地铁是高密度、快速运行的城市公共交通系统。地铁建设对支撑城市的总体规划、拉大城市骨架、增强中心城市的区域辐射功能、完善综合交通体系、提升城市建设品质、提高公共交通服务水平、改善投资环境、拉动地方经济等的作用不可小视。为适应现代地铁消防安全的需要,必须突破常规消防措施的局限,建立一套适合地铁特点的防火保障体系。其中,火灾自动报警系统对于地铁火灾早期探测以及各类防火、灭火设施的控制起到至关重要的作用。

    《火灾报警系统设计规范》(GB50016-98)规定:火灾自动报警系统的传输网络不应与其他系统的传输网络合用。这是为了保证在过去网络技术水平较低的情况下火灾自动报警系统(FAS)传输的可靠性。但对当今地铁诸多系统而言,通信系统或综合监控系统提供的传输通道的可靠性(无论是OTN、MSTP还是冗余工业以太网等)都远比FAS自身的光纤环网可靠。因此,《地铁设计规范》(GB50157-2003)规定:地铁全线火灾报警与联动控制的信息传输网络可利用地铁公共通信网络,不宜独立配置;但FAS现场级网络应独立配置。目前,地铁FAS设计方案有单独系统和与其他系统集成两种方案,并都有实际运行案例。

    1 FAS构成方案对比

    1.1FAS独立设置方案

FAS与环境及设备监控系统(BAS)等系统完全独立,单独设置,通过通信接口将FAS信息传递给相关的系统(如环境与设备监控系统和信号系统等)。该方案技术成熟,接口界面清晰,便于工程实施,是在计算机网络技术和控制技术水平较低时的一种方案。然而,从运营管理上看,地铁消防值班员一般由车站值班员兼任,值班员除了管理FAS外,还要管理其他机电设备系统。在火灾状态下,需要使各机电设备协调运行,以便缩短救灾时间,分散设置的各机电系统不便于车站值班人员管理和系统之间的联动运行。

    1.2FAS集成设置方案

    将FAS管理功能与相关机电设备系统进行集成,主要是依托计算机网络技术、通信技术及控制技术,利用标准接口和软件编程使系统间无缝集成,实现不同系统间的实时互操作性,提高系统的可靠性和可用性,提高运营管理效率,缩短对应急事件的处理时间,有利于提高地铁的整体调度水平,达到减员增效的目的。与独立的FAS相比,集成设置方案主要集成了以下两个方面:一是用综合监控的双冗余以太网取代了FAS的专用光纤环网,信息传输可靠性更高;二是综合监控管理工作站集成了FAS控制中心的管理功能。

    2 FAS集成模式选择

    2.1一般集成

    这种模式侧重功能相近、联动关系紧密的系统间集成,如将FAS和BAS进行集成。火灾时,FAS通过主机可直接向BAS发出模式指令,由BAS启动相关环控设备运行。

    2.2深度集成

    由FAS、BAS、电力监控系统(SCADA)以子系统的形式集成入综合监控系统,形成核心系统,并集成屏蔽门系统(PSD)和防淹门系统(FG),对PSD系统和FG系统实现中央级和车站级的界面和操作管理功能。互联的系统还有:自动售检票系统(AFC)、信号系统(SIG)、时钟系统(CLK)、闭路电视系统(CCTV)、广播系统(PA)、乘客信息系统(PIS)、门禁系统(ACS)、无线通信系统(RTS)、集中告警系统(ALM)。

    3 FAS集成深度选择

    为确保FAS的可靠性和安全性,一般从车站级才纳入综合监控系统,而FAS现场级则还是保持独立。FAS的现场控制级由专用报警控制主机、火灾探测设备、现场回路总线及其他现场设备等(这些设备应是通过国家消防产品检测中心认证、认可或强制检验合格的产品)组成,保证了FAS底层设备和现场网络的独立。车站级FAS主机通过标准接口直接接入车站综合监控系统,实现信息资源共享,以满足综合监控系统对全线及各车站的机电设备系统的统一协调调度指挥要求,同时保证FAS现场设备(含主机、传感器等)的独立性,不与其他系统合用,即使车站综合监控系统发生故障,FAS仍可降级运行,通过FAS主机控制车站内的现场设备。在对综合监控系统设计时,应为FAS划分独立的传输通道,保证FAS数据传输的独立性。

    4 FAS控制方式选择

4.1管理模式

FAS采用两级管理、三级控制模式,即中央级和车站级管理,中央级、车站级和现场级控制。

4.2控制模式

在正常情况下,车站级和中央级功能主要由综合监控系统实现。对于地下车站发生火灾时,首先FAS在火灾初期能够及时发现火灾,及时确认及报警,通过车站综合监控系统发出灾害模式指令给BAS,由其控制车站防灾救灾设备转入相应的灾害模式下运行,切断非消防电源。同时,综合监控系统要联动消防广播系统进行乘客的诱导疏散。FAS自身还要根据需要联动AFC系统闸机、电梯、防火卷帘、消防水泵、应急疏散照明和指示以及ACS系统等设备。为了防止二次灾害,自动扶梯不进行联动控制,采用手动控制方式。

4.3操作模式

FAS从车站级开始并入综合监控系统,其车站级、中央级的操作主要由综合监控系统实现。正常情况下,整个操作模式根据综合监控系统的运行管理模式运行,火灾时现场级控制设备能够独立于综合监控系统操作员工作站,完成对车站管辖区内消防专用设备的控制,同时通过与BAS之间的接口完成对BAS的模式指令操作,由BAS完成对车站相关消防联动设备的灾害模式控制,保证在综合监控系统故障的情况下不影响救灾。紧急情况下,也可直接通过设在车站控制室紧急手动控制盘上模式按钮完成灾害模式下的工况转换。紧急手动控制盘为综合监控的后备操作模式,具有最高操作权限。

5 FAS应具备的功能

5.1中央级功能

中央级综合监控系统监视地铁全线各车站的FAS状况,当确认出现火灾报警时,相关工作站进入灾害工作模式,发出控制指令,迅速协调相关系统执行救灾。具体包括以下功能:

(1)接收并储存全线消防报警设备主要运行状态,接收全线各车站、车辆段、主变电所的火灾报警并显示报警部位,进行历史档案管理。

(2)接收控制中心和列车无线电话报警。当列车在区间发生火灾或事故时,中央级能够直接发布指令,控制区间隧道的设备执行相应的救灾模式。紧急时,中央级也可授权车站等分控级发布实施救灾的相应指令,将相应救灾设施转换为按预订的灾害模式运行。

(3)可与城市消防站之间建立实时互通联系。

(4)火灾时,系统自动转换为消防救灾模式,并自动弹出相应报警区域的平面图,当同时存在其他报警时,优先报火警。

(5)能与其他线路之间实现信息互通、资源共享。

(6)通过全线消防(专用)通信系统(闭路电视监视系统切换装置和显示终端、有线电话、无线调度电话等),组织、指挥、管理全线防灾救灾工作。

(7)通过综合监控系统与中央时钟系统接口,接收主时钟信息,同步系统时钟。

(8)在既定周期内或必要时,能授权设在车辆段的维护工作站,通过维护工作站负责全线FAS软件的维护、组态、运行参数的定义、系统数据库的维护及用户操作画面的修改和增加、故障的检查和资料查询等,实现系统程序及各监控站流程图、数据库等远程上(下)载、监视及修改功能,满足远程系统维护的要求。其中,维护工作站具有较高的操作权限。

5.2车站级功能

各车站消防控制室由值班站长或值班员兼任消防值班员,负责监视火灾报警,确认火灾状况,报告中央控制室(OCC)以及接收OCC发出的消防救灾指令。

(1)监视车站及所辖区间消防设备的运行状态,接收车站及所辖区间火灾报警或其他系统的报警,并显示报警部位。

(2)向OCC报告灾情,接收OCC发出的消防救灾指令和安全疏散命令。

(3)火灾时,FAS主机能及时向BAS发出火灾模式指令,由BAS控制现场相关设备转入到灾害模式的运行。

(4)对于消防专用设备(如消防泵、喷淋泵等),可自动启停控制,FAS应实时监视其状态,紧急情况下也可在消防控制室直接手动控制。

(5)监视消火栓按钮、电梯、防火卷帘、水流指示器、信号蝶阀、压力开关等的动作状态。

(6)火灾时应能将广播、闭路电视监控系统自动转入消防状态。

5.3现场设备功能

现场设备功能与通常火灾警报控制器的巡检、故障提示、复位、存储以及联动相关设备、接收反馈信号、手动直接控制等相同。由于地铁线路长,各种电气系统复杂,从系统维护方便考虑,有必要考虑配置便携式编程器,可作为车站综合监控系统对FAS降级操作的后备操作模式,在得到授权后,可直接接入相关车站的FAS控制主机,作为现场级FAS网络上的一个节点,实现对现场设备参数编辑。其主要功能包括:

(1)当接入所管辖的车站现场级控制网络时,能够通过实时采集现场设备的运行参数、变量等,显示本站及所辖区间隧道的FAS设备的运行状态,并进行故障报警、记录。通过其操作界面,实时显示控制设备的运行状态,并且可以对车站FAS主机的运行状态、各类探测器、输入输出模块的地址码参数等进行在线修改。

(2)能够检测底层设备功能,查看并记录FAS现场级设备、现场报警及监控回路负荷等情况,且具有故障报警记录功能。

(3)具有彩色动态显示、多级显示和报警时声光显示、车站综合显示、分类画面显示、报警界面的弹出显示等功能。

(4)具有不同操作权限的密码功能。

结语

将地铁FAS并入综合监控系统的方式在国内已经开始运用,并且发挥了巨大作用。笔者希望借此能对今后地铁FAS设计的完善起到一定的借鉴作用。