值化和非数学模型的函数估计和动力学系统。它们都能以一种不精确的方式处理不精确的信息，模糊神经网络算法既增强神经网络处理信息的可理解性，还能自动生成模糊隶属函数，提高模糊规则的精度，提高火灾探测系统的智能化程度。因此它在火灾探测领域具有美好的探测前景。随着各种探测算法的产生和逐步应用，将会大大提高火灾自动报警系统的报警可靠性。2. 3 火灾探测设备 根据探测方式不同, 火灾探测器可大致划分为: (1) 点型探测器: 以探测器为中心点, 对周围火灾参数进行响应的火灾探测器。目前大部分的火灾探测器属于点型火灾探测器。(2) 线型火灾探测器: 这种火灾探测器形成一个连续的线路, 并对这一连续线路周围的火灾参数进行响应。目前地铁中最常用的两种探测器为感烟探测器和感温探测器。除了这两种探测器外，在特殊环境用房或地下空间还需设置缆式线型定温探测器、红外火焰探测器、可燃气体探测器、红外对射式感烟探测器等火灾探测器，为了提高地铁区间隧道内的报警可靠性，有的城市的地铁工程还在区间设置了光纤感温探测器，光纤感温探测系统是一套利用光纤作为线性感温探测器的高新技术，其基本原理是利用光纤中石英分子会受温度上升而产生晶格振动。这种振动会导致在光纤中传输的光产生散射，而散射量的大小可以直接反应温度的高低。因此光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过光时域及光频域反射测量法及连续FFT(快速傅立叶变换)对讯息进行处理，将微小的时空差别以频率方式体现出来，实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。感温光纤探测器是目前地下区间隧道比较理想的火灾探测器。各类现场级火灾探测器如同FAS系统的感知器官，布设在地铁范围内的各个空间，以全面探测火情。3 城市轨道交通FAS系统的现状 3. 1 车站级FAS系统 火灾自动报警系统是地铁自动化系统的一个重要组成部分, 它是利用计算机技术、检测技术和电子通讯技术, 以火灾为监控对象, 根据防火要求和特点而设计、构成和工作的。该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警, 又能根据火情位置, 及时输出联动灭火信号, 启动相应的消防设施, 进行灭火，是将火灾消灭在萌发状态, 最大限度地减少火灾危害的有力工具。根据火灾自动报警系统的基本结构要求和基本设计形式，火灾自动报警系统按照所采用的火灾探测器、各种功能模块和楼层显示器等与火灾控制器的连接方式，可分为多线制和总线制两种应用形式；根据火灾报警控制器进行火灾检测数据的处理和实现火灾模式识别方式的不同，分为集中智能型和分布智能型两种系统应用形式；按各个生产厂的系统实际产品形式，分为中控机、主子机和网络通信系统应用形式。目前地铁FAS系统采用的多为总线制分布智能型的网络通信系统。，站级FAS系统是整个地铁FAS系统的最基本组成单元，负责本站范围内的火灾探测及消防联动等功能，它是全线FAS网络的一个节点单元，通过车站综合控制室火灾报警控制主机（FACP盘）纳入到全线网络，由控制中心统一管理。车站级火灾自动报警系统基本结构如图1所示。图1 火灾自动报警系统基本结构图1 火灾自动报警系统基本结构3. 2 全线FAS系统构成 地铁FAS按两级（中央、车站）管理三级（中央、车站、就地）控制设置全线系统。第一级为中央级，作为FAS集中监控中心，设置于全线控制中心大楼内；第二级为车站级，作为本地FAS消防控制室，设置于各车站的车站综控室以及车辆段等的消防值班室；第三级为现场就地控制级。各车站设立自成体系的独立报警系统和联动控制系统，各站将FAS信息通过车站级火灾报警控制器经由全线骨干网传输到控制中心，中心实现对全线火灾报警系统的监视和统一防灾指挥调度。全线组网接口采用通用标准接口，接口协议开放。各站级火灾报警控制器以下布设了数量庞大的各种火灾探测器、控制模块、监测模块等，用以及时探测火灾灾情，及时联动相应设备运行到火灾模式。FAS系统的全线构成及网络结构如图2所示。图2 城市轨道交通FAS系统的全线构成网络图图1 火灾自动报警系统基本结构 图2 城市轨道交通FAS系统的全线构成网络图3. 3消防联动控制 FAS系统除完成可靠监视火灾发生、探测火灾灾情的功能外，另一大重要功能就是实现消防联动，所谓地铁FAS系统的消防联动，就是指在地铁运营范围内的任一地点发生火灾的情况下，要由FAS系统来控制消防设备，联动相关系统，及时扑灭地铁火灾。火灾时，FAS系统需要联动的控制的灭火系统设备有：消火栓灭火系统、自动水喷淋灭火系统、气体灭火系统。FAS系统需要联动的防排烟系统设备有：防火卷帘门、挡烟垂壁、送风阀、排烟阀、防火阀、防烟防火阀等。FAS系统需要联动的防灾通讯设备有：电话系统、广播系统、PIS系统、CCTV系统。FAS系统需要联动的其他系统有：ISCS系统、BAS系统、火灾应急照明及疏散指示系统、自动扶梯及电梯、屏蔽门、门禁、AFC等系统。火灾情况下，消防联动设备及相关联动系统是火灾自动报警系统的重要控制对象，联动控制的正确可靠与否，直接影响火灾扑灭工作的成败，除了FAS系统本身联动相关设备外，BAS系统和ISCS系统配合完成其他相关系统的联动，如通风空调的火灾模式以及电梯、屏蔽门、AFC闸机等的联动。随着火灾探测技术的发展，如高灵敏度吸气式红外探测技术、火灾图像探测技术、气体探测技术、复合探测技术等火灾探测技术的发展，以及模糊逻辑、神经网络、非火灾条件等智能算法在火灾报警探测算法方面的应用，新的火灾探测技术和设备将会逐步应用到实际地铁工程中，地铁FAS系统也会朝着集成化、智能化、网络化方向发展，系统的探测灵敏度及可靠性将会进一步提高，整个FAS系统将会更好地服务于城市轨道交通自动化系统，为人民的生命财产保驾护航。