近年來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城市軌道交通也在快速發(fā)展，地鐵系統(tǒng)作為城市軌道交通的一種取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，客流量越來(lái)越大，一旦地鐵系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，其帶來(lái)的損失是不可估量的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)就必須考慮在內(nèi)。

地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)消防聯(lián)動(dòng)與一般民用建筑不同，它是通過(guò)多個(gè)系統(tǒng)相互配合構(gòu)成地鐵的防火體系，保證地鐵的順利運(yùn)行以及乘客安全。

本文以某市在建地鐵為背景進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)消防聯(lián)動(dòng)分析。

1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)原理分析

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警控制器、火災(zāi)報(bào)警裝置以及輔助設(shè)備構(gòu)成。當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)有大量的煙和熱產(chǎn)生，但是此類信號(hào)是模擬信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能被火災(zāi)報(bào)警控制器識(shí)別。

火災(zāi)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)將煙和熱等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的功能。火災(zāi)報(bào)警控制器收到火災(zāi)信號(hào)后聯(lián)動(dòng)報(bào)警設(shè)備，并由輔助性設(shè)備將火災(zāi)報(bào)警信息直觀地傳遞給值班人員。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組成

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要用于探測(cè)站廳層、站臺(tái)層、辦公區(qū)域、設(shè)備用房、通道區(qū)域及區(qū)間隧道的火災(zāi)情況。通過(guò)回路線將火災(zāi)探測(cè)器、輸入模塊、輸出模塊、隔離模塊、消火栓按鈕以及手動(dòng)報(bào)警按鈕等連接起來(lái)，并組成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)接入到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器。

火災(zāi)探測(cè)器用于監(jiān)測(cè)并傳輸火災(zāi)信號(hào)。輸入和輸出模塊用于監(jiān)控外部設(shè)備。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)可以手動(dòng)按下手動(dòng)報(bào)警按鈕，報(bào)告火災(zāi)信號(hào)。手動(dòng)報(bào)警按鈕有兩種：帶電話插孔與不帶電話插孔。帶電話插孔的手報(bào)需要與帶電話地址的電話模塊相連接，以實(shí)現(xiàn)通話的功能。

消火栓按鈕一般放置于消火栓箱內(nèi)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)可直接按下消火栓按鈕向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信息。隔離模塊是保護(hù)裝置，當(dāng)通過(guò)它的電流超過(guò)某個(gè)安全設(shè)定值一定時(shí)間后，它能夠自動(dòng)切斷電流。

圖1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)原理圖

火災(zāi)報(bào)警控制器需要將監(jiān)測(cè)到的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、消火栓按鈕以及輸入輸出模塊監(jiān)控的外部設(shè)備狀態(tài)傳輸?shù)斤@示終端以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，供值班人員查看操作；并且火災(zāi)報(bào)警控制器將相應(yīng)的火災(zāi)模式信息傳輸?shù)江h(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收到火災(zāi)模式信息后聯(lián)動(dòng)監(jiān)控的設(shè)備，配合火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)完成火災(zāi)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到指導(dǎo)人員快速疏散，保證乘客安全的目的。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)組成圖如圖2所示。

圖2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)組成圖

3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警消防聯(lián)動(dòng)

當(dāng)車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、消防電源、應(yīng)急照明、垂直電梯、門禁系統(tǒng)（access control system, ACS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（automatic fare collection system, AFC）、消防廣播、閉路電視（closed circuit television, CCTV）及乘客信息系統(tǒng)（passenger information system, PIS）等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信息、及時(shí)滅火、指導(dǎo)人員疏散的目的。

3.1 聯(lián)動(dòng)流程分析

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)布置在現(xiàn)場(chǎng)的智能感煙探測(cè)器、智能感溫探測(cè)器以及手動(dòng)報(bào)警按鈕的狀態(tài)來(lái)判斷火災(zāi)的。為了檢修維護(hù)方便，在聯(lián)動(dòng)邏輯中，增加了手自動(dòng)的功能，即在自動(dòng)狀態(tài)下，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)報(bào)警信息后，會(huì)自動(dòng)發(fā)出聯(lián)動(dòng)命令，控制聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作。

但是在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在火災(zāi)狀況下不主動(dòng)下發(fā)聯(lián)動(dòng)命令，只控制聲光報(bào)警器動(dòng)作，需要現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)是否發(fā)生火災(zāi)，待確認(rèn)后發(fā)出聯(lián)動(dòng)命令。

判斷車站火災(zāi)的條件有4種：①任意一個(gè)防煙分區(qū)中兩個(gè)及以上獨(dú)立的報(bào)警信號(hào)；②任意一個(gè)防火分區(qū)中兩個(gè)及以上手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)；③氣體滅火系統(tǒng)確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)；④人工確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)。若滿足以上條件，并且火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，則其會(huì)發(fā)出火災(zāi)信號(hào)及聯(lián)動(dòng)命令，達(dá)到火災(zāi)報(bào)警、及時(shí)滅火、指導(dǎo)疏散的目的。火災(zāi)聯(lián)動(dòng)流程如圖3所示。

圖3 火災(zāi)聯(lián)動(dòng)流程圖

3.2 聯(lián)動(dòng)接口設(shè)計(jì)

在火災(zāi)聯(lián)動(dòng)過(guò)程中，接口是至關(guān)重要的。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)通信方式實(shí)現(xiàn)的。MODBUS TCP/IP是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，而MODBUS RTU是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議。

這兩個(gè)接口的通信都是雙機(jī)冗余的，在一定程度上提高了通信的可靠性，提高了容錯(cuò)率。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與氣體滅火系統(tǒng)之間通過(guò)光纖連接實(shí)現(xiàn)通信。

3.3 聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)

車站級(jí)聯(lián)動(dòng)控制是地鐵火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制的主要形式，當(dāng)車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)相關(guān)區(qū)域的消防設(shè)備，同時(shí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將相應(yīng)的火災(zāi)模式號(hào)發(fā)送給綜合監(jiān)控系統(tǒng)及環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)車站廣播、CCTV和PIS，由環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)環(huán)控防排煙模式、關(guān)閉智能照明、打開導(dǎo)向照明。

當(dāng)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)下發(fā)的聯(lián)動(dòng)命令在特殊情況下不能執(zhí)行時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置在車控室緊急后備盤上的消防設(shè)備按鈕直接起動(dòng)相對(duì)應(yīng)的設(shè)備，主要包括消防專用風(fēng)機(jī)、消防泵、門禁及閘機(jī)等。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與聯(lián)動(dòng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)邏輯主要從以下幾方面分析：

1）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與消防水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。消防水系統(tǒng)由消火栓系統(tǒng)、水噴淋系統(tǒng)和消防泵系統(tǒng)組成。

起泵條件有3種：

①自動(dòng)起泵方式。在經(jīng)過(guò)確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)輸出模塊控制消防泵起泵，并由輸入模塊監(jiān)視起泵狀態(tài)，同時(shí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)輸出模塊點(diǎn)亮消火栓的起泵指示燈，當(dāng)消防人員看到起泵指示燈亮?xí)r，就可以使用消火栓滅火，并實(shí)時(shí)在圖形工作站上顯示消防泵狀態(tài)；

②手動(dòng)起泵方式。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以通過(guò)按下設(shè)置于車站控制室的綜合后備盤（integrated backup panel, IBP）上的起泵按鈕直接起泵，并于圖形工作站顯示消防泵的狀態(tài)；

③消火栓按鈕起泵方式。在IBP上設(shè)置有“手動(dòng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，可以通過(guò)按下消火栓按鈕起泵，當(dāng)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，則由車站值班人員通過(guò)設(shè)置在IBP上的手動(dòng)起泵按鈕起動(dòng)消防泵。

2）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控消防專用風(fēng)機(jī)，而環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控普通風(fēng)機(jī)，因此通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)需要火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)相互配合完成。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)消防專用風(fēng)機(jī)，并將由通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)分配的火災(zāi)模式號(hào)發(fā)送至環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，在環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)收到火災(zāi)模式后，按照通風(fēng)空調(diào)專業(yè)控制工藝的防排煙模式設(shè)計(jì)要求，聯(lián)動(dòng)普通風(fēng)機(jī)及防排煙設(shè)備，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)車站人員疏散、送風(fēng)、防排煙的功能。

3）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系：①火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)ACS和AFC，打開門禁和閘機(jī)，以保證疏散通道的暢通；②火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起動(dòng)應(yīng)急照明，切斷非消防電源，為疏散人員提供指導(dǎo)標(biāo)識(shí)；③火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制所有垂直電梯歸置首位，并切斷電源，只保留消防電梯正常工作；④火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)打開防火卷簾門，以防火勢(shì)竄入銀行區(qū)域；⑤聲光報(bào)警器和消防應(yīng)急廣播交替報(bào)警。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將火災(zāi)信息發(fā)送至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送火災(zāi)聯(lián)動(dòng)指令至廣播系統(tǒng)，在廣播系統(tǒng)收到火災(zāi)聯(lián)動(dòng)指令后關(guān)閉背景音樂(lè)廣播，打開消防應(yīng)急廣播，并由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制打開聲光報(bào)警器，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)及廣播系統(tǒng)相互配合使聲光報(bào)警器和消防應(yīng)急廣播交替報(bào)警。

另外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要聯(lián)動(dòng)CCTV及PIS等系統(tǒng)，在相對(duì)應(yīng)的界面上彈出火災(zāi)報(bào)警信息以達(dá)到指導(dǎo)人員有序疏散的目的。

在本條地鐵線設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到垂直電梯內(nèi)部人員的安全，因此增加了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與垂直電梯的消防聯(lián)動(dòng)功能，使垂直電梯在火災(zāi)時(shí)強(qiáng)制歸置首位；另考慮到火災(zāi)時(shí)報(bào)警聲音的清晰度，因此使聲光報(bào)警器和消防應(yīng)急廣播交替報(bào)警，設(shè)計(jì)時(shí)為了比較簡(jiǎn)單便捷地實(shí)現(xiàn)該功能，不再新增火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與廣播系統(tǒng)的接口，通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口及綜合監(jiān)控系統(tǒng)與廣播系統(tǒng)的通信接口，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)火災(zāi)聯(lián)動(dòng)指令至廣播系統(tǒng)完成該聯(lián)動(dòng)功能。

4）換乘站之間消防聯(lián)動(dòng)。換乘站之間的消防聯(lián)動(dòng)分為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)分設(shè)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)合設(shè)兩種情況。

（1）換乘站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)分設(shè)時(shí)，不同線路火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)之間存在硬線或者通信接口，如圖4所示。

正常狀況下，通過(guò)本線路與各系統(tǒng)接口監(jiān)控本線路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息，并通過(guò)換乘線路互聯(lián)接口監(jiān)視相鄰線路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息。當(dāng)某線路發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該線路火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)硬接點(diǎn)或者通信的方式將火災(zāi)信息傳送給其他線路，由各條線路火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)動(dòng)邏輯聯(lián)動(dòng)相關(guān)設(shè)備，以達(dá)到各條線路火災(zāi)聯(lián)動(dòng)的目的。

該方式比較簡(jiǎn)單，實(shí)施難度較小，但是需要增加各線路硬線連接所需的輸入輸出模塊或者通信連接所需的通信協(xié)議。硬線連接方式只能傳遞各線路之間的火災(zāi)信息，而通信連接方式能傳遞較多的信息，更便于消防聯(lián)動(dòng)。本條地鐵線在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到換乘站較大，需要接入報(bào)警回路的設(shè)備較多，因此采用分設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的方式。

圖4 換乘站分設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

（2）換乘站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)合設(shè)時(shí)，相當(dāng)于對(duì)先開通線路火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的擴(kuò)容，由先開通線路設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主控制器，并且先開通線路的車控制作為所有線路的消防控制室，后開通線路設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警區(qū)域控制器，并以通信方式接入主控制器，或者增加主控制器報(bào)警回路以完成對(duì)各線路的監(jiān)控。

各線路需要根據(jù)本線路設(shè)計(jì)的接口監(jiān)控本線路的設(shè)備，并向主控制器傳送火災(zāi)報(bào)警信息，由主控制器完成各線路的消防聯(lián)動(dòng)。如圖5所示。此方式清晰明了，便于實(shí)現(xiàn)各線路之間的消防聯(lián)動(dòng)，但是在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一定的預(yù)留，實(shí)施存在一定的局限性。

圖5 換乘站合設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展

目前，由于地鐵站內(nèi)部設(shè)備較多，設(shè)備之間存在一定的電磁干擾，致使地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)或多或少存在誤報(bào)和漏報(bào)的現(xiàn)象，因此火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)智能化及火災(zāi)探測(cè)器多樣化是發(fā)展趨勢(shì)。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)智能化是指使其模仿人的思維，主動(dòng)對(duì)煙霧密度、環(huán)境溫濕度及光波等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并采用容錯(cuò)控制、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對(duì)采集到的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，區(qū)別真假信號(hào)，以達(dá)到避免誤報(bào)和漏報(bào)的目的。

現(xiàn)階段，智能光電感煙探測(cè)器、紅外對(duì)射感煙探測(cè)器、智能感溫探測(cè)器、線型感溫電纜等火災(zāi)探測(cè)器是在地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用較為普遍的探測(cè)器，這類探測(cè)器是被動(dòng)檢測(cè)信號(hào)，因此主動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的可視化煙霧探測(cè)器是發(fā)展趨勢(shì)和研究方向，通過(guò)對(duì)光波及煙霧數(shù)據(jù)的變化來(lái)判斷火災(zāi)，并對(duì)火的蔓延趨勢(shì)做出詳細(xì)的描述，有效地避免傳統(tǒng)探測(cè)器誤報(bào)和漏報(bào)的現(xiàn)象。

綜上所述，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能自動(dòng)收集現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)，判斷地鐵內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)則能在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，起動(dòng)或關(guān)閉該系統(tǒng)，將各個(gè)系統(tǒng)的功能充分發(fā)揮出來(lái)，有效避免火災(zāi)的擴(kuò)大，為人員的疏散爭(zhēng)取更多的時(shí)間。

在本條地鐵線增加了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與垂直電梯的聯(lián)動(dòng)，并增加了聲光報(bào)警器和消防應(yīng)急廣播交替報(bào)警的功能，換乘站之間的消防聯(lián)動(dòng)采用分設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的方式，充分保證乘客人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。