大型建筑火災自動報警與消防聯動系統研究

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山西省工業設備安裝集團有限公司 山西 太原 030032

當前，傳統火災自動報警系統存在著設計不當、基礎參數選擇不精確、配套設施不完善、與消防聯動控制之間的邏輯關系不清等問題。當明確火災發生位置后，還存在無法第一時間判斷出火災的嚴重程度、影響范圍等問題，進而無法制定出合理的救援方案。因此，火災報警與消防聯動系統不僅要努力爭取寶貴的救援時間，同時還應當為下一步行動提供良好條件，從而有效避免更嚴重的事故發生。對此，本文開展針對大型建筑的火災自動報警與消防聯動系統研究。

1 大型建筑火災自動報警與消防聯動系統硬件設計

1.1 消防貯水池設置

消防貯水池與各個消防給水裝置，例如加壓水泵、閉式自動噴水裝置、室內消火栓、微型自動掃描滅火裝置的三套穩壓裝置等集中安設在大型建筑的專用消防水池及水泵房內[1-3]。可將消防貯水池分設為三格，并保證其總有效容積大于1 500 m3。各個消防給水裝置中的加壓泵以3臺為一組，其中2臺作為備用加壓泵。每個裝置的3臺加壓泵分別從3個水池內吸水，為貯水與供水提供充足的水量條件。2座消防專用水箱安裝在大型建筑屋頂的水箱間當中，并保證每座有效容積在47.5 m3以上，其中用于消防貯水的有效容積應大于35 m3，冷卻塔補水應大于12.5 m3。

1.2 室內外消火栓設置

室外消火栓采用低壓制消火栓類型，管網沿大型建筑周邊環狀布置，通過從大型建筑周邊道路下的給水管引入2條DN200 mm供水管直接供水。由于大型建筑發生火災時的撲救用水量較大，因此，僅僅依靠供水管提供水資源是十分有限的。當給水管網供水量不足時，還需要通過室外消防供水泵自水池抽水提供并補充消防用水量。在大型建筑的6.40 m平臺及±0 m地面上均設置室外地下式消火栓，每個消火栓設DN65 mm和DN100 mm型號栓口各1個，6.40 m平臺消火栓連接管道非埋地部分為干式[4]。室外消火栓距路邊不大于2 m，距建筑物外墻不小于5 m。

室內消火栓采用臨時高壓制類型消火栓，豎向不分區，管網立體成環狀結構設置，消火栓栓口處的出水壓力大于0.4 MPa時，采用減壓措施，并將栓口處的出水壓力設置為0.25～0.35 MPa。除不宜用水撲救的部位外，按防火分區設置消火栓，保證每一點均有兩股密集射流不小于 14.5 m的水柱同時到達，消火栓之間的距離應保證不大于30 m。消火栓均設于組合式消防柜內，消防柜寬、高尺寸為700 mm×1 800 mm，根據柜體設置位置及防火要求，柜體厚度可選擇280、240、200 mm和160 mm等規格[5]。當消防柜設于管道井墻體時，其后壁構造為2層鋼板內夾防火材料，以保證墻體耐火時間要求。大型建筑±0 m層組合式消防柜采用白色鋼板箱，其他層根據裝飾要求確定組合式消防柜（鋼板）外涂顏色，但所有組合式消防柜必須有明顯的標志。室內消火栓安裝完成后，取屋頂層試驗消火栓和首層2處消火栓做試射試驗，達到設計要求為合格。檢驗方法為實地試射檢查，水槍充實水柱不小于13 m。

1.3 閉式自動噴水裝置設置

閉式自動噴水裝置包括濕式閉式自動噴水裝置和干式閉式自動噴水裝置2種，除不宜用水撲救和凈空高度大于12～18 m位置，以及已設置其他自動滅火裝置部位外，大型建筑的室外汽車庫和空調機房設干式自動噴水裝置，其余部位設濕式自動噴水裝置[6]。噴頭的設置應當滿足下列要求：

1）同一根配水支管上直立型、下垂型噴頭間距及相鄰配水支管的間距應當滿足表1所示的參數要求，且不宜小于 2.4 m。

表1 噴頭布置參數要求

2）閉式自動噴水裝置的噴頭距離燈具和風口之間距離不應小于0.4 m。

3）噴頭上方濺水盤與大型建筑底面的距離應當超過75 mm，且不大于150 mm。

4）當大型建筑中的梁、通風管道、成排布置的管道結構，以及橋架等障礙物的寬度大于1.2 m時，在其下方還應當增設適量噴頭裝置，并在其上方縫隙處安裝集熱板。

自動噴水裝置采用臨時高壓制噴水型號，報警閥前水源側管網布置為網環狀結構，報警閥后側管網為枝狀結構。每套報警閥控制噴頭數：濕式不超過800個，干式不超過500個。自動噴水裝置的每個防火分區或每層的配水管上設水流指示器，報警閥和水流指示器前均設控制閥并為信號閥[7]。報警閥、水流指示器動作時均向消防中心發出聲光信號。供水動壓＞0.4 MPa配水管上的水流指示器前加減壓孔板。末端試水裝置試水接頭出水口流量系數等同于同樓層或防火分區內的最小流量系數噴頭。流量系數K＝80噴頭，噴頭接管直徑DN15 mm，短立管直徑為DN25 mm。流量系數K＝115噴頭，噴頭接管直徑DN20 mm，短立管直徑為DN32 mm。閉式自動噴水裝置共設11套濕式報警閥，1套干式報警閥和4套水泵接合器。閉式自動噴水系統設加壓水泵3臺，兩用一備，設隔膜式氣壓罐穩壓裝置1套。

2 大型建筑火災自動報警與消防聯動系統軟件設計

2.1 聯動控制動作設計

當火災發生，系統中的任何一個具備報警功能的裝置開始啟動時，相應防火分區的警鈴響起，相關聯動控制同時進入到工作狀態當中，并通過設置的反饋信號傳輸到消防控制中心，顯示火災自動報警人機交互界面。聯動控制動作具體流程如圖1所示。

消防控制中心內通過對各個消防水泵的狀態檢測，顯示各個水泵的工作狀態，控制電磁閥動作并接受相應的反饋信號[8]。當探測器等報警接收器發出相應信號時，系統自動根據各個探測器的數據判斷是否為火災報警，根據數據異常情況，確定準確的火災區域，開啟氣體滅火系統、消防供水系統、防排煙系統、消防廣播、防火卷簾、門禁系統等控制功能，并做出相應動作，包括啟動氣體滅火、啟動噴水裝置、啟動正壓送風機、關閉其他風機、切斷非應急電源、切換應急廣播指導逃生、降火災區域卷簾、讓所有逃生通道的門禁失效等[9]。最后當判斷災情結束后，由管理人員對系統的集中報警控制器進行手動復位。

2.2 人機交互界面設計

本文系統主要選用型號為FS4000的消防控制中心圖形顯示軟件來展現人機交互界面，該軟件主要包括計算機及相關的配套接口模塊等。對FS4000控制軟件設置相應的權限管理，將火災監控操作權限劃分為3個等級，分別為值班人員、管理人員和系統管理人員。本文系統操作權限及權限級別如表2所示。

圖1 聯動控制動作具體流程示意

表2中包括操作權限共5項，其中“×”表示為該等級沒有權限；“√”表示為該等級有權限。本文系統中的大部分操作均需要一定權限要求，通常情況下，只有打開大型建筑平面圖、查找相關設備等操作不需要權限[10]。若想執行相應的權限操作，則需要具備對應的權限，進入系統的方式為選擇系統菜單中的操作人員進入指令，再通過輸入對應的登錄賬號和密碼確定即可。

表2 本文系統操作權限及權限級別

3 試驗論證分析

為驗證本文設計的大型建筑火災自動報警與消防聯動系統具有更高的實用性，從而滿足對大型建筑火災救援的需要，將本文系統與傳統消防系統進行仿真對比試驗。首先利用仿真試驗軟件，構建2座高度、占地面積等參數完全相同的大型建筑設施，并分別在對應的A、B、C、D、E等5個位置，添加固體物質火災、可熔化固體物質火災、氣體火災、金屬火災、帶電火災等5種不同類型火災的相關參數，模擬實際大型建筑物的火災事故，再分別利用本文系統和傳統系統對2座大型建筑的火災進行滅火動作。設置本文系統為試驗組，傳統系統為對照組。比較試驗組與對照組發現滅火及完成滅火后的用時，并繪制成如圖2所示的試驗結果。

圖2 試驗結果對比

由圖2中的2條數據結果可以看出，試驗組發現火災報警的用時在0.40～0.70 s范圍內，而對照組發現火災報警的用時在1.00～2.40 s范圍內，因此試驗組發現火災報警用時明顯小于對照組。同時，本文仿真試驗選擇了5種不同類型的火災，通過試驗結果可以看出，對照組在對D位置的金屬火災類型較為敏感，而對其他4種類型火災反應速度較慢，而對照組對不同火災類型的反應速度相差不大。因此通過試驗證明，本文提出的大型建筑火災自動報警與消防聯動系統可以有效縮短發現火災的報警用時，進一步為火災救援提供條件。

4 結語

本文從硬件與軟件2個方面出發，開展了大型建筑火災自動報警與消防聯動系統研究，并采用設計對比試驗的方式驗證了本文設計系統在實際應用中具備一定的作用。在后期的發展中應加大該系統在大型建筑火災防治中的應用，建設全面化火災預警數據庫，存儲在火災工程中的多種外界影響數據。

本文屬于探索性技術研究，系統在實際運行中會受到科學技術、消防設備制造技術等諸多因素的影響，只有緊隨時代的腳步，在不斷的實踐中完善系統的功能，才能實現系統在建筑行業中的廣泛應用。