隧道火灾监测技术分析

隧道火灾监测技术分析

分析报告分为四个部分： 1） 概述

2） 火灾报警技术简介 3） 不同产品优缺点分析说明 4）

项目应用推荐

1. 概述

交通隧道火灾的发生历经三个阶段，分别为不可见烟雾、可见烟雾伴随大量热量、以及火灾发生。如下图所示：

对应于上述三个不同阶段，分别有“早期烟雾探测器”、“光纤光栅线型感温探测器”和“红外火焰探测器”或“图像型火灾探测器”等技术。其中早期烟雾探测器并不适用于交通隧道等烟尘较大的场所，所以当前应用于交通隧道火灾报警监测的主要为后两类产品。

2. 火灾报警技术简介

可见烟雾、大量热量 不可见烟雾 火灾发生

光纤光栅感温火灾探测器

光纤光栅是利用光学加工技术在光纤材料上刻写一种折射率周期性分布的光学器件，光纤光

栅示意图如下所示：

这种特殊的结构周期性分布能改变某一特定波长的光的传输路径，使光的传播方向倒转，相当于在光纤中形成一定带宽的滤波器或反射镜。并且该反射光的波长会随周围环境温度变化而改变。因此通过测算反射光波长改变量就可以推算温度值。

红外火焰探测器

红外火焰探测器是根据烃类物质燃烧时，根据其生成物的光谱吸收峰特征进行火灾辨析。例如不同吸收谱区强度、火焰频闪特性、不同谱区时频特性变化等，对火灾进行报警判断。

图像型火灾探测器

图像火灾探测是利用图像处理的方法，通过分析视频中火灾的物理特征进行判断。如分析火焰的颜色、纹理、亮度时变、闪烁频率、边缘变化等参数作为火灾探测的判据。

T0时刻T1时刻

亮度判据（R1为真，R2为真）

相对稳定性判据（R1为假，R2为真）

增长趋势判据（R1为假，R2为真）

3. 不同产品优缺点分析

目前在国内交通隧道火灾监测系统中大量使用的是光纤光栅火灾报警产品，以及光纤光栅与红外火焰探测器组合报警系统。其原因主要在于，与其它消防领域相比，交通隧道尤其自身的特点和限制因素：

1）交通隧道分布范围广——隧道群跨度可达上百公里，维保难度大；

2）维护限制因素多——隧道维保涉及封路，甚至存在社会舆论影响；

3）维护时间窗口短——对车流量较大的隧道，几乎很难找到时间窗口做大量维护；

4）现场扬尘大——扬尘对探测器的使用效果有很大影响，也决定探测器的维护周期；

5）隧道环境复杂——既有雾气、灯照、洞口处受日光影响，还有不同种类汽车穿行。

因此，交通隧道火灾报警系统应选取报警准确、误报低的产品，同时还应考虑产品的可靠性、安装特性、后期维护性、防护等级等，产品的综合成本，尤其是后期运维成本。对当前正在发展的物联网技术，还应考虑隧道群的综合管理和组网能力。

综合上述因素，从产品自身特性、产品选型及现场实施和后期维护保养等角度对各种火灾报警产品对比如下表：

在具体使用中，还存在红外火焰探测器和图像火焰探测器现场更改灵敏度等级的复杂操作。此外，火焰探测器对不同种类的火焰识别距离不同，例如图像型对柴油火焰的识别距离是汽油火焰的80%。

在防误报特性方面，光纤光栅由于其感温原理，几乎没有误报。而红外火焰探测器对汽车大灯、日照等、人体活动等均可导致误报；图像型火焰探测器在其说明书中明确说明，对雾气、废弃、蒸汽、粉尘、树叶、阴影、甚至穿着红色衣服运动的人都会有误报，解决方案是需要在现场安装烟雾与火焰探测器等，组成复合探测系统。

另外，图像型探测技术的摄像机存在镜头焦距选取问题，即其不可能同时获得长距离和宽范围的图像获取，必须有所取舍。即作为视频监测和火灾识别的摄像机其配置不同，且“车辆管理”等功能需要将视频上传至控制中心有专用监控平台分析完成，系统复杂，反应时效性低，而目前交通隧道多为双洞设计，左、右行车分开，因此车辆管理功能在绝大多数隧道中并不实用。

由上表可见，光纤光栅火灾报警系统除易受风速影响外，报警时间较长外，其余在产品性能、报警准确率、产品一致性、可靠性、实施及维护方面均拥有很大优势。正如《火灾自动报警系统设计》一书中指出“线型光纤光栅感温火灾探测器在隧道中虽然报警时间不是最早，但没有漏报。自从线型光纤光栅感温火灾探测器在隧道中安装使用后，有几条隧道发生了火灾，探测器

都及时发出了报警信号”。

由此，上述技术的特点决定了其主要应用领域，也是上述产品当前主要应用场景：

光纤光栅和红外火焰探测器：储罐、交通隧道、电厂等工业火灾监测；

图像火焰探测器：民用、室内火灾监测。

4. 项目应用推荐

综上所述，结合火灾报警产品使用效果、实施难度、维护性、以及产品性价比等考虑，同时参考《火灾自动报警系统设计》和《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》，在2km内，且双车道隧道推荐使用光纤光栅型感温火灾探测器产品；在2公里以上，或3车道隧道以及重点交通隧道工程（城市道路隧道，水底隧道）推荐使用光纤光栅和红外火焰探测器组合火灾报警系统。