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摘要：如今，地铁行业正在高速发展，伴随着地下车站的建设，地下空间的消防安全尤为重要。消防安全管理贯彻“预防为主，防消结合”的原则，而火灾的早期探测则是我们消防安全管理的主要手段，目前地铁火灾的早期探测除了人工巡查之外，主要就是采用火灾自动报警系统，通过在各场所采用各类的火灾探测器达到火灾前期监测。因此，如何采用合理的火灾探测方案及类型，实现火灾探测器合理、高效、精准布置，确保地铁的消防安全显得尤为重要，否则一旦火灾发生可能会带来重大的人员伤亡及财产损失。
关键词：消防；探测器；安全；
一、概述
地铁范围内大部分场所主要为地铁车站、车辆段等，地铁车站多数属于地下空间，作为人员密集、流动性大的场所，发生火灾将对人员及车站造成严重的后果，而车辆段是地铁线路中的重要组成部分，发生灾害将对列车的运行及物资造成严重影响。因此，火灾的预防对地铁车站及车辆段来说是必不可少的。根据GB50157-2013《地铁设计规范》的要求，车站的站厅、各类设备用房、车辆基地的车辆停放车间、维修车间、物流仓库等应设置火灾探测器，以便在火灾初期探测到燃烧产生的烟雾和热光辐射等，并在消防控制室的火灾报警控制器及图形工作站上显示火灾发生的位置，联动相关消防设施，以便及时组织人员进行疏散和火灾扑救。
二、车站、车辆段火灾探测难点分析
（一）地铁车站火灾探测难点分析
地铁车站根据GB50157-2013《地铁设计规范》的要求，在站厅公共区、站台公共区、各类设备房等场所设置火灾探测器。探测器安装要求一般采用吸顶安装，在火灾发生时，由于上升的烟雾触发探测器，火灾控制器接收到探测器报警信号后，在工作站上显示报警位置，并联动相关的消防设施，以便火灾初期的快速处置和人员疏散。但是在各类设备房中，由于各类电气设备都安装在电气柜中，当内部电器短路或发生设备故障导致温度升高引起火灾时，因电器柜的密闭性容易导致烟雾无法被探测器及时监测到，在一定程度上延误了救灾时间。因此，分析研究可适用于电气柜、配电柜等空间较小、密闭性较高、需要进行火灾早期探测的重要场所的火灾探测器对于地铁火灾探测方案的设置具有重要的意义。
（二）地铁车辆段、停车库火灾探测难点分析
地铁车辆段、停车库等场所，与普通建筑物不同，难以对其进行早期火灾探测，主要体现在以下几个方面：第一，空间高大，火灾烟气难以到达顶部。由于火灾高温烟气在上升的过程中受到空气的稀释逐渐降温，温度降到一定程度则失去上升浮力，悬停在大空间的中上部位置，很难到达顶部。特别是在高温季节，大空间建筑的顶部易产生热压，热风压效应对上浮的火灾烟雾起到了屏障作用。第二，空间宽阔，发生火灾时烟气难以聚集。由于地铁停车库等大空间建筑场所空间体量很大，在发生火灾的初期，烟气很快向四周扩散，并被周围空气稀释，浓度积累很慢，浓烟很快就会被风带走。而常规的烟感探测器报警阈值一般是3%～5%OBS/m，低浓度烟气不能触发报警。因此，当大空间建筑场所达到烟感探测器火灾报警浓度时，火情已经发展到相当程度了，造成的损失已经很大，报警已经失去意义。
目前在地铁停车库内主要使用的是线型光束感烟探测器和吸气式火灾探测器，但线型光束探测器在实际使用中存在误报率高，容易受天气环境影响等限制；吸气式火灾探测器由于地铁车辆段、停车库空间的高大宽广，难以及时将烟雾抽吸到报警装置内进行检验，报警时间存在长时间延误的可能，因此对分析选着可快速检测火焰、烟雾，稳定性高的探测器具有重要的意义。
三、地铁火灾探测器选型分析
（一）地铁车站火灾感烟探测器的使用现状
1、地铁车站火灾探测需求
地铁车站内主要采用火灾探测器主要为点型光电感烟探测器，点型光电火灾探测器的主要工作原理主要为利用探测器的红外发光元件与光敏元件（光子接收元件）在其探测室内的偏置设计，二者之间的距离一般在20-25mm。在正常无烟的监视状态下，光敏元件接收不到任何光，包括红外发光元件发出的光。在烟粒子进入探测室内时，红外发光元件发出的光则被烟粒子散射或反射到光敏元件上，并在收到充足光信号时，便发出火灾报警。根据《火灾自动报警系统施工及验收标准》（GB50116-2019）点型火灾探测器的安装要求，探测器周围水平距离0.5m内部不应有遮挡物，另外由于点型感烟探测器的安装使用要求，基本无法适用于电气柜、配电柜内的等空间小、密闭性较强的重要场所；因此，对电气柜、配电柜内的火灾早期探测无法采用点型火灾探测器来实现
2、针对火灾探测难点的选型分析
根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）5.4.1：适用于空间较小、需要进行火灾早期探测的场所的探测器主要为吸气式感烟火灾探测器。因此，下面对吸气式火灾探测器的原理、性能及适用性等进行分析。
（1）吸气式感烟探测器的组成
吸气式感烟探测器（如图1）是由探测器及空气采样管道系统组成，管道成网络分布，从探测器延伸至被保护区域。该采样管绝缘、耐高温（耐高温250度），在不同的环境下能保持较好的稳定性。当吸气式感烟探测器的采样管安装在变电柜、环控柜以及扶梯控制柜内，不与所探测设备的电缆、母排等设备接触时，采样管定期采集所探测设备柜内的空气，传递到主机探测器进行采样分析。
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图1 吸气式火灾探测器及管道示意图
（2）吸气式火灾探测器的工作原理
吸气式探测器内采用吸气泵或者抽气扇，通过空气采样点及管路系统将被保护区内的空气样本抽送回探测器，探测器会对空气样本中是否含有火灾产生物进行检测分析。根据文献说明，每一物质于受热达过载时，即因化学变化导致材质分解，而会释放出不可见的次微米粒子（直径为约0.002微米，μm，10-6），当该物质持续受热达到燃点时，即开始转变产生碳粒子（即所谓的碳烟），并开始溶解而燃烧。从材质过热分解到烟雾产生的阶段，我们称之为火灾的“极早期”阶段（如图2）。
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图2 火灾发生的不同阶段
在正常阶段，空气中只有一般的悬浮粒子，数量约在25，000/cc至60，000/cc之间；在极早期阶段，空气中除了一般的悬浮粒子，还有因物质过热达热崩溃点而释放出的不可见次微米粒子。数量约在500，000/cc以上；到达烟阶段，空气中有一般的悬浮粒子，不可见次微米粒子，还有烟粒子，持续累积的数量约在1，000，000/cc以上。
在火灾发生早期，因物质过热、燃烧而产生的粒子经由空气采样管路将被保护区内的空气样本送入探测主机内，若此区域内的空气样本含有火灾极早期阶段释放出的高浓度的不可见次微米粒子，则可以判断得知早期火灾信息。
（3）吸气式火灾探测器的优势
1）适用于空间小、密闭性较高的各类电气柜、配电柜等重要场所
2）不与现有的火灾探测系统冲突，仍可模块接入火灾探测系统中进行监视
3）吸气式火灾探测器实施方便，维护也相对比较简单，且功能比较成熟。
（二）地铁车辆段、停车库火灾探测器使用现状
1、地铁车辆段、停车库火灾探测需求
目前地铁车辆段、停车库主要使用的火灾探测器主要有两种：线型光束感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器：
（1）线型光束感烟火灾探测器
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系统构成及原理
线型光束感烟火灾探测器由发射器和接收器配对构成，其作用原理是利用烟雾减少接收器接收的红外光束量来判断火灾。传统线性光束感烟探测器必须与反射镜配套使用，当探测器光路上出现烟雾时，会使到达接收器的信号减弱，当减光率达到预设阈值时，探测器就会产生报警信号。
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技术及性能分析
该类探测器属被动探测，其保护范围大，适用于高大空间，最大安装高度达到20米。但环境适应性相对较弱，不适用于有大量粉尘、水雾滞留、湿度变化较大、可能产生蒸汽及油雾、建筑结构由于振动等原因会产生较大位移等场所。
（2）吸气式感烟火灾探测器
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系统构成及原理
吸气式感烟火灾探测器由空气采样管网、火灾报警装置及显示控制单元构成。管路采样吸气式感烟火灾探测器，通过分布在探测区域的采样孔，将空气样品抽吸到报警装置内进行分析，并显示出所保护区域的烟雾浓度和报警、故障状态等。
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技术及性能分析
吸气式火灾探测器在前面介绍中已经做了详细的分析，主要属于主动探测，能在火灾发生的早期阶段探测到火灾的发生，具有环境自动补偿功能，受粉尘、雾气等影响较小，环境适应性相对较强。但车辆段和停车库空间比较高广，采样管无法第一时间采集到烟雾，且系统探测管道较传统探测器分布密集，车辆段库房内柱网复杂，管道维护难度较大，比较适用于车站内的空间较小的密闭场所。
2、针对火灾探测难点的选型分析
根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）可得知，适合高大空间的火灾探测器主要有三种：线型光束感烟火灾探测器、管路采样吸气式感烟火灾探测器及图像型火灾探测器，因此除了线型光束感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器外，图像型火灾探测器是我们研究对比的方向。
（1）图形型火灾探测器的组成
图像火灾探测软件总体基于图像内容智能识别技术及机器学习理论，基于图像处理的火灾监控系统是一种以计算机为核心，结合光电成像技术和计算机图像处理技术的火灾自动监测处理系统。它利用摄像头对现场进行监视，同时对摄得的连续图像由硬盘录像机转换为数字图像输入计算机，不断通过软件进行图像处理和分析，从而进行早期报警。
（2）图形型火灾探测器的工作原理
图像型火灾识别主要是由一定的运算法则对火灾前后图像色素、亮度、色彩等特征进行差别区分，对没有发生火灾的背景图像和发生火灾图像进行对比，达到一定的阈值后系统报警。因为火焰本身的跃动性，还可在算法中加入对火焰频率的识别。而针对黑色烟气出现后会对整个图像的总像素上升，又可加入对烟气的视频识别，此外，由于烟雾在热量驱动下运动方向往往从下至上，所以又可根据烟雾运动矢量特征作为检测手段，可运用于户外、大空间和隧道的火灾探测。主要处理技术在于软件，可兼具视频监控功能，相对于对末端探测器本身健康状况依赖过高的传统探测器可靠度更高。
对有焰燃烧来说，火焰闪烁发出的光在捕捉到图像中表现为图像亮度频率变化，典型的火焰变化频率在1-10Hz之间；整个图像的像素水平也因火焰趋于饱和通过运用相应的图像处理算法，对比火灾前后的图像，经算法处理后再交给计算机做火灾特征的识别，给出报警或不报警的决定。
对于无焰燃烧，烟气的早期探测就显得尤为重要。针对烟气的有效视频火灾探测中，主要通过研究火焰和烟雾随时间的波动特性，以基于运动累计和半透明的视频烟雾探测模型及基于累积量和主运动方向的视频烟雾检测方法实现视频检测烟雾。
（3）图形型火灾探测器的优势
通过分析，对比地铁停车库中使用过的吸气式感烟探测器和红外对射探测器的性能参数，图像型火灾探测器具有以下几点优势：
1）探测器功能上比其他两种更加完善
智能图像火灾探测器可实现烟雾探测、火焰探测、视频监控，而吸气式感烟探测器和红外对射探测器只能针对烟雾进行探测
2）火灾探测时间比其他两种更快
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图像型火灾探测器在烟雾从地面上升不到2米时即可报警，而吸气式感烟探测器需等待烟雾上升至采样孔并经探测器检测完才可报警，红外光束感烟探测器同样需上升至顶部遮挡红外线的接收才可报警，图像型火灾探测器的报警时间远短于其他两种。
3）定位更加准确
图像型火灾探测器可以定位到火灾位置并提示现场值班人员，而其他两种探测器只能检测到对应的区域
4）探测距离更加长远
图像型火灾探测器最远可达350米，而吸气式感烟探测器单管最长80米，总管总长小于200米，红外光束感烟探测器最长探测距离为100米
综合各方面的评价因素，在地铁车辆段、停车场这种高大空间场所，图像型智能火灾探测器的性能优于吸气式感烟探测器和红外光束感烟探测器。
结语
根据对地铁车站和地铁车辆段、停车场的火灾探测器运营难点的分析以及对通过与其他类型探测器之间的对比，得出结论如下：
1、地铁车站内的电气柜、配电柜建议使用吸气式感烟探测器弥补点型光电感烟探测器的探测盲点，从消防安全管理上可更快的探测各设备房配电柜内的早期火灾情况。
2、在地铁车辆段、停车场中，通过分析图像型智能火灾探测器与其他两种目前在用的火灾探测器的性能，图像型火灾探测器利用多种分析技术，能同时具有火灾探测和视频监控双重功能，实现可视化报警，具有探测距离远，响应速度快，报警准确率高等优点。图像型火灾探测器不易受到天气环境等的影响，误报几率小，因此维护保养成本相较目前使用的两种探测器要低廉许多。综上，可知图像型火灾探测器未来在地铁高大库房内的应用空间应是非常可观，一可节省维护成本，二可提高报警准确率，对于地铁设备的安全运行提供有效保障。但是图像型火灾探测器成本相对其他两种探测器较高，因此，本人建议在成本考虑上可以在评估设备成本、后续的维护成本及设备故障率进出充分评估，在总体成本相差不大的情况下应优先选用图像型火灾探测器，提高地铁车辆段、停车场的火灾报警可靠度。