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1浙江省交通运输科学研究院 2浙江有色地球物理技术应用研究院有限公司
摘要：本文结合公路隧道国内外研究现状，对?隧道消防设施状态监测感知技术应用和隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元进行分析，可供同类工程参考！
关键词：隧道消防设施；状态监测；综合诊断控制
1.研究背景
随着我国社会经济的持续、快速、健康发展，公路网不断向崇山峻岭、离岸深水区延伸,公路隧道总量和建设规模持续增大。截至2019年末，全国公路总里程501.25万公里，全国公路隧道达19067处、1896.66万米，其中特长隧道1175处、521.75万米，长隧道4784处、826.31万米。高速隧道火灾事故时有发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。通过对高速隧道火灾事故的分析发现：针对早期火灾，如果能正确使用隧道内消防设施，大部分隧道火灾能及时扑灭，因此保障隧道消防设施的完好性，是火灾发生后能否得到及时有效扑救的先决条件，也是管理单位的管理职责需求。现有隧道消防设施主要使用人工巡检，检测结果存在滞后性，检测的类别少，数据也难以追溯，且工作危险性高。
2.国内外研究现状
与国外发达国家相比，我国公路隧道具有起步晚、建设快、消防技术标准发展滞后的特点。截至目前，国家标准《公路隧道消防技术规范》尚未正式颁布，我国隧道消防设施相关的设计规范主要有公路隧道设计规范和建筑设计防火规范。
JTGD70-2—2014《公路隧道设计规范第２分册交通工程与附属设施》中的火灾探测报警设施中要求火灾探测报警设施设计内容应包括报警区域和探测区域的划分、火灾探测器、手动报警按钮、火灾报警控制器、火灾声光警报器的设计等。其中的消防设施与通道中要求，消防设施与通道的设计内容应包括消防灭火设施和通道的设计，消防设施与通道设计应符合以人员逃生为主，车辆疏散、财产保全、灭火为辅；以自救为主，外部救援为辅的原则。隧道消防设施状态监测相关的设计规范主要有《公路隧道火灾报警系统技术条件》JT/T610-2004，其中对公路隧道火灾的探测、火灾报警控制器、火灾自动报警系统等进行了要求。该规范适用于“各等级公路的新建和改建山岭隧道”，其他类型的公路隧道消防设计如何执行，没有说明。
GB50016-2018《建筑设计防火规范》中的消防给水和灭火设施中要求，在进行城市交通的规划和设计时，应同时设计消防给水系统。该规范中对消防给水系统的用水量、消防供水压力、消防栓间距、灭火器设置数量及间距均进行了规定。《高层民用建筑没计防火规范》GB50045-2005中规定，高层建筑必须设置室内、室外消火栓给水系统。“灭火设备”中要求建筑高度超过100m的高层建筑及其裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.00m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外，均应设自动喷水灭火系统；重要的区域还需要设置水幕和气体灭火系统。其仅对城市交通隧道消防设计进行了规定，对其他类型的隧道没有具体要求。
除上述规范标准中的要求以外，目前我国城市里的大部分建筑都已经安装了火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统等消防设施，并且在建筑消防领域，国内专家学者开展了很多建筑消防设施故障监测相关的技术研究。2015年，杜玉龙等针对建筑消防设施的运行特性，提出了消防设施系统效能的概念，分别从消防设施完好性、消防设施有效性和消防设施可靠性三个维度进行了分析，并进行了建筑消防设施故障监测研究。2015年2月，韩伟平等开展了建筑消防设施故障监测技术及管理研究，提出了建筑消防设施故障监测的相关分析方法，研究开发了消防联网故障信息采集处理装置及系统，能够采集建筑消防设施关键组件的故障信息，提高了消防设施的监测管理效率。
在国外，建筑消防联网监测技术起步较早，德国、美国、日本等发达国家已经建立了城市建筑火灾自动报警网络，重点保护单位的火灾自动报警系统直接与消防指挥中心联网，并由指挥中心直接负责管理 网络和处置报警呼叫。根据对国外消防安全设施应用的调查，美国、加拿大、英国、德国、日本等发达国家的火灾自动报警设备联网后，消防指挥中心能够快速准确地判断火灾地点、火灾类型，并迅速调度消防力量到达现场。
但是在隧道消防领域，针对隧道消防设施的健康监测方面开展的研究较少，目前只在个别地方零星开展了高低位水池液位监测等少量监测研究，缺乏系统性的隧道消防设施健康监测研究。
3.研究内容
本次研究围绕隧道消防设施状态监测感知技术应用研究、隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元研究展开，其中拟采取的关键技术一是隧道消防设施状态监测感知技术应用研究，二是隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元研究，具体的研究内容如下：
3.1 隧道消防设施状态监测感知技术应用研究
针对消防设施的远程智能化监测需求，分别开发消防箱智能监测终端和高低位水池智能监测终端。
（1）消防箱智能监测方案
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其中的消防箱智能监测终端系统结构图如图2所示，用于将消防箱内各设施的实时状态进行采集，智能消防箱终端功能图如图3所示，终端采集箱体内消防栓的压力信号、泡沫灭火剂的液位信号、灭火器的压力信号、消防窗的开关信号、消防水枪的脱落信号、消防水带的脱落信号、灭火器存在信号等数据，并通过RS485串行通讯线上传给相应分控，分控把从终端采集的相关数据进行处理后上传给主控，同时分控具备所辖终端历史数据的存储功能，主控对数据进行处理后通过网络上传给监控主机，同时主控具备对其所辖终端历史数据的存储功能，实现对普通消防箱内设施的实时监测功能。
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（2）高低位水池智能监测方案
高低位水池智能监测系统包括高清网络监控摄像机和超声液位检测系统，能够监控水池水位和水池外观等信息。网络视频信号和超声液位数据经无线网桥传输到隧道口配电房，连接到隧道监控网络，图像接入隧道CCTV视频监控平台，在隧道所、监控中心进行实时图像监控。液位数据发送到控制单元，经采集分析后，接入信息展示系统。通过远距离无线传输与高清监控的组合应用，能够解决现有液位监控的不足，便于设备管理人员实时掌控水位信息。
3.2 隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元研究
集成开发隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元，使用高性能处理器，设置能够进行本地操作的触摸屏，综合诊断控制单元实时接收消防设施状态监测感知终端采集到消防箱内设备的状态数据、高低位水池的状态数据，并对数据进行存储和综合处理。
综合诊断控制单元内集成的隧道消防设施健康状态诊断模型根据消防设施标准要求的具体参数设置阈值。对于健康状态正常的消防设施，综合诊断控制单元对采集的数据进行就地储存，对于发生故障的消防设施，综合诊断控制单元根据诊断模型智能的分析出故障的类型、故障的严重程度，并通过大数据技术横向对比分析出故障的位置和可能导致故障的原因，然后利用隧道内网将分析得到故障结果传输到监控中心，以便进行快速维保，保障消防设施的健康状态。
研究中一是开发隧道消防设施健康状态综合诊断控制单元，对所属区域采集到的消防箱设备状态数据、高低位水池的状态数据进行储存和综合处理分析，控制单元上设置操作屏，能够登录后在本地查看设施状态数据、生成的设施监控状态曲线图等。二是研究建立隧道消防设施的健康状态诊断模型，利用大数据技术进行数据的横向分析对比，更加准确、可靠的判断出消防水管的水压、灭火器压力、高低位水池的液位等多种消防设施健康状态，并挖掘诊断出消防设施故障的类型、位置和可能导致的故障原因，并能够预测部分设施故障。
4.参考文献
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