大空間移動式智慧消防報警滅火系統(tǒng)設計分析

熊忠榮

（福建省博意建筑設計有限公司，福建 廈門 361000）

建筑物火災每年給國家和人民造成了巨大的損失，如何有效防止火災發(fā)生，或在發(fā)生火災后的最短時間內將火撲滅，是急需解決的問題。而且高層、超高層建筑及大型商場、醫(yī)院等公共場所等的消防報警滅火系統(tǒng)尤為重要。目前，火災預警及滅火方式除了人力滅火，最主要的就是應用火災自動報警聯(lián)動控制系統(tǒng)和自動噴淋系統(tǒng)。在大空間的防火分區(qū)內，一旦出現(xiàn)火情，在著火范圍不大的情況下，應立即用大空間移動式智慧消防報警滅火系統(tǒng)迅速將火撲滅；因為一旦形成大面積、大范圍的火情，撲救難度將成倍增加，即使火災撲滅了，造成的損失也是巨大的。大空間移動式智慧消防報警滅火系統(tǒng)由火警探測器與軌道式、地面式及無人機智慧滅火機器人構成。

1 滅火系統(tǒng)概述

1.1 自動滅火系統(tǒng)和消火栓滅火系統(tǒng)的缺陷

目前，自動滅火快速方式主要還是以自動噴淋為主（或大面積采用水炮自動滅火方式）；消火栓必須由專業(yè)人員手動操作，滅火方式基本屬于被動式。早期的大面積滅火方式是通過自動噴淋方式，當燃燒位置的溫度達到68℃時，自動噴淋噴頭內的水立即噴灑向著火處進行滅火；而當消控中心接受火警信號后，立即啟動相關報警及聯(lián)動系統(tǒng)，當相關消防專業(yè)人員根據(jù)火災報警情況到達火場，操作消火栓，啟動消火栓泵時，已經花費了較長的時間，火勢很可能已經快速蔓延，而火勢一旦擴大就很難得到有效控制。而且很多建筑內的噴淋及消防管道因為長期沒有使用，存在積臟或腐蝕現(xiàn)象，使發(fā)電機無法正常啟動，或需要較長時間才能正常啟動；還有水泵損壞、電纜接頭損壞、控制屏線路損壞等問題，使整個系統(tǒng)不能正常運行，無法及時進行滅火。尤其在老舊建筑物中，消防滅火系統(tǒng)老化，如果任何一個環(huán)節(jié)維修不到位，都無法進行有效滅火。

1.2 智慧消防報警滅火系統(tǒng)的優(yōu)點

如何應對突發(fā)火警，可以通過在同一個防火分區(qū)內建立多個獨立滅火系統(tǒng)的主動式滅火裝置，在防火分區(qū)內的某個地方發(fā)生火情時，這些滅火裝置立即主動出擊，能在極短時間內進行智能判斷且快速滅火。在日常生活中，這些智慧滅火設備在各防火分區(qū)中處于充電待命狀態(tài)，一旦接收火警指令，就會以秒計時，迅速到達現(xiàn)場對火情進行智能化判別，再采用合理的方式滅火，使火情在極短時間內得到有效控制。

2 智慧型多功能綜合滅火機器人的主元件組成

智慧型多功能綜合滅火機器人可分成三類：空中軌道式、地面行走式以及無人機值守型等。在實際使用過程中，三類機器人各有千秋，這三類智慧滅火機器人均擁有獨立滅火系統(tǒng)，可自主設定自動智慧模式，或在消防控制中心統(tǒng)一控制協(xié)調下（消防中心指令可設優(yōu)先級）協(xié)同滅火。三類機器人的外觀和內部元件均為耐火或防火型材質（防爆區(qū)內機器人均由防爆元件制成），保證在有效滅火時間內，設備均可正常工作；三類智慧滅火機器人均由3個關鍵主元件組成。

2.1 全方位旋轉追蹤主元件基本構件

（1）紅外熱成像光電技術檢測傳感器；（2）單點式紅、紫外探測器或紅紫外復合探測器；（3）小水柱霧化噴頭（噴射小水柱及顆粒霧）；（4）消防泡沫噴頭（或其他滅火器材，如超細干粉、二氧化碳等）；（5）高清攝像頭（攝像頭上方同時安裝LED高光束燈光）；（6）與消防相關的各種傳感器（如溫度探測傳感器、氣體探測傳感器等）；（7）人體感應探測器、人臉識別系統(tǒng)、抓捕繩及噴射劑。以上所有元件均為全方位旋轉追蹤器的重要構件。

2.2 中央控制裝置與EPS、UPS電源主元件

中央控制裝置與EPS、UPS電源主元件包括中央微計算機系統(tǒng)，自備電源系統(tǒng)，廣播喇叭、紅藍火警燈閃爍裝置，液位傳感器（檢測自身水池水位），系統(tǒng)自巡檢故障檢測系統(tǒng)，無線信號接收、發(fā)射系統(tǒng)等等。

2.3 消防滅火器材主元件

消防滅火器材主要包括小型加壓泵（或雙加壓泵）、超小型消防水箱、泡沫消防元件、超細干粉、二氧化碳等小型、輕型滅火器材。

3 智慧型多功能綜合滅火機器人

3.1 軌道式智慧滅火機器人

在商場、營業(yè)廳、地下車庫等大空間場所的頂棚上均勻分布網格軌道（或平行軌道），每個防火分區(qū)的頂棚上均勻分布平行天棚軌道或磁力天棚軌道，磁力軌道天棚為鐵質金屬板路網，智慧滅火機器人在工作時產生電磁力，吸附在金屬天棚面上（金屬天棚軌道寬度為60cm，且可結合燈具設計），可快速在金屬天棚路網中行走。平行軌道還可以采用魚骨式設計，節(jié)點處采用上下移動式或支點旋轉后接通式。平時智慧滅火機器人行走在快速主通道中，一旦發(fā)生火警，由地址編碼定位著火點并控制機器人（或機器人自行智慧判斷）快速進入滅火平行軌道中，到達著火點附近并進行智能滅火。如果樓層內有多個防火分區(qū)，各防火分區(qū)之間有快速互通的直達軌道，使各防火分區(qū)的滅火機器人能互相支援滅火。

每個防火分區(qū)內，根據(jù)工藝設置4～5個智慧型滅火機器人（機器人為智慧型，可采用軌道式、地面式或飛行式，所有數(shù)據(jù)及相關音頻視頻均與消控中心的無線或有線連接）。

（1）機器人的基本配置。①每個機器人配置超小型滅火水箱，水箱的存水量依工藝確定（初定為20～30kg），以細水柱＋顆粒霧為主，以抖動或小范圍掃描式噴水柱霧為輔助，機器人對著火點采用近距離噴灑小水柱或顆粒霧。②每個機器人配置視頻監(jiān)控及音頻接收系統(tǒng)，對現(xiàn)場無死角監(jiān)控，畫面及音頻實時上傳消控中心，并接收消控中心的優(yōu)先指令信息。③每個機器人配置有熱源監(jiān)控捕捉系統(tǒng)，在接近火源時，精準捕捉著火點，從而快速有效地滅火。④每個機器人配置有獨立的EPS電源，一旦接到火警信號后，立即啟動EPS供電電源，滅火時間可初設定為30～100s，以此決定EPS容量及小型水箱容量（或由軌道在線供電，EPS電源輔助供電）。水箱的加壓泵為雙泵系統(tǒng)，功率為100～200W。⑤每個機器人配有多種滅火設備，如消火栓式細小水柱加顆粒霧滅火系統(tǒng)、超細干粉滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、二氧化碳滅火系統(tǒng)等，可根據(jù)現(xiàn)場工藝情況配置相應的滅火系統(tǒng)。⑥每個機器人配置有多種分析傳感器，在接近火源的過程中，各傳感器自動進行智能判斷，分析各種數(shù)據(jù)后，自動判別宜采用何種滅火系統(tǒng)，或兩種（多種）滅火系統(tǒng)同時啟用。

（2）機器人的功能。①機器人能快速到達現(xiàn)場滅火。一般情況防火分區(qū)最大面積約為10000m2，每個滅火機器人在網格行駛距離最遠不超過120～150m，設計行駛速度為5m/s（18km/h），其從待命區(qū)至著火最遠點的行駛時間約30s。②機器人能及時接收著火點信號。主要由煙霧火警探測器（或其他報警器），在確認火警地址后，智慧機器人及時依據(jù)定位輔助自行判別出警位置及啟動相關滅火系統(tǒng)程序，并結合火焰探測器、紅外探測器等傳感元件，在行駛過程中捕捉火警信號，以更準確地定位，從而快速行駛至著火點。③機器人除了具有火災滅火多功能，還具備有其他安全防范巡更功能，如夜間巡視防盜功能、人臉識別功能、移動式監(jiān)控系統(tǒng)終端及緊急廣播功能等。

3.2 地面式智慧滅火機器人

地面式智慧機器人主要技術功能與軌道式基本一樣，但由于運行軌道線路不一樣，因此在技術層面上略有差別。

（1）軌道式機器人在天棚上運行，儲水體積不宜過大，水柱顆粒霧滅火時間略短一些。地面式機器人儲水體積較大，水霧（噴水）時間更久。

（2）地面式行駛速度更快。地面式機器人采用輪胎運行（防火防爆輪胎），機動性更強（亦可采用坦克履帶式，行走更方便、可靠）。

（3）由于地面式機器人承載的負荷比較大，因此在EPS電池配置時，可配置更大功率的電池組，火警聯(lián)動滅火工作時間更長久。

3.3 無人機智慧滅火機器人

無人機智慧滅火機器人的主要技術功能與軌道式、地面式一樣，但是由于其具有飛行性，因此在技術層面上略有不同。

（1）由于無人機智慧滅火機器人具有飛行性，因此理論上飛行重量不宜太重。飛行機器人的EPS電源及裝載滅火裝置均按較短滅火時間考慮。在接收滅火指令后，快速飛行幾秒至十幾秒內即可達火源上空，進行火災初期快速精準定位滅火。若短時內火勢未全撲滅，地面式機器人會協(xié)助進行滅火。

（2）無人機智慧滅火機器人可在防火分區(qū)上空飛行，具有巡航檢測功能，可實時監(jiān)視防火分區(qū)內火情情況，當接收地址編碼火災探測器的報警信號時，具有一定技術范圍內的自主性。在無人機智慧滅火機器人技術成熟的情況下，存在取消固定式火災探測器的可能性。例如，在一防火分區(qū)內配置兩臺或多臺飛行無人機，可直接巡航掃描防火區(qū)域是否有火警狀況，發(fā)現(xiàn)火警后快速到達著火點并與消控中心進行信息互動，并同時滅火。備用的無人機滅火報警機器人可處于待命狀態(tài)，與飛行工作的無人機互為備用。

（3）無人機智慧滅火機器人還兼?zhèn)溆斜O(jiān)控、報警（與值班室無線連接）、廣播等功能?？蛇M一步拓展該類型機器人在外觀設計及多功能設置方面的靈活機動性。

3.4 智慧滅火機器人的互相支援

不同防火分區(qū)的機器人，可互相支援，在某個防火分區(qū)著火狀況下，相鄰防火分區(qū)機器人立刻處于緊急待命狀態(tài)，隨時可以支援著火區(qū)的機器人。多個滅火機器人可以在消控中心的指令下（或自行判斷），前往著火點對著火點同時滅火，以提高滅火的效率。

4 獨立式火災探測器

目前，在建筑防火分區(qū)內，火災探測器是固定式均勻布置的，在火警發(fā)生時進行報警，存在一定的滯后性，如何解決這一問題，文章提出如下解決方案。

（1）高靈敏復合型火災探測器。它是一個獨立式的火災報警小系統(tǒng)，將高靈敏探測器及地址定位編碼與防火分區(qū)內的區(qū)域火警系統(tǒng)中心無線連接。它由多種復合型火災探測器、定位裝置、自備電源及接收發(fā)射器等元件組成，底座可以臨時安裝或固定安裝。在防火分區(qū)內，針對火災危險等級比較高或火災隱患比較大的場所，高靈敏復合型火災探測器可以實現(xiàn)火警快速定位與報警。

（2）無人機飛行式火災探測器。其工作原理與高靈敏復合型火災探測器一樣，但它的機動性更強，火災報警的瞬間響應更快。飛行式火災探測器可編程設定巡航高度及自動避開障礙物，如在夜間、無人的空間，可依需求，設置在2～2.5m處進行巡檢。此外，其配置上還增加了一些元件，如人臉識別系統(tǒng)、警示燈、麥克風與報警廣播喇叭等，可進一步安全保衛(wèi)巡檢機器飛行器。

（3）壁掛式負壓型搖頭火災探測器。針對一些空間比較高的區(qū)域，待煙上升至頂棚時，所需時間較長，火勢已經發(fā)展到一定規(guī)模。如何快速探測燃燒產生的煙霧，設計一種壁掛式負壓型搖頭火災探測器，主探測器固定在設備的中央處，其采用高靈敏多種復合型探測器，并配置攝像頭，主探測器周邊為葉片式風扇，葉片旋轉產生負壓。在室內無風情況下，可布置此類探測器，在探測器附近產生負壓小空間，若附近產生煙霧，由于負壓存在，煙霧快速到達火警探測器位置，探測器可在短時間內迅速完成報警。監(jiān)控視頻可遠傳監(jiān)控室或消防控制室，以便管理人員觀察現(xiàn)場情況。

（4）落地式可移動火災探測器。落地式可移動火災探測器安裝在支架上，在室內根據(jù)家具靈活放置。主支架類似為照相機三角支架，頂端為高靈敏復合型火災探測器。探測器可依現(xiàn)場情況加配攝像頭、麥克風等設備，與區(qū)域中心報警器無線連接（自備定位裝置及UPS電源）。

5 結論

（1）軌道式、地面式或無人機智慧機器人都有一個共同特點，均為獨立式智慧滅火系統(tǒng)設備。機器人均采用防火及耐火性能比較好的產品，可接近火源，在接到火警信號時，以最短時間到達著火點，在火勢處于萌芽狀態(tài)時把火撲滅。

（2）在高科技產品日新月異發(fā)展情況下，各種形式的高可靠性智慧滅火機器人的技術在不斷完善。智慧滅火機器人在高大空間建筑及人員密集公共場所可以發(fā)揮非常重要的作用，而且在數(shù)字城市、智慧城市的發(fā)展建設中，設置智慧型多功能綜合報警滅火系統(tǒng)，可以實現(xiàn)快速報警、快速滅火，防止火災蔓延，更有效地保障人員及財產安全。