城市综合管廊火灾自动报警系统设计与应用

【摘要】城市综合管廊是用于容纳城市工程管线的通道，为城市运转的“血管动脉”。因此，保证其安全运营，有十分重要的意义。以某大型城市综合管廊为例，分析综合管廊火灾特性，对比规范中火灾自动报警系统设置要求的差异，根据实际情况，进行符合规范的设计，包括火灾探测报警子系统、防火门监控子系统、应急照明和疏散指示子系统、消防广播子系统、消防电话子系统、消防电源监控子系统、电气火灾监控子系统、超细干粉灭火子系统等。本项目采用合理的系统架构和有效的环网划分，是沿海地区火灾自动报警系统长距离传输设计的一次探索。

【关键词】综合管廊；火灾自动报警；长距离；沿海地区。

0、引言

综合管廊，指建于城市地下，用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。统筹安排城市工程管线在综合管廊内的敷设，对集约利用城市建设用地，减少道路频繁开挖，延长管线、路面使用寿命，提高资源有效利用率，有着显著优势，具有重要的意义。

当前，全国各地已建成一定体量的城市综合管廊，但部分管廊缺乏养护，造成管廊设施损坏，使管廊安全运营存在隐患。因此，亟需对综合管廊进行提升改造。随着综合管廊运营经验的逐渐积累，规范不断更新，综合管廊设计理念也在不断迭代。本项目以某沿海大型城市综合管廊、电力隧道提升改造为例，结合现行规范，对火灾自动报警系统设计进行概述，论述火灾自动报警系统信息传输网络、图像与线型光束复合型火灾探测器在沿海地区的应用。

1、设计条件

1.1项目概况

本项目针对某沿海城市已建成的综合管廊及电力隧道（以下简称“综合管廊”)进行提升改造，使廊内设施满足日常运行需求。现状综合管廊存在以下问题:

①现状综合管廊消防、监控系统大部分未安装。②部分综合管廊由于建设年份较早，设计标准与现行《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(GB51309-2018)等规范存在偏差，改造涉及部分需执行现行规范。③部分综合管廊建设完毕后，缺乏养护，已安装的通风、排水、照明系统设备出现不同程度的损坏，管廊内部分出现渗水、金属设备腐蚀的情况。④项目所在地属南亚热带海洋性季风气候，受空气中存在的盐雾和水汽影响，综合管廊内湿度大，如图1所示。一般金属制品易腐蚀，为此，设备选型应考虑防潮、防锈、防盐雾，满足沿海地区特殊的气候条件使用要求。

本项目提升改造范围，包括已建成的20.01km综合管廊和21.03km电力隧道、一个主控中心(主消防控制中心)和一个分控中心(分消防控制中心)。按舱室分为双舱综合管廊、单舱综合管廊、单舱电力隧道。入廊管线为:给水管道、中水管以及直饮水管、220kv及110kv高压电缆、10kv中压电缆、通信电缆。综合管廊标准横断面图如图2~图4所示。

现状综合管廊中，火灾自动报警系统基本需新建，是本次提升改造的内容之一。其特点是与安全紧密相关，子系统数量多，且需满足长距离传输的要求。

1.2综合管廊火灾情况特点

综合管廊舱室火灾危险性分类如表1所示，由表1可知，电力电缆火灾危险性等级高，应引起足够重视。电缆火灾具有如下特点:

（1）综合管廊平时仅有少量工作人员巡查，火灾不易被察觉。

（2）电缆密集，一处电缆发生火灾时，容易引起周围电缆燃烧。

（3）综合管廊空间小，燃烧时有害气体大量释放聚集，给生命安全带来严重威胁。

（4）综合管廊狭长，大型设备不易进场，外援扑救困难，灾后线路抢修和恢复需要较长的时间。

（5）综合管廊作为高压输电线路、中压配电线路、主线和支线通信光缆的输送通道，线路数量多，服务范围广，遇到火情，容易造成大范围停产停电的严重后果。

由此可知，设置火灾自动报警系统，对综合管廊安全运营意义重大。

2、火灾自动报警系统设计

2.1系统形式的选择

本项目包含一个主控中心和一个分控中心，故采用控制中心报警系统。

2.2火灾自动报警系统框架

（1）在主控中心、分控中心设置中心火灾报警控制柜，柜内设置火灾报警联动主机及各子系统主机；

（2）在综合管廊含电力电缆舱室每4~8个防火分隔中，设置分区火灾报警控制器(联动型)及各子系统分区主机，包括分区消防电话主机(含光端机)、分区消防广播主机(含光端机)、分区防火门监控器、分区消防电源监控器、分区电气火灾监控器。每个防火分区设置超细干粉灭火控制器，分区应急照明控制器按点位数量设置。根据回路数量和长度，设置分区分布式感温光纤主机。图5所示为某主干光纤环网火灾自动报警主机拓扑图。

（3）火灾自动报警系统终端设备，设置在综合管廊含电力电缆舱室的各防火分区内，包括分布式图像与线型光束复合型火灾探测器、点式感烟探测器、分布式线型感温光纤、火灾报警按钮、声光报警器、消防广播、消防电话、防火门模块、消防电源监控模块、电气火灾监控模块、应急照明、消防联动装置等。火灾自动报警系统终端系统设备连接如图6所示。

2.3信息传输网络

火灾自动报警系统可靠运行，离不开稳定的信息传输网络，此处信息传输网络，是指实现控制中心和管廊分区主机之间和主、分控中心之间的通信。

光纤通信网络具备较高的通信可靠性及较大通信带宽，单模光纤信道应用传输距离为2km。针对综合管廊跨度较长、位置分散的特点，采用单模光纤环网通信是适合的。管廊分区主机与各防火分区内报警及联动设备，通常采用总线连接。

为提高传输可靠性，减少线路故障影响范围，将综合管廊划分为6个主干光纤环网，如图7所示。按照就近接入，其中，4个环网接入主控中心，2个环网接入分控中心，同时，在主分控间敷设独立光缆，用于主分控间主机通讯。火灾自动报警系统的各子系统共用36芯光缆，可合理降低材料成本及人工成本，值得注意的是，考虑光缆芯数时，除各子系统需使用的光纤芯数外，建议为未来发展预留一定的备用芯数。

2.4火灾探测报警子系统

在综合管廊进料口夹层、通风口夹层设置手动报警按钮及火灾声光报警器，综合管廊每个防火分隔内均匀设置手动报警按钮(带电话插孔)及火灾声光报警器，防火分隔两侧各设置1套手动报警按钮(带电话插孔)、1套火灾声光报警器。

关于火灾探测器的设置，相关规范要求有所不同，具体如表2所示.经分析可知:①感烟探测器应设置；②电缆表层感温火灾探测器应设置；③在设置有自动灭火系统时，应设置空间感温探测器。

本项目采用在舱顶设置分布式感温光纤监测空间温度，通过Ｊ型膨胀钩在舱顶吊装，与舱顶距离约10cm，沿管廊和设备夹层通长敷设于管廊顶部的中心位置，但应避开局部热源(如照明等)，分布式感温光纤标准报警长度不大于3ｍ，每台分区分布式感温光纤主机出线回路应不超过4个，所有回路总长不超过10km。分布式感温光纤通过分区分布式感温光纤主机，就近接入分区火灾报警控制器，同时，可通过分区分布式感温光纤主机，上传至主、分控中心内的分布式感温光纤主机。

在电力电缆表层设置线型感温火灾探测器。

关于感烟探测器的选择。由于地下管廊内环境潮湿，点型感烟火灾探测器为敞口式，设备易锈蚀，维护成本高，采用分布式图像与线型光束复合型火灾探测器，可较好地解决这个问题。在防护等级、可靠性、稳定性均可满足要求。分布式图像与线型光束复合型火灾探测器，由图像探测及接收单元、光束发射单元两部分组成。如图8所示，图像探测及接收单元采用特种摄像机采集火灾的红外光、可见光视频图像，接收光束发射光，再经过软件对火焰的亮度、颜色、大小、形状、纹理、边缘特征、变化趋势等成像特征进行分析，从而排除灯光、阳光、反光、辐射等各种干扰，给出火灾报警信号。同时，在消防控制室通过视频监控进行火灾复核，准确无误判断火灾报警和启动应急处理，在灭火过程中，还可以查看火灾蔓延和扑救的过程。光束发射单元采用近红外、紫外两个波段的光束，较长的红外光探测大颗粒，较短的紫外光探测小颗粒，鉴于烟雾对不同波段光束的遮挡和穿透能力不同，系统可以同时侦测光源的衰减率和不同波段光源的衰减率，进而识别烟雾和区分水汽或灰尘。

综合管廊净高按2.8ｍ计时，考虑安装支架，图探中心安装高度约2.5m。如图9所示，可覆盖图像探测器盲区，故按不超过,100ｍ间距布置，布置时，需根据平面弯折及纵向起伏布置探测器，以满足保护面积全覆盖的要求。

项目地处沿海地区，环境十分潮湿，常规护罩上的普通玻璃容易产生凝露和水雾。为了解决这个难题，本项目采用专用多层镀膜玻璃，在保持镜片不小80%的高透光率下，使水和油脂等大多数物体不易附着在玻璃上，大大降低凝露对探测器的影响，提高了探测器稳定性，有效延长使用寿命。同时，要求防护等级为IP68以防潮、防锈、防盐雾。

2.5防火门监控子系统

分区防火门监控器设置于投料口、通风口夹层，每4~8个防火分隔设置１台。防火门位于疏散通道上，需要设置用于反馈防火门开闭状态的门磁开关。在常开防火门的地方安装电动闭门器，发生火灾后由监控模块控制关闭防火门。消防控制室应能显示防火门工作状态。

2.6应急照明和疏散指示子系统

按照规范要求，设置在离地面8m及以下的灯具，需要使用电压等级不大于DC36V的A型灯具。现状应急照明及疏散指示系统缺失破损较为严重，且电压等级为AC220V，与现行规范不符，需按现行规范更换为DC36V灯具，灯具防护等级为IP65。

由于本项目设有消防控制室，消防应急照明和疏散指示系统采用集中电源集中控制型系统。

设置在有人值班的主、分控制室内的应急照明控制器起集中控制功能，其余设置在无人值班的管廊夹层内。应急照明控制器间，通过光纤组成环网。

每个防火分区内设置应急照明集中电源。从分区应急照明控制器至末端集中电源，通讯距离为1.5km，若超过需增加CAN中继器。结合灯具数量和传输距离，合理设置分区应急照明控制器。

2.7消防广播子系统

本项目采用控制中心报警系统，故需设置消防广播。消防广播系统架构分为三层：①主、分控中心内设置消防广播主机及光端机；②综合考虑功率放大器的功率和线路损耗，合理设置分区消防广播主机；③在含电力电缆的舱室内、进料口夹层、通风口夹层内设置消防广播。消防广播为吸顶安装，消防广播独立穿管敷设。

消防广播和分区消防广播主机采用耐火广播线线相连。分区消防广播主机与控制室内消防广播主机由于距离较远，需通过光端机进行光电转换后，采用光纤传输。

2.8消防电话子系统

管廊内应设置通信系统，本工程将固定电话和消防专用电话合并，使用独立的消防通讯系统，消防电话系统架构分为三层:①主、分控中心内，设置消防电话主机及光端机；②在管廊内适当区域，设置分区消防电话主机；③在夹层、管廊层内，每隔100m设置消防电话分机，消防电话分机和分区消防电话主机。

2.9消防电源监控子系统

针对每个防火分区消防电源进行监控，信号由分消防电源监控器上传至控制室内防电源监控器消防电源监控器通过中文,实时显示消防用电设备的供电电源和备用电源的工作状态、故障报警信息，及被监测电源的电压。准确显示故障点的位置。

2.10电气火灾监测子系统

对每个防火分区电源总箱进行电气火灾监控，信号由分区电气火灾监控器上传至控制室内电气火灾监控器，电气火灾监控系统对受控对象配电箱的剩余电流和过电流温度情况实施监控，对配电线路的故障实施报警，并显示其状态，不切断电源。

2.11超细干粉灭火子系统

超细干粉灭火系统包括控制和管网布置两部分，与火灾自动报警系统相关的是控制部分，系统应有自动控制方式，超细干粉自动灭火装置的自动控制，在收到同一防火分区内两个独立火灾报警信号后，才能启动，并应启动延迟，延迟时间不大于30s，每个防火分隔为１个灭火分区，着火时，应启动着火点所在防火分隔及相邻防火分隔的自动灭火装置。

3、安科瑞智慧消防平台介绍

3.1平台结构

3.2平台主要功能介绍

3.2.1首页

用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

3.2.2消防子系统

智慧消防管理云平台包含了智慧用电子系统、防排烟子系统、消防水子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统、消防设备管理子系统和视频监控子系统等。智慧用电子系统可以接入电气火灾、孤航电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测器和无线测温探测器等。点击智慧用电子系统进入智慧用电监控页面，点击菜单显示整个项目的基础信息和该项目下的所有探测器的信息，点击末级节点显示具体探测器的监控页面。

消防水子系统可以接入消防栓、消防水压、水位传感器等，用于实时的监控消防水管网的压力、液位、是否漏水，以及开盖等事件，当消防水压不够，管网漏水时，系统也能实时地发出警报，能让相关人员及时维修维护，保障消防安全。

防排烟子系统通过高灵敏的无线烟感报警装置，实现对烟雾、有害气体、及气体灭火信息等数据采集，实时秒级检测烟雾，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、短信报警、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知业主、物业消防单位是哪个位置的火灾隐情。

消防设备电源子系统实时监控消防系统各个部件（如消防报警主机、楼层显示器、水泵、喷淋泵、电梯等）的电源工作状态，确保消防设备供电正常，并对各个部件电源产生的过压、欠压、过流、短路、断路等故障报警提示。可长期记录电压电流运行参数，自动对消防电源一段时间的运行状态进行分析，对可能产出问题的隐患进行警示。

防火门子系统通过与门禁报警、视频识别的关联，实时监控消防通道、安全出口、生命通道防火门的开闭及消防通道堆放物情况，实现紧急情况下的开闭控制等功能。确保防火门常闭、不上锁状态及保障火警救援是消防生命通道的畅通等，保障安全的生活、工作环境。

应急照明与疏散指示子系统可实现对各个应急灯具的实时监控和控制，当发生火灾时，可准确的给出安全的疏散路径指示，智能打开消防应急指示灯的指示方向及应急照明灯，帮助建筑内的人群选择逃生疏散路线，指引安全逃生方向。

视频监控子系统数据部门收到感应端各子系统报警信息后，可调出报警位置关联的监控摄像头图像，查看报警现场视频辅助进行火情确认。实现火灾报警子系统、消防水子系统、电气火灾子系统、防排烟子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统和视频监控子系统的有机结合，实现了报警点和监控点的联动。

消防设备管理子系统能够将每个建筑、项目节点的所有消防设备和资产纳入管理，对一些消防栓、灭火器、喷淋和消防大队地址等着重标注，日常的巡检和维护都需要纳入计划，在紧急情况下，会联动GIS调度子系统进行调度。

3.2.3隐患管理

隐患管理功能包括了隐患查询、隐患派发、隐患处理和隐患分析四个模块。可以查看登录用户下的所有项目的隐患信息，并进行派发和处理操作，且对所有隐患进行统计分析。

3.2.4能耗分析

能耗分析功能包括了能耗概况、能耗同比、能耗环比、能耗报表和能耗预测等五个模块。可以查看登录用户下的所有项目的能耗统计、同环比和报表，且按日、周、月等维度进行能耗预测分析。

3.2.5手机APP

APP支持Android、iOS操作系统，方便用户查看电气火灾、防排烟、消防水、消防设备电源、防火门、消防设备管理、视频监控、火灾报警等子系统的实时监控数据、报警信息、能耗统计等。

3.3推荐配置

3.3.1平台服务器：建议按照我方配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

3.3.2系统现场硬件配置清单：

注：以下配置为针对1个回路选型，其中剩余电流互感器应根据现场回路电流大

3.4产品介绍

电气火灾监控探测器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可选配2G上传、4G上传、NB-IOT网络上传，单表流量说明：

上传间隔一分钟，小于30M/月；

上传间隔二分钟，小于15M/月；

上传间隔五分钟，小于10M/月.

4、结束语

（1）本项目综合管廊长度较长规模大，火灾自动报警子系统多，相关规范标准多，部分要求存在一定冲突，应需综合考虑不同规范要求，对感烟、空间感温、电缆表层感温内容进行合理设计。

（2）将火灾自动报警系统信息传输网络中，采用光纤满足长距离传输要求，采用环网形式可提高可靠性，并通过划分若干子环网，进一步提高系统稳定性。

（3）分析图像与线型光束复合型火灾探测器的工作原理、设置要点及注意事项以满足保护面积全覆盖，是该探测器在综合管廊中的一次有益实践应用。

（4）通过提高设备防护等级、采用多层镀膜玻璃防凝露等措施，达到防潮、防锈、防盐雾，满足沿海地区特殊的气候条件使用要求，可供今后进行类似工程时参考视。

审核编辑 黄宇