地铁火灾自动报警系统设计与应用张 道１ 付文刚２ 崔成剑１（１．国电南瑞科技股份有限公司，２１００６１，南京；２．中铁第一勘察设计集团有限公司，７１００４３，西安∥第一作者，工程师）摘 要 以重庆地铁６号线为技术背景，阐述了火灾自动报警系统在轨道交通系统中的应用。
首先分析了火灾自动报警联动系统的集成设计，并对火灾报警联动系统的工作原理、火灾模式识别、联动功能的实现做了较详细的阐述，最后对地铁的火灾报警系统给出了总结与展望。
火灾报警系统除了对站内火灾进行有效报警外，还应在火灾前期时对地铁的消防设备进行联动，及时灭火和防排烟，提示并指导人员进行疏散和撤离，保证地铁系统运营的人身安全。
关键词 火灾自动报警系统；综合监控系统；地铁中图分类号 Ｕ ２３１．９６Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｒｏ Ｆｉｒｅ Ａｌａｒｍ ＳｙｓｔｅｍＺｈａｎｇ Ｄａｏ，Ｆｕ Ｗｅｎｇａｎｇ，Ｃｕｉ ＣｈｅｎｇｊｉａｎＡｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｒｅ ａｌａｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｕｒｂａｎ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｍｅｔｒｏＬｉｎｅ ６．Ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｒｅａｌａｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｅｘｃｅｐｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａ－ｌａｒｍ，ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ａｌｓｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｓｓｅｎ－ｇｅｒｓ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅｉｒ ｓａｆｅｔｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｒｅ ａｌａｒｍ ｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒ－ｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（ＩＳＣＳ）；ｓｕｂｗａｙＦｉｒｓｔ－ａｕｔｈｏｒ’ｓ ａｄｄｒｅｓｓ ＮＡＲＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，２１００６１，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ 地铁属于地下建筑，具有客流量大、乘客密度高、车站公共区域空间小等特点。
为了保证在发生火灾时及时疏散乘客，确保乘客生命安全和国家财产不遭受损失，在地铁车站安装火灾自动报警系统（Ｆｉｒｅ Ａｌａｒｍ Ｓｙｓｔｅｍ，简为ＦＡＳ）是必不可少的。
地铁车站内与消防相关的设备种类众多，控制方式繁杂，当车站发生火灾时，如何使整座车站的风、水、电等消防专业快速转入消防救灾工作模式，并有序地展开灭火救灾行动，是至关重要的，而火灾报警系统及联动控制设计方案是其中最为关键的环节之一。
我国现行的各类规范和标准，对地铁车站火灾报警系统及联动控制方案没有具体的规定，下面就重庆地铁６号线一期工程车站火灾报警系统方案进行分析和讨论。
１ 系统结构地铁系统与一般的工业厂房、民用建筑、宾馆酒店相比具有站点众多、区域分散、管理相对集中等特点，这就要求火灾联动报警系统在系统集成、组网结构、联动模式等方面在技术方案设计上与一般的工业及民用建筑存在明显的差异。
目前我国大、中城市在轨道交通建设中大多借鉴了国外的成功经验，引进了地铁综合监控系统（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ，简为ＩＳＣＳ），提出了集中管理，分散控制的理念。
环境与设备监控系统（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ，简为ＢＡＳ）、门禁系统（Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ，简为ＡＣＳ）、ＦＡＳ、电力系统远程控制和数据采集（ＰｏｗｅｒＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，简为ＰＳＣＡＤＡ）、自动售检票系统（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＦａｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，简为ＡＦＣ）等系统首先纳入了地铁综合监控集成系统。
ＩＳＣＳ的引入大大减少了车站工作人员的配置，并有效地提高了地铁运营行车管理水平和消防救灾能力。
重庆地铁６号线综合监控集成系统采用中央级、车站级和就地级三级网络结构，ＩＳＣＳ系统相应地被分为信息管理层、控制层和设备层。
国内地铁项目综合监控系统与ＦＡＳ系统主要有以下３种集成方式。
（１）深度集成：ＦＡＳ在车站只设置ＦＡＳ现场级设备，车站级与中央级完全集成在ＩＳＣＳ，由ＩＳＣＳ实现其车站级和中央级功能。
（２）界面集成：ＦＡＳ中央级、车站级、现场级功能相对ＩＳＣＳ是独立的，在车站与ＩＳＣＳ进行了界面集成，与ＩＳＣＳ共用一个操作工作站。
（３）互联：ＦＡＳ与ＩＳＣＳ作为两个完整的系统，ＦＡＳ中央级、车站级、现场级功能由自身完成，与ＩＳＣＳ之间只有信息的传递。
重庆地铁６号线一期工程采用了界面集成的设计方案。
图１是ＦＡＳ与ＩＳＣＳ在车站集成结构示意图。
图１ ＩＳＣＳ－ＦＡＳ车站集成结构示意图 由图１可以看出，在车站，ＦＡＳ通过ＩＳＣＳ的前端处理器（Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，简为ＦＥＰ）集成到ＩＳＣＳ。
并通过硬线的方式连接车站的集成后备盘（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｂａｃｋｕｐ Ｐａｎｅｌ，简为ＩＢＰ）。
ＦＡＳ的车站日常管理功能和状态监视工作主要由车站级ＩＳＣＳ工作站来完成。
重庆轨道交通６号线的ＦＡＳ采用通信系统提供的单模光纤进行全线ＦＡＳ组网，通过采用跨站跳接的方式把车站火灾报警控制器（ＦＡＣＰ）组建形成了一个环形的分布式对等网络。
图２是重庆轨道交通６号线ＦＡＳ的网络拓扑结构，各车站ＦＡＳ联动型ＦＡＣＰ通过跨站跳接方式形成令牌环网，并连接到控制中心的网络型ＦＡＣＰ。
该方案设计不但避免了数据的长距离传输，而且保证了ＦＡＳ网络的闭环连接。
通过控制中心的ＦＡＳ服务器和工作站的接入，ＦＡＳ实现了双重管理的功能，同时大大提高了系统的易维护性和数据存储能力。
图２ 重庆地铁６号线ＦＡＳ的网络拓扑结构２ 系统功能ＦＡＳ按照中心级、车站级两级管理，中心级、车站级和现场级三级控制的运营管理模式进行设计。
中心级ＦＡＳ主要完成全线ＦＡＳ的信息管理功能，是全线ＦＡＳ的调度、管理中心，对全线火灾报警系统及消防设施有监视、控制及管理权，对车站级的防救灾工作有指挥权。
通过全线防灾直通电话、闭路电视、列车无线电话等通信工具，组织指挥全线防灾救灾工作。
在控制中心可编制、下达全线ＦＡＳ的运行模式，火灾时确定全线火灾自动报警系统的运行模式，监视运行工况；接收各车站ＦＡＳ主机报送的火灾信息和防救灾设备的运行状态，并记录存档，按信息类别进行历史资料存档与管理。
车站级ＦＡＳ能够实现管辖范围内实时火灾的预期报警功能，监视管辖范围内的火情，智能化管理火灾自动报警系统及防救灾设备，控制防救灾设施，显示运行状态，将所有信息上传至中心级；接收中心级指令或独立组织、管理、指挥管辖范围内防救灾工作；向本站ＩＳＣＳ、ＢＡＳ、ＡＣＳ、ＡＦＣ、公用广播等专业发布报警信息和灾害模式指令，指示有关的设备和系统转入救灾的工作模式。
现场级ＦＡＳ主要由探测器、输入输出模块、手动报警按钮、警铃等设备组成。
可完成火灾的识别、报警，以及联调相关消防系统完成现场灭火、阻隔火源蔓延等功能。
３ 报警联动车站ＦＡＳ实时监视车站环境，当发生火灾时，发出报警并与通风空调系统、给排水系统、低压配电系统、ＩＳＣＳ、ＢＡＳ、ＡＣＳ、ＡＦＣ、屏蔽门（ＰｌａｔｆｏｒｍＳｃｒｅｅｎ Ｄｏｏｒｓ，简为ＰＳＤ）、紧急广播（ＰｕｂｌｉｃＡｄｄｒｅｓｓ，简为ＰＡ）等专业实现火灾状况下的自动灭火和消防救灾工作。
３．１ 报警联动流程ＦＡＳ通过分布在现场的感烟和感温探测器、手动报警按钮来对现场的火灾进行探测及报警。
由于地铁系统存在环境复杂、设备众多、电磁干扰大等原因，现场探测器难免会发出错误报警信号，引起乘客恐慌，影响地铁系统的正常运营工作。
重庆６号线ＦＡＳ在报警方案设计时，为了减少该类误报情况的发生，通过增加车站工作人员现场查看确认等环节，大大减少了火警信息误报现象。
地铁车站火警信息确认主要采用了以下３种方式：①同一防火分区内有２个或２个以上探测器同时报警；②同一防火分区内有至少１个探测器和１个手报同时报警；③人工确认方式下发火灾报警信息。
火灾自动报警控制系统有自动和手动２种工作模式。
火灾报警主机可以通过放置在各车站车控室的ＩＳＣＳ工作站人机界面（Ｈｕｍａｎ ＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ，简为ＨＭＩ）或在火灾自动报警控制主机操作盘上手动／自动转换开关来设置火灾联动系统的工作模式。
正常情况下设置为自动模式，即满足以上３个条件之一时，ＦＡＳ就自动联动相关消防设备；在设备检修、测试或有人值守的情况下可以设置为手动模式，当处于手动模式时，ＦＡＣＰ收到火灾信息后不自动下发相关联动指令，只发出声光报警提示工作人员，需要车站值班员人工确认后才下发指令到各消防专业。
图３为火灾报警联动的流程图。
３．２ 联动接口设计在火灾联动关系中，ＦＡＳ与ＩＳＣＳ、ＢＡＳ的通信是至关重要的，在重庆地铁６号线中ＦＡＳ与ＩＳＣＳ的通信接口协议采用了基于ＴＣＰ／ＩＰ的ＭＯＤＢＵＳ形式，而与ＢＡＳ的通信采用了基于ＲＳ ４８５的ＭＯＤＢＵＳ ＲＴＵ形式，两个接口的通信都采用了双机冗余备份，大大提高了通信的可靠性。
另外与ＦＡＳ有联动关系的专业有消火栓系统、气体灭火系统、排烟风机、ＡＦＣ、ＡＣＳ等。
图４显示了ＦＡＳ系统在车站与其主要联动专业的接口关系图。
３．３ 联动功能实现当车站发生火情时，ＦＡＳ向有消防联动要求的系统发出火灾模式指令，各系统根据该模式指令控制各自设备的运行工况。
同时ＦＡＳ将根据应急救灾模式表中的联动关系，实现启动报警区域的专用排烟风机、启动消火栓泵、切除报警区域内的非消防电源、启动报警区内的应急照明电源、启动应急广播、释放ＡＣＳ通道门和ＡＦＣ闸机等联动功能。
如果ＦＡＳ下发到消防专用设备的控制命令因设备或通道故障无法正常执行时，可以通过设置在车站控制室紧急后备盘上的消防专用设备按钮对其进行操作，主要包括专用排烟风机、加压送风机、消防泵、喷淋泵的手动操作。
地铁消防设备的联动是以车站级联动控制为主，当发生车站火灾时，根据火灾发生位置，按预先编制控制程序发布救灾指令，相关联动方主要包括以下几个方面：（１）与消防水系统的联动。
消防水系统主要包括消火栓系统、水喷淋系统、消防泵系统等。
重庆６号线一期工程车站消防泵控制方案经过与当地消防部门沟通，并经过专家多次开会讨论，最终现场采用的起泵控制方式有以下３种：①自动起泵—ＦＡＳ收到报警信号后，经过确认，通过输出输入模块控制消防泵起动，并显示工作状态，消防人员看到起泵指示灯点亮后，即可使用消火栓；②手动起泵—当有火灾发生时，可在车站控制室ＩＢＰ盘直接手动操作起动消防泵进行灭火，并显示泵的工作状态；③消火栓按钮起泵—在ＩＢＰ盘上设有消防泵控制的“手动／自动”转换开关，转换开关置自动位时，通过按下消火栓起泵按钮可直接起动消防泵；当转换开关置手动位时，可由车站值班人员在ＩＢＰ盘上手动起动消防泵。