上海外灘隧道火災應急后備盤的設計與優化

畢如林

(中遠海運科技股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

上海外灘隧道內的消防設施主要有火災自動報警系統、泡沬水噴霧自動滅火系統、通風排煙系統和疏散照明指示系統等。在通常情況下，當隧道內發生火災時，消防設備按預設程序自動運作，無需人工干預，即由探測器發出報警信號，觸發火災報警控制器執行聯動程序，開啟泡沬水噴霧滅火設備和通風排煙設備，聯動疏散照明指示系統、應急廣播系統和交通監控系統等進入消防運行模式。然而，在實際運營過程中發現，消防設備會出現動作延遲和漏報警等問題。同時，若聯動控制程序失效，會造成消防系統無法運作。

目前上海外灘隧道監控中心設置有消防水泵和排煙風機手動控制盤，一旦發現設備未自動開啟，可在監控中心對其進行遠程控制。但是，對于現場泡沬水噴霧閥組而言，缺少應急控制設備。為確保消防救援及時、有效，需設計一套自動滅火系統應急后備控制盤，實現對泡沫水噴霧閥組的遠程控制。

1 設計方案

外灘隧道行車通道設有自動滅火系統，三車道處滅火分區的長度為25 m，兩車道處滅火分區的長度為35 m，由現場設置的泡沫水噴霧閥組控制。隧道全線設置有約220套泡沫水噴霧閥組。當隧道內發生火災時，開啟著火點對應的2組泡沫水噴霧滅火分區實施滅火(覆蓋范圍50～70 m)。

在監控中心設置滅火系統應急后備控制盤。在盤面上設置控制按鈕，并使其與現場閥組一一對應。為便于人工識別著火點位置，在行車通道泡沫水噴霧管道首尾設置標志牌，顯示水噴霧區段編號，并使其與控制盤按鈕編號相對應。當值班人員通過監控圖像發現有火災發生，且火災報警系統未及時發出報警信號時，可根據火災點所在區段的編號按下對應的按鈕，開啟火災現場的泡沫水噴霧控制閥組。應確保能通過監控圖像清晰地識別標志牌上的內容。隧道泡沫水噴霧管道標志牌安裝位置示意見圖1。

a) 總體安裝位置示意

圖1 隧道泡沫水噴霧管道標志牌安裝位置示意

監控中心應急后備盤與現場泡沫水噴霧閥組相連接，實現遠程手動控制功能。

應急后備盤采用模塊化設計，前維護方式，落地靠墻安裝。盤面上繪制有隧道線形示意圖，并配有必要的文字說明；設置有各種緊急控制按鈕、指示燈和蜂鳴器等，按鈕上設置有鎖閉保護裝置。

應急后備盤配置有控制主機，接入按鈕操作信號，實現對泡沫水噴霧閥組的控制。每個控制按鈕都配置有指示燈，并通過不同顏色區分當前的狀態。例如，當按下按鈕，現場閥組開啟時，指示燈顯示為綠色；當現場閥組未開啟時，指示燈顯示為紅色；當應急后備盤發生故障時，可發出報警信號。

2 系統功能和重難點實現

應急后備盤是一種人機接口裝置，由屏面、落地柜體和安裝底座等結構組成，放置在中控室內，滿足應急、備份和直接操作的要求。

應急后備盤控制方式是手動控制方式的備用控制方式，通過應急后備盤進行模式控制，能實現火災緊急運行模式操作。應急后備盤接收現場控制器的接收指令反饋信息、執行結果信息和設備運行狀態的反饋信息。

應急后備盤的主要作用是：在火災初期，在雙波長火災探測器和感溫光纜等未報警，而通過人工巡檢或事件檢測發現有火災發生的情況下，快速響應設置的備份操作設備，避免根據人工的經驗判斷導致判斷延遲或判斷失誤，進而喪失最佳的滅火時機。具有應急后備盤的火災報警流程圖見圖2。

圖2 具有應急后備盤的火災報警流程圖

實現應急后備盤功能的重難點在于準確判斷著火點位置。上海軍工路隧道應用的應急后備盤通過在噴淋分區分界點進行車輛定位，利用攝像機查看噴淋分區的狀態，建立起攝像機與噴淋分區的關系，并將其反映在應急后備盤版面上。

由圖2可知，采用應急后備盤的場景是小型火災或火災發生初期，探測器尚未觸發報警的階段。在該場景下，監控員一般通過隧道內的視頻、事件檢測和在隧道內人為按下報警按鈕發現火災，最終確認火災是否發生和發生位置的方式均為視頻查看。實現應急后備盤功能的前提是能通過視頻圖像確定火災發生位置，并能精確到25 m(至少50 m)。若攝像機安裝間距過大，即使發現監視范圍內有火災發生，也很難通過人工判定火災處于哪個“25 m”區間，因此無法確定開啟哪2組水噴霧系統實施滅火。由于水壓的限制，隧道消防設計僅考慮隧道內同時發生1起火災，且消防設備必須到現場進行復位，不允許遠程關閉，若噴淋組選擇不當，將對火災初期的消防自救造成嚴重影響。

軍工路隧道內部分區域存在1臺攝像機覆蓋3個防火分區的情況，目前只能依靠監控員的經驗和規范操作流程處理。首先根據經驗判斷著火點在攝像機鏡頭內的遠近，斷定著火點是在沿行車方向的一分區和二分區內，還是在三分區內，再由遠及近開啟噴淋設備。由遠及近開啟噴淋設備的作用是防止近端噴淋設備開啟之后遮擋遠端視線。

由此可見，軍工路隧道采用的應急后備盤的操作存在主觀性，只能定性判斷出大概位置，誤判的概率較大。由養護公司反饋的消防演習效果得知，即使是有多年工作經驗的監控員，在面對火災時出錯的概率也非常大。因此，在外灘隧道內對該應急后備盤進行優化，使其具備客觀性，能定量地判斷出車輛的精確位置，大大降低出錯的概率。

外灘隧道應急后備盤的基本功能是通過手動控制的方式直接啟動隧道內的雨淋閥和泡沫閥(以下簡稱閥組)。閥組在收到應急后備盤的啟動命令之后將啟動并顯示相應壓力開關的反饋信號，用于確認閥組已打開。外灘隧道應急后備盤版面示意見圖3。

圖3 外灘隧道應急后備盤版面示意

3 優化與改進

借鑒上海軍工路隧道應急后備盤的應用經驗，對此次設計的外灘隧道應急后備盤進行優化改進，以使其更好地在其他隧道內推廣應用。優化后的外灘隧道應急后備盤版面示意見圖4。

圖4 優化后的外灘隧道應急后備盤版面示意

該優化系統在軍工路隧道應急后備盤的基礎上，在外場增加了標志牌，在每個滅火分區的首尾都增加了相同的標有唯一序號的標志牌，從001開始，直到最后一組滅火分區，同時將標志牌上的序號反映到應急后備盤版面上，將按鈕編號與現場分區一一對應，這樣當發生火災時，監控員通過攝像機查詢到現場編號，按下相應的2組按鈕即可準確定位滅火發生位置，不再依靠監控員的經驗判斷分區，以免因誤判而錯過最佳滅火時機。

軍工路隧道的應急后備盤控制按鈕與現場攝像機的相對位置存在不確定性，一旦攝像機發生移動或被拆除，該相對位置將發生變化，整個盤面都要進行調整，這樣會導致二次施工，產生比較大的工作量。外灘隧道采用的方案是絕對對應，將每個按鈕與現場每個滅火分區的標志牌相對應，不受攝像機變更的影響，只是將監控作為應急后備盤的一個輔助手段，無論攝像機如何變更，只要其消防分區不變，應急后備盤都不用作任何變動，可做到系統獨立，不受外部因素的影響。

軍工路隧道內的攝像機與現場消防分區的相對位置無法精確匹配，若要達到精確匹配，需開展大量工作，需要2組人員分內外場逐一核對，存在主觀判斷的情況，且現場火災分區沒有明確的標記，很容易在匹配過程中造成混亂。外灘隧道將標志牌與消防分區相對應，不存在該問題，且施工簡便。

按照養護規范要求，養護公司要定期舉行消防演習。由于泡沫費用較高，污染環境，且后續處理比較困難，養護公司通常在演習時先關閉泡沫閥，再進行后續操作，這樣過程繁瑣，容易出錯。因此，在外灘隧道應急后備盤中新增啟動雨淋閥和泡沫閥與僅啟動雨淋閥的切換開關，僅啟動雨淋閥功能可應用于測試和消防演習中，為系統調試和養護公司開展相關工作提供便利。

在應急后備盤版面上標記與鄰近地鐵的相對位置，一旦在該位置附近發生火災，且無法及時撲滅，造成無法控制的局面，可及時通知設施管養單位采取應對措施，保障鄰近設施的安全、正常運轉。

在應急后備盤版面上標出工作井、雨廢水泵房和變電所等設施的相對位置，便于發現火災，在滅火期間關注附近泵房設備的情況，防止設備突發故障，導致大量廢水涌入工作井，無法及時排出，對隧道的安全運行造成影響。

本著以人為本的原則，在應急后備盤上添加逃生通道，在發生火災時會造成前后擁堵，車輛無法移動，這時為保障人的生命安全，監控室監控員可通過廣播告知隧道內人員逃生通道的位置，通過應急后備盤上標注的相對位置迅速定位，協助隧道內被困人員迅速脫離危險。

該應急后備盤配備專用的不間斷電源(Uninterruptible Power Supply, UPS)，即采用消防設備專用電源并有備電支持，防止斷電情況下整個應急后備盤失效。引入的專用UPS系統圖見圖5。

圖5 引入的專用UPS系統圖

安全可靠是設計的首要目標，人機工程學標準是設計的另一個重要目標。人機工程學標準主要體現在屏面布置、操作臺設備布置、線纜路徑安排、表面加工及顏色和落地機柜設計等工作中。人機工程學標準的應用既能提高值班人員在同一環境內長時間連續工作的舒適度，又能使值班人員及時捕捉到突發事件，并在最短的時間內作出正確的反應(如操作相關設備的開關按鈕)。

以人機工程學理論為基礎的坐姿控制臺和立姿控制臺的設計準則是基于人機工程學設計應急后備盤的理論依據。監控室是值班人員長期工作的地方，應急后備盤作為監控室內的重要設備，保證其結構的合理性，能給監控室營造一個安全、高效的運營空間。從人機工程學的角度出發，將人機界面設計得更合理、更人性化。

因此，根據外灘隧道的長度和線性特征，將應急后備盤的尺寸定為寬度5 000 mm，高度2 000 mm，設置在中控室控制臺后方，距離監控員很近，這樣有利于監控員在發生火災時盡快到達應急后備盤所在位置，為滅火爭取時間，防止火勢蔓延。圖6為隧道中控室應急后備盤平面布置圖。

圖6 隧道中控室應急后備盤平面布置圖

4 結 語

由于隧道攝像機是為監控車道設置的，其聚焦的是車道，而不是隧道頂部，因此在隧道的結構和線性特征的影響下，有極少部分標志牌在圖像里不是十分清晰或被遮擋，可通過前后序號推斷出該消防分區的編號。此外，由于外灘隧道只允許小型車通行，因此不存在大車遮擋的情況，且外灘隧道內的攝像機是居中安裝的，給隧道兩側標志牌的安裝提供了便利。

在其他隧道應用該系統時，攝像機的安裝位置與標志牌的安裝位置一定要相互配合好，即標志牌不能影響攝像機的視野，攝像機要能清晰地顯示標志牌的內容，最終在保證隧道美觀的同時，兼顧其功能的實現。