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摘要：文章介绍了火灾自动报警系统的发展和系统结构，并针对南水北调中线工程特点给出了报警区域及探测区域的划分、报警控制器及探测器的设置，消防设备及其功能选择等。主要通过对探测器的选型、消防设置方面的阐述，阐述了火灾自动报警系统在工程中的设计及应用。
关键词：南水北调中线干线工程,火灾自动报警系统,火灾报警探测器
随着我国经济建设的迅速发展和科学技术水平不断提高，消防安全显得越来越重要，火灾自动报警及消防联动系统作为火灾的先期预报手段，对火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全，起到了不可替代的作用。笔者参与了南水北调中线一期工程邯郸、邢台段现地闸站的消防设计，本文结合工程实际，就火灾自动报警系统中消防设备的选择及联动方案的合理选择等问题作了初步探讨。
1火灾自动报警系统简介
随着生产活动的迅猛发展和生活水平的逐步提高，消防安全显得越来越重要。火灾自动报警及消防联动系统，对火灾的先期预报、及时扑救、保障人身和财产安全，起到了不可替代的作用。火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过火灾探测器转变成电信号，传输到火灾报警控制器，显示火灾发生部位，联动消防设备，发出报警信息，记录火灾发生时间，最大限度提高消防安全水平。
2火灾自动报警系统的分类
2.1区域报警控制系统
由区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾报警控制器和火灾探测器等组成，功能简单的火灾自动报警系统。区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：
（1）一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。
（2）当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。
（3）区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m.正面操作距离不应小于1.2m.
（4）区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或服务台。
2.2集中报警控制系统
由集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成，功能较复杂的火灾自动报警系统。集中报警控制器的设置应该满足以下规定：
(1)系统设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。
(2)集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。
(3)集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。
(4)其中区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。
2.3控制中心报警系统
由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。控制器的设置应该满足以下规定：
(1)系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；
(2)设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；
(3)区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述集中报警控制系统的有关要求。
3火灾自动报警系统的配置
火灾自动报警系统是由火灾报警控制器、触发器件以及具有其它辅助功能的装置组成的系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。
3.1火灾探测器
火灾探测器的选择应符合下列要求：
(1)对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；
(2)对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；
(3)对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；
(4)对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。
(5)在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表1的规定。
表1点型感烟、感温火灾探测器的实用高度
房间高度(m)感烟探测器感温探测器
一级二级三级
12＜h≤20不适合不适合不适合不适合
8＜h≤12适合不适合不适合不适合
6＜h≤8适合适合不适合不适合
4＜h≤6适合适合适合不适合
h≤4适合适合适合适合
注：引自《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-1998
3.2手动火灾报警按钮
每个防火分区应至少设置一只手动火灾报警按钮。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处。手动火灾报警按钮应设置在明显的和便于操作的部位。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离，不应大于30m。手动火灾报警按钮安装在墙上时其底边距地高度宜为1.3～1.5m，且应有明显的标志。
4.火灾报警控制器的联接与扩展
随着现代通信技术的进步，使得人们对远程设备监视及控制成为可能，由此，根据控制距离的远近及建筑物的规模，火灾报警控制系统常采用以下的组网方式扩展系统的规模及功能。
4.1RS-485网络
RS-485网络具有以下特点：
(1)通过每个控制器的接口板即可完成组网；
(2)采用1.0mm2屏蔽双绞线，整体距离＜1200m；
(3)采用总线型布线，分支应尽量短。
RS-485网络适用于规模较小且控制间距不大的系统，组网示意图如图1。
图1RS-485网络组网示意图
4.2分布型RS-485网络
分布型RS-485网络具有以下特点：
(1)中心控制器增加RS485网络集线器；
(2)布线简单，每个从控制器单独向中心控制器布线；
(3)采用1.0mm2屏蔽双绞线，每个从控制器到中心控制器的距离＜1200m。
分布型RS-485网络适用于规模中等且控制间距不大的系统，组网示意图如图2。
图2分布型RS-485网络示意图
4.3分布型光纤联网
分布型光纤联网具有以下特点：
(1)适用于一台控制器为中心，其余控制器分别联到中心的网络结构；
(2)每两台控制器间采用2根单模光纤组成总线式网络，可实现50km联网。
分布型光纤联网适用于规模较大且控制间距较远的系统，组网示意图如图3。
图3分布型光纤联网组网示意图
4.4与标准传输设备联网
光端机等标准传输设备均有传递多个通道数据的能力，具有RS232数据接口，控制器可通过具有RS232数据接口的标准传输设备组成网络。控制器联网采用令牌总线，数据传输延时不大于50毫秒，具体视传输设备确定。
标准传输设备有总线通讯型和点对点通讯型。其组网示意图如图4、5、6所示。
图5点对点标准传输设备环形联网组网示意图
图4点对点标准传输设备集中式联网组网示意图
图6总线通讯型标准传输设备联网组网示意图
5.南水北调工程中火灾自动报警系统的应用
南水北调中线工程是缓解我国京、津、华北地区城市缺水矛盾和支撑该地区在国民经济与社会可持续发展的战略性举措，多年平均调水量95亿m3，属特大型长距离调水工程。工程主要现地建筑物包括输水渠道、现地闸站及降压变电站等。
需消防的主要建筑物为现地闸站中的节制闸、退水闸、排冰闸、分水闸、检修闸启闭机室及降压变电站中的柴油发电机室、高压开关室、变压器室、低压配电室（变配电室）、控制室、通信室等及附属建筑物、现场办公用房和电缆沟等。
火灾报警分为自动报警和人工报警两种方式。报警方式的采用主要考虑建筑物的重要程度和发生火灾后的故障影响范围。鉴于南水北调工程的重要性且为满足“无人值班，少人值守”的要求，布置有全线动态调水设施和发生火灾严重影响总干渠供电可靠性的降压站均设置火灾自动报警装置，采用自动和人工相结合的方式报警。
由于南水北调中线工程各建筑物的结构形式差异不大，因此，取沁河倒虹吸作为典型建筑物进行说明。
5.1报警区域及探测区域
沁河倒虹吸退水闸、排冰闸启闭机室及进口降压站均布置在工程进口，均为独立单层建筑，功能独立，相对分开，因此分别作为1个独立的报警区域。退水闸启闭机室、排冰闸启闭机室及降压变电站的高压开关室、低压配电室、通信室、控制室、柴油发电机室、变压器室等均为独立房间，因此各自为一个探测区域。
沁河倒虹吸节制闸及出口降压站均布置在工程出口，分别作为1个独立的报警区域。节制闸启闭机室及降压变电站的高压开关室、低压配电室、通信室、控制室、柴油发电机室、变压器室等均为独立房间，因此各自为一个探测区域。
5.2系统形式和主要设备的配置及选型
(1)系统形式
沁河倒虹吸退水闸、排冰闸启闭机室及进口降压站均布置在工程进口，相距较近且面积均较小，故按一个区域报警系统设计，设一台火灾区域报警控制器。
沁河倒虹吸节制闸及出口降压站均布置在工程出口，相距较近且面积均较小，故按一个区域报警系统设计，设一台火灾区域报警控制器。
(2)主要设备配置
降压变电站值班室布置一台壁挂式火灾报警控制器，在每个探测区域根据规程要求设置适当数量的探测器。探测器主要采用带地址编码的感烟型和感温型探测器，电缆沟和电缆桥架内采用缆式探测器。每个防火分区至少设置一个手动火灾报警按钮（带地址编码），并在适当位置设置一台声光报警器。
5.3火灾探测器的设置部位
5.3.1火灾探测器的设置规定
(1)探测区域内每个房间至少应布置一只火灾探测器。
(2)感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应该满足表2的规定。
注：引自《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-1998
(3)一个探测区域内所需设置的探测器数量，应由下式计算：
式中：
N—一个探测区域所需设置的探测器数量(只)，N(取整数)；
S—一个探测区域的面积(m2);
A—一个探测器的保护面积；
K—修正系数，重点保护建筑K取0.7～0.9，普通保护建筑K取1.0。
(4)在宽度小于3m以内的走廊顶棚上设置探测器时宜居中布置。感温探测器的安装间距L不应超过10m，感烟探测器的安装间距L不应超过15m，探测器至端墙的距离不应大于探测器间距的1/2。
(5)探测器至墙壁、梁的水平距离不应小于0.5m，并且探测器的周围0.5m内不应有遮挡物。
5.3.2火灾探测器的设置
火灾探测器的具体设置部位包括：降压变电站各房间、节制闸、退水闸、排冰闸、分水闸启闭机室、启闭机室电缆桥架、电缆沟和电缆密集处的降压变电站室内电缆沟。
5.4消防电气
(1)系统供电
火灾自动报警系统电源分主电源和备用直流电源。主电源采用AC220V，引自降压站低压母线，直流电源采用报警控制器自带蓄电池，电压DC24V，并满足《火灾报警控制器》（GB4717-2005）5.2.10条的要求2。
(2)配电线路及照明器的保护措施
1)消防设备的配电线路穿钢管保护，暗敷时应铺设在非燃烧体结构内，保护层厚度≮3cm。明敷时钢管表面涂刷防火涂料。
2)照明器具高温部位靠近可燃物时，应采取隔热、散热保护措施。
3)超过60W的白炽灯、卤钨灯、荧光高压汞灯(包括镇流器)等不得直接安装在可燃装修材料和可燃构件上。
(3)火灾应急照明、疏散指示标志
疏散通道及安全出入口通道的显著位置设置火灾应急照明及疏散指示标志。火灾应急照明采用应急灯(启闭机室和管理处)和事故照明(现地闸站降压站内)两种方式。应急灯和疏散指示标志自带蓄电池，供电时间均不小于60min，事故照明取自直流电源。应急照明、事故照明和疏散指示标志最低照度均不低于0.5lx。
(4)导线选择及布线
1)火灾报警控制器报警总线采用ZRA-RVS-2×1.5铜芯阻燃绝缘线，DC24V外控电源线采用2×ZRA-BV-1.5铜芯阻燃绝缘线，其耐压等级不低于交流250V。报警总线及电源线均选择不同颜色的绝缘导线，相同相别的绝缘导线颜色一致，接线端子设有标号。
2)火灾自动报警系统单独布线。报警总线及电源线在降压站和各启闭机室内均穿钢管在结构板、墙内暗敷或在吊顶内敷设，暗敷时铺设在非燃烧体结构内，保护层厚度≮3cm。由火灾报警控制器至各启闭机室内的报警总线和电源线在电缆沟分别穿钢管敷设。钢管在线路施工完毕后进行防火封堵，明敷时在钢管表面刷防火涂料。
(5)消防联动
《火灾自动报警系统设计规范》中规定：“消防控制室在火灾确认后，应能切断有关部位的非消防电源……”，在南北北调工程实际中，当系统确认火灾发生时对相应防火区域内的非消防电源通过控制监视模块进行切断，并联动切断轴流通风机电源，通过模块监视相应电源开关的动作状态，接受其状态反馈信号。
(6)设备接地
系统与防雷接地、低压保护接地采用共用接地系统，接地电阻不大于1Ω。
5.5系统组网
现地站火灾自动报警系统接入现地闸站自动化系统，通过南水北调通信系统与各级管理机构相联。
6.结语
随着电气设备性能的日趋完善和微型处理机技术的普及与广泛应用，消防报警及联动控制设备的智能化程度越来越高，同时也使消防专业与相关专业的联系更加密切。相信在南水北调中线工程中，火灾自动报警系统会在日后的实际使用中发挥它应有的作用，更好的服务于社会。
参考资料：
1、《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116—1998)；
2、《火灾报警控制器》（GB4717-2005）。
