基于建筑智能化技術的消防疏散系統設計與應用

張小玲

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

近年來，隨著網絡、通信、多媒體技術飛速發展，越來越多的建筑應用高科技的、現代的技術，實現建筑消防系統智能化，其消防系統包括火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、防排煙系統、防火門、防火卷簾、火災事故廣播、消防通信等消防設備。而消控室是其系統的檢測控制中心，通過它全天侯的監測多種消防設備的工作狀態，保證系統的正常運行，它將成為各種信息匯集、處理且時準確的反饋火情的發展過程，迅速控制多種設備，達到疏導和保護人員及控制和撲滅火災的目的。本文旨在探討基于建筑智能化技術的消防疏散系統的設計與應用，以期為提高消防疏散系統的效率和安全性提供有益的思路和方法。

1 基于建筑智能化技術的消防疏散系統設計

1.1 基于視頻監控技術的煙霧檢測系統

基于視頻監控技術的煙霧檢測系統是通過安裝在建筑物內部的監控攝像頭對煙霧的形成和擴散進行實時監測，當系統檢測到煙霧時，會立即發出警報，并將警報信息發送到消防控制中心，以便及時采取相應的應急措施[1]。相較于傳統的煙霧檢測器，基于視頻監控技術的煙霧檢測系統具有以下優點。煙霧檢測器如圖1 所示。

圖1 煙霧檢測器

1.1.1 覆蓋面積更廣

傳統的煙霧檢測器只能監測其所覆蓋的范圍內的煙霧變化，而基于視頻監控技術的煙霧檢測系統可以通過安裝多個監控攝像頭實現對整個建筑物內部的煙霧監測。

1.1.2 檢測準確度更高

傳統的煙霧檢測器容易受到溫度、濕度等因素的影響，從而導致誤報或漏報的情況出現。而基于視頻監控技術的煙霧檢測系統可以通過對煙霧形態、顏色等特征進行分析，從而大大提高了檢測準確度。

1.1.3 實時反饋更及時

基于視頻監控技術的煙霧檢測系統可以實現實時監測和反饋，當發生火災等緊急情況時，可以及時發出警報，為人們的生命安全提供更加有效的保障。基于視頻監控技術的煙霧檢測系統是一種高效、準確、實時的消防疏散系統技術，其應用前景廣闊，將為建筑安全管理和消防疏散工作提供有力的支持[2-3]。

1.2 基于智能傳感器的實時監測系統

智能傳感器的實時監測系統主要由傳感器、數據采集器、數據處理器、通信模塊和應用軟件等組成。傳感器可以感知建筑內的溫度、煙霧、氣體等物理量，將感知到的數據通過數據采集器傳輸到數據處理器[4]。數據處理器會對傳感器采集到的數據進行實時處理和分析，判斷是否存在火災風險，并根據處理結果向消防部門發送警報。通信模塊是智能消防傳感器實現遠程監測和控制的關鍵。通信模塊可以通過無線網絡、有線網絡或藍牙等方式與應用軟件進行通信，將傳感器采集到的數據傳輸到應用軟件中，實現對建筑內火災情況的實時監測和控制。應用軟件是智能消防傳感器實現人機交互的重要途徑[5]。應用軟件可以通過可視化界面展示建筑內的火災情況，提供實時報警、火災預警和滅火指導等功能，幫助消防員及時采取措施，降低火災損失。

該系統具有以下優點：①能夠實時監測建筑物內部各個區域的溫度、煙霧、氣體濃度等數據，及時發現消防安全隱患。②通過先進的智能化算法對數據進行分析和處理，提高監測的準確性和可靠性。③通過無線網絡傳輸數據，方便布局和安裝，并可以實現遠程監控和控制[6]。

1.3 基于自動控制技術的火災報警系統

基于自動控制技術的火災報警系統主要由傳感器、控制器和聲光報警裝置組成。傳感器可以通過檢測環境中的煙霧、溫度和氣體等參數來實時監測火災的發生。當傳感器檢測到異常情況時，控制器會立即發出報警信號，并觸發聲光報警裝置，向建筑內的人員發出警示，提醒他們盡快疏散。與傳統的手動報警系統相比，基于自動控制技術的火災報警系統具有以下優勢。

1.3.1 具有更高的反應速度

傳感器能夠實時監測火災的發生，當火災剛剛開始時，系統就能夠迅速發出警報，提醒人員采取措施，避免火災擴散和傷亡的發生。

1.3.2 能夠實現智能化的疏散指引

基于自動控制技術的火災報警系統可以根據不同的火災情況，智能地指引人員疏散的路線和安全出口，避免人員出現混亂和堵塞的情況，提高疏散的效率和安全性。

1.3.3 具有較低的誤報率

基于自動控制技術的火災報警系統通過傳感器的準確監測，可以有效地區分真實的火災報警和誤報警情況，減少了人為因素對報警系統的干擾，提高了系統的可靠性和穩定性。總之，基于自動控制技術的火災報警系統在建筑物消防疏散中具有重要的作用。它能夠快速響應并提供智能化的疏散指引，從而有效地保護建筑內的人員安全[7]。

2 基于建筑智能化技術的消防疏散系統應用

某商業綜合體建筑地上20 層，地下3 層。工程內容包括基于建筑智能化技術的消防疏散系統設計與應用；安裝消防報警設備、疏散指示燈、應急廣播等設備；設計消防疏散通道、安全出口、防煙排煙系統等；組建消防應急隊伍，進行消防演練和培訓。工程目標旨在通過建筑智能化技術的應用，提高消防安全等級，確保人員生命財產安全。該工程基于建筑智能化技術的消防疏散系統應用具體內容如下。疏散指示燈如圖2 所示。

圖2 疏散指示燈

2.1 煙霧檢測系統

基于視頻監控技術的煙霧檢測系統主要由攝像頭、視頻分析算法和報警系統組成。在系統運行時，攝像頭會實時監測建筑內的煙霧情況，并將監測到的視頻信號傳輸到視頻分析算法中進行處理。該算法會通過對視頻信號進行圖像處理和特征提取，識別出煙霧的形態和特征，并判斷是否存在火災。一旦系統發現有火災情況，將會立即觸發報警系統，包括聲光報警等多種方式，通知人員進行疏散。煙霧檢測系統如表1 所示。

表1 煙霧檢測系統

2.1.1 視頻采集和圖像預處理

使用高清攝像機對建筑物內部進行拍攝，并對圖像進行去噪和增強處理，以提高煙霧識別的準確性。

2.1.2 煙霧檢測

通過對圖像進行分析，檢測出煙霧的位置和面積，并計算出煙霧的密度和濃度。其中，煙霧面積的計算公式：

式中：W——煙霧的寬度；H——煙霧的高度。

煙霧密度的計算公式：

式中：m——煙霧的質量；V——煙霧的體積。

煙霧濃度的計算公式：

2.1.3 報警處理

當煙霧密度和濃度超過一定閾值時，系統會自動發出報警信號，并將報警信息發送到消防控制中心和相關人員的手機上，以便及時采取應急措施。通過煙霧檢測系統視頻分析算法的應用，可以大大提高建筑物內部的消防安全性，保障人員的生命財產安全。

2.2 實時監測系統

該系統采用多種類型的智能傳感器，如溫度傳感器、煙霧傳感器、CO2傳感器等，實時監測建筑內部的溫度、煙霧等指標，一旦發現異常情況，系統便自動啟動疏散預案，提醒人員及時疏散。同時，該系統還可與樓層平面圖及疏散路線圖相結合，實現指示燈、導航標識等功能，幫助人員更快、更安全地疏散。此外，該系統還具有遠程監控、自動報警、數據分析等功能，可實現對建筑物消防狀況的全面監控、管理和分析，為消防安全提供更加科學、可靠的保障[8]。

該系統對于溫度指標的數據計算，系統會實時采集溫度傳感器的數據，并進行分析。如果溫度超過設定的閾值，系統會判斷為異常情況，并立即啟動疏散預案。對于煙霧指標的數據計算，系統會實時采集煙霧傳感器的數據，并進行分析。如果煙霧濃度超過設定的閾值，系統會判斷為異常情況，并立即啟動疏散預案。對于CO2指標的數據計算，系統會實時采集CO2傳感器的數據，并進行分析。如果CO2濃度超過設定的閾值，系統會判斷為異常情況，并立即啟動疏散預案。系統還會根據傳感器數據的變化趨勢，進行數據分析和預測。通過對歷史數據進行統計和分析，系統可以提供消防預案的優化建議，以提高疏散效率和安全性。基于建筑智能化技術的消防疏散系統的實時監測系統通過多種類型的智能傳感器，實時監測建筑內部的溫度、煙霧等指標，并根據異常情況啟動疏散預案。同時，系統還具有遠程監控、自動報警、數據分析等功能，以提供決策支持和優化疏散預案[9]。

2.3 自動報警系統

該系統通過集成感知設備、數據計算和結果分析等技術，實現對建筑物內部火災等緊急情況的及時監測和報警，圖3 為火災自動報警系統，具體運行過程如下。

圖3 火災自動報警系統

2.3.1 火災感知數據計算

通過火災感知設備（煙霧探測器、溫度傳感器等）獲取的數據進行計算，包括檢測到的煙霧濃度、溫度變化等。計算過程中可以采用算法對數據進行處理，如濾波、平均值計算等，以提高數據準確性和穩定性。

2.3.2 火災擴散預測計算

基于火災感知數據和建筑結構、材料等參數，利用數值模擬方法進行火災擴散預測計算。通過計算火災蔓延的速度和范圍，系統可以提前預警并采取相應的疏散措施，保障人員的安全[10]。

2.3.3 疏散路徑規劃計算

根據建筑平面布局、人員分布和火災擴散情況等信息，利用路徑規劃算法計算最佳疏散路徑。計算過程中需要考慮人員密度、疏散通道容量、安全距離等因素，以確保人員能夠快速、安全地疏散。

計算結果處理如下。

（1）報警信號。當系統檢測到火災等緊急情況時，會通過聲光信號或無線通信等方式向建筑內部和外部發送報警信號，提醒人員及時疏散。

（2）疏散指引。根據計算得到的最佳疏散路徑，系統會在建筑內部的顯示屏、緊急廣播系統等設備上顯示疏散指引，指導人員快速、安全地疏散。

（3）警報信息傳輸。系統可以將火災報警信息通過網絡傳輸至消防中心或相關部門，以便及時調度消防隊伍和救援資源。通過數據計算和結果分析，自動報警系統能夠實現對火災等緊急情況的及時監測和報警，并提供疏散指引，從而提高建筑內人員的安全性和疏散效率。

3 結語

建筑智能化消防技術在消防疏散系統中至關重要，在面對突發情況時，通過智能化控制系統和實時監測設備的協同作用，可以及時發現并處理問題，最大限度地保障人員的生命安全。同時，建筑智能化消防技術的應用也有助于提高消防疏散系統的效率和可靠性，減少對人力資源的依賴，降低人為操作失誤的風險。在實踐中，需要考慮到不同建筑的特點和實際情況，以及技術的成本和可行性等因素。只有在充分考慮各種因素的前提下，才能真正發揮建筑智能化消防技術的優勢，最大限度地保障人們的生命安全。