基于智能建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：高層建筑在裝修用料方面具有多樣化特點(diǎn)，且其電氣線路較多，用電設(shè)備十分復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)事件的發(fā)生。通過(guò)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，簡(jiǎn)要敘述了該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和基本要求，著重闡述了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，明確改系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)。旨在建立一套功能完善、可靠性強(qiáng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，為智能建筑構(gòu)筑安全防線，避免在建筑投運(yùn)使用期間發(fā)生火災(zāi)事故。

關(guān)鍵詞：智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探測(cè)器火災(zāi)報(bào)警

中圖分類號(hào)：TU976.5

DesignoftheAutomaticFireAlarmSystemBasedonIntelligentBuildings

SHIXin1，2

1.ChinaElectronicsEngineeringDesignInstituteCo.，Ltd.;2.SYTechnologyEngineeringandConstructionCo.，Ltd.，Beijing，100142China

Abstract：High-risebuildingshavediversifieddecorativematerials，numerouselectricalcircuitsandcomplexelectricalequipment，whichmayleadtofireincidents.Bystudying anautomaticfirealarmsystem，thecompositionstructureandbasicrequirementsofthesystemarebrieflydescribed，itsdesignmethodisemphasized，andthekeypointsandprecautionsofitsdesignareclarified，aimingtoestablishasetofautomaticfirealarmsystemwithperfectfunctionsandstrongreliabilitytobuildasafetylineforintelligentbuildingsandavoidfireaccidentsduringtheserviceofbuildings.

KeyWords：Intelligentbuilding;Automaticfirealarmsystem;Designmethod;Detector;Firealarm

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)作為智能建筑的重要組成部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果直接關(guān)乎到智能建筑使用安全和用戶的使用體驗(yàn)，其重要性不言而喻。目前，為有效預(yù)防建筑火災(zāi)發(fā)生，降低給人民群眾造成的損害，需加強(qiáng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，做好火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，促使系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)性與有效性得到保障。

1火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)概述

1.1組成結(jié)構(gòu)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警控制器、聯(lián)動(dòng)控制器等部分組成，各部分的功能定位存在明顯差異，如果缺少任意組成部分，都會(huì)直接影響系統(tǒng)總體使用工況。

1.1.1火災(zāi)探測(cè)器

以室內(nèi)溫度、煙霧濃度、火焰強(qiáng)度和異常氣味作為探測(cè)內(nèi)容，準(zhǔn)確感知室內(nèi)環(huán)境情況，把探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)形式，再把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)匯總整理后，實(shí)時(shí)上傳給火災(zāi)報(bào)警控制器。

1.1.2報(bào)警控制器

提前建立數(shù)學(xué)參數(shù)模型，設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)的報(bào)警值，如溫度報(bào)警值、煙霧濃度報(bào)警值，對(duì)比分析實(shí)時(shí)探測(cè)值和報(bào)警值，如果探測(cè)值超出警戒值，表明建筑有可能出現(xiàn)火災(zāi)事故，立即發(fā)送報(bào)警信號(hào)，根據(jù)異常探測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源來(lái)鎖定火災(zāi)區(qū)域?？紤]到自動(dòng)報(bào)警裝置有可能出現(xiàn)失效、誤判問(wèn)題，還需要在建筑內(nèi)部額外部署手動(dòng)報(bào)警裝置，發(fā)生火災(zāi)事故后，建筑內(nèi)部滯留人員迅速按下手動(dòng)報(bào)警裝置，把火情通報(bào)給當(dāng)?shù)叵啦块T[1]。

1.1.3聯(lián)動(dòng)控制器

此類裝置是實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)控制功能的關(guān)鍵，以自噴水滅火系統(tǒng)、防火卷簾、滅火栓等消防器械作為控制對(duì)象，確定建筑出現(xiàn)火災(zāi)后，立即控制消防器械，迅速撲滅初期火勢(shì)，或是把或是蔓延范圍控制在建筑局部區(qū)域，避免造成嚴(yán)重?fù)p失。

1.2基本要求

以報(bào)警及時(shí)、損失最小化作為火災(zāi)報(bào)警原則，以最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并撲滅火情作為終極目標(biāo)。其基本要求包括以下幾點(diǎn)。

1.2.1時(shí)效性

對(duì)火災(zāi)報(bào)警周期進(jìn)行明確規(guī)定，要求系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)從原始信號(hào)中提取異常特征值，判斷建筑火情，立即向消防部門通報(bào)火情，并下達(dá)相應(yīng)聯(lián)動(dòng)控制指令。

1.2.2準(zhǔn)確性

考慮到火災(zāi)探測(cè)器容易出現(xiàn)采樣誤差，需要優(yōu)化火災(zāi)探測(cè)算法，并在火災(zāi)圖像探測(cè)過(guò)程中增設(shè)預(yù)處理環(huán)節(jié)，從中提取有效特征值，準(zhǔn)確察覺(jué)建筑火災(zāi)問(wèn)題，做到不誤報(bào)、不漏報(bào)。

1.2.3適應(yīng)性

各智能建筑工程的室內(nèi)環(huán)境存在明顯差異，必須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)專項(xiàng)制訂設(shè)計(jì)方案，充分適應(yīng)建筑環(huán)境，避免對(duì)系統(tǒng)使用效果造成不利影響。以火災(zāi)探測(cè)器布置為例，根據(jù)室內(nèi)家居設(shè)備、機(jī)電設(shè)施擺放情況來(lái)確定安裝位置與間隔距離，避免因火災(zāi)探測(cè)器間距過(guò)大、被障礙物遮擋而形成火災(zāi)探測(cè)盲區(qū)。

1.2.4完善性

系統(tǒng)應(yīng)具備多項(xiàng)使用功能，做到對(duì)復(fù)雜火情的有效控制，核心使用功能包括手自動(dòng)報(bào)警、聲光報(bào)警等[2]。

2基于智能建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1通信數(shù)據(jù)識(shí)別處理

通信數(shù)據(jù)識(shí)別方式是早期智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要采取的信息處理方法，在建筑內(nèi)部分散安裝多臺(tái)火災(zāi)感應(yīng)探頭，以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為感應(yīng)內(nèi)容，實(shí)時(shí)向系統(tǒng)后臺(tái)發(fā)送火警信號(hào)，后臺(tái)計(jì)算機(jī)把現(xiàn)場(chǎng)火警信號(hào)進(jìn)行匯總整理、分析處理，判斷是否出現(xiàn)建筑火災(zāi)，根據(jù)著火位置來(lái)打印報(bào)警單，以起火時(shí)間、地點(diǎn)作為報(bào)警單內(nèi)容。通信數(shù)據(jù)識(shí)別處理有著技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)明確、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，主要采取通信方式識(shí)別、通信數(shù)據(jù)信號(hào)識(shí)別兩種方法，處理原理和流程步驟略有不同，具體如下。

2.1.1通信方式識(shí)別

智能建筑出現(xiàn)火災(zāi)事故后，利用通信方式來(lái)識(shí)別火災(zāi)，中央控制器和通信接口串行連接，把信號(hào)脈沖轉(zhuǎn)換形成波特率值，記錄分析數(shù)字信號(hào)端高低電平，統(tǒng)計(jì)電平變化時(shí)間，根據(jù)對(duì)照表相關(guān)性對(duì)比結(jié)果，確定監(jiān)測(cè)接口波特率值。

2.1.2通信數(shù)據(jù)信號(hào)識(shí)別

以環(huán)境溫度、火焰分布、室內(nèi)氣體構(gòu)成成分、煙霧濃度等物化參數(shù)作為分析內(nèi)容，確定此類通信數(shù)據(jù)信號(hào)出現(xiàn)異動(dòng)現(xiàn)象后，初步判定建筑發(fā)生火災(zāi)事故。以數(shù)據(jù)分析為例，匯總整理火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在上一階段收集到的全部通信數(shù)據(jù)，進(jìn)行二進(jìn)制、八進(jìn)制等多模式匹配計(jì)算，逐層匹配分析，推演數(shù)據(jù)各種可能的組合情況，最終獲取具體分析報(bào)告。

2.2火災(zāi)圖像探測(cè)

早期智能建筑主要采取通信數(shù)據(jù)識(shí)別處理方式，由于現(xiàn)代建筑有著格局復(fù)雜、結(jié)構(gòu)樣式多變的特征，火災(zāi)燃燒產(chǎn)物受到高度、面積等多重因素限制，往往是在火災(zāi)發(fā)展到一定程度，形成明火與產(chǎn)生高濃度火災(zāi)煙霧后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)才能察覺(jué)到建筑火情，且檢測(cè)精度還會(huì)受到電磁干擾、水蒸汽、灰塵等其他因素影響，常出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題。如果智能建筑對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的精確度、時(shí)效性提出嚴(yán)格要求，可以采取新推出的火災(zāi)圖像探測(cè)方式，建筑室內(nèi)部署多臺(tái)攝像機(jī)來(lái)取代火災(zāi)探測(cè)器，持續(xù)拍攝、上傳現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，運(yùn)用圖像算法和圖像采集卡，對(duì)圖像加以濾波分割處理，從中提取有關(guān)建筑火情的特征值，最終根據(jù)特征值分析結(jié)果來(lái)準(zhǔn)確掌握火災(zāi)情況，確定火災(zāi)等級(jí)，發(fā)送報(bào)警信號(hào)。編寫火災(zāi)圖像探測(cè)程序時(shí)，重點(diǎn)掌握?qǐng)D像預(yù)處理、圖像分割、特征提取三方面的設(shè)計(jì)方法。

2.2.1圖像預(yù)處理

以濾波作為處理內(nèi)容，考慮到監(jiān)控畫面受到攝像機(jī)拍攝角度、現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境等因素影響，產(chǎn)生毛刺、噪聲，致使圖像失去原本效果。在圖像分析前，必須進(jìn)行濾波處理，優(yōu)先采取中值濾波方法，在圖像內(nèi)挑選某一點(diǎn)像素與圈定周邊領(lǐng)域，把領(lǐng)域內(nèi)灰度值更改為中值，再利用像素值平均中間量來(lái)替代點(diǎn)位像素值，這既可以高效去除噪聲，也不會(huì)導(dǎo)致圖像邊緣失真模糊[3]。

2.2.2圖像分割

通過(guò)分割圖像來(lái)消除干擾因素，準(zhǔn)確識(shí)別圖像涵義，根據(jù)涵義把圖像劃分形成諸多區(qū)域，分割各處區(qū)域，使得區(qū)域互不相交并具備相同特性。例如：從監(jiān)控圖像中統(tǒng)計(jì)火焰圖像，此類圖像具備燃燒色譜特性、蔓延增長(zhǎng)趨勢(shì)特性以及相對(duì)穩(wěn)定特性，運(yùn)用到背景差分法，僅保留系統(tǒng)所需目標(biāo)圖像，剪切去除其他無(wú)效背景圖像，準(zhǔn)確判斷監(jiān)控區(qū)域是否存在火災(zāi)。

2.2.3特征提取

對(duì)火災(zāi)發(fā)生前的各種特征進(jìn)行分析和識(shí)別，可以預(yù)測(cè)出火災(zāi)的可能時(shí)間和位置，為防范和控制火災(zāi)提供依據(jù)。提前掌握火焰影像面積、火焰邊緣等特征值的變化規(guī)律，利用硬件系統(tǒng)來(lái)收集采樣圖像，利用軟件系統(tǒng)來(lái)辨別檢測(cè)特征值，最終獲取火災(zāi)判斷結(jié)果。例如：分析火焰影像面積變化規(guī)律，通過(guò)掃描圖像像素點(diǎn)數(shù)目判斷火焰面積，在其基礎(chǔ)上確定建筑火情程度。

2.3火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器選型布置

火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的核心組成部分，必須做好探測(cè)器選型、布置兩方面的設(shè)計(jì)工作，才能預(yù)防火災(zāi)探測(cè)盲區(qū)形成，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)建筑火災(zāi)隱患。

2.3.1火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器選型

主流探測(cè)器分為感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、復(fù)合式探測(cè)器三種類型。根據(jù)智能建筑類型加以選擇。其中，感煙探測(cè)器檢測(cè)室內(nèi)空氣懸浮固體技液體形態(tài)的微小顆粒，判斷是否形成火災(zāi)煙霧，適用于商業(yè)綜合體建筑，以及體育館等公共建筑，此類建筑在火災(zāi)初期出現(xiàn)陰燃現(xiàn)象，在產(chǎn)生大量煙霧的同時(shí)，基本不產(chǎn)生熱輻射，感溫探測(cè)器缺乏適用性。感溫探測(cè)器根據(jù)室內(nèi)溫度變化情況來(lái)判斷是否發(fā)生火情，適用于布置在智能建筑供配電室、電井等線路密集的區(qū)域，重點(diǎn)探測(cè)電氣火災(zāi)，由于銅芯電纜燃燒期間不會(huì)產(chǎn)生大量煙霧，必須選用感溫探測(cè)器。復(fù)合探測(cè)器同時(shí)配備光電感延元件與感溫元件，既可以檢測(cè)煙霧粒子濃度，也可以檢測(cè)室內(nèi)溫度變化，適用于各類型建筑。以智能住宅建筑為例，優(yōu)先配置點(diǎn)型感煙探測(cè)器，如JTY-GD-G3T點(diǎn)型探測(cè)器，通過(guò)單根信號(hào)線接入控制器，有著成本低廉、接線簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)[4]。

2.3.2火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器布置

智能建筑各樓層各房間內(nèi)最少布置1臺(tái)火災(zāi)探測(cè)器，探測(cè)器盡量采取水平安裝方式，最大傾斜角度不得超出45°，在走廊頂棚部位居中安裝探測(cè)器，感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器的安裝間距分別控制在10m與15m以內(nèi)，探測(cè)器周邊0.5m內(nèi)禁止分布障礙物，并把探測(cè)器與送風(fēng)口間距控制在1.5m以上。如果建筑樓層頂棚較低、房間使用面積較小，則在入口處安裝火災(zāi)探測(cè)器。

2.4完善系統(tǒng)使用功能

考慮到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作環(huán)境較為復(fù)雜，為避免建筑火災(zāi)規(guī)模失控而造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和不必要人員傷亡，必須完善系統(tǒng)使用功能，重點(diǎn)增設(shè)手動(dòng)報(bào)警、聲光報(bào)警、專用電話等功能。

2.4.1手動(dòng)報(bào)警功能

在自動(dòng)報(bào)警裝置失效情況下，建筑室內(nèi)人員手動(dòng)按下報(bào)警裝置，人為報(bào)告火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。在智能建筑各處防火分區(qū)布置多臺(tái)手動(dòng)報(bào)警按鈕，優(yōu)先布置在人流密集、易于到達(dá)區(qū)域，防火分區(qū)內(nèi)任意位置和臨近手動(dòng)報(bào)警按鈕的距離控制在30m以內(nèi)，離地高度控制在1.3～1.5m。

2.4.2聲光報(bào)警功能

確定發(fā)生建筑火災(zāi)后，立即啟動(dòng)聲光報(bào)警器，通過(guò)聲音、光線來(lái)提醒建筑內(nèi)部滯留人員疏散至安全區(qū)域。優(yōu)先在智能建筑各處防火分區(qū)的樓梯出口、安全疏散出口位置安裝聲光報(bào)警器，報(bào)警器和系統(tǒng)主機(jī)相互連接，引導(dǎo)受災(zāi)人員前往正確安全逃生方向。

2.4.3專用電話功能

消防控制室內(nèi)部署電話總機(jī)，在消防水泵房、空調(diào)機(jī)房、總調(diào)度室、配電間等功能用房部署電話分機(jī)，電話分機(jī)安裝在手動(dòng)報(bào)警按鈕周邊，使用不燃材料對(duì)電話線路進(jìn)行防火保護(hù)處理。火災(zāi)救援期間，救援人員通過(guò)專用電話來(lái)了解火場(chǎng)情況、確定受災(zāi)人員分布位置[5]。

2.5火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有效性評(píng)估

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性、專業(yè)性活動(dòng)，受到多重因素影響，設(shè)計(jì)成果質(zhì)量充滿不可控性，容易形成安全隱患。因此，在設(shè)計(jì)方案制訂完畢后，需要設(shè)立多項(xiàng)指標(biāo)，明確各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、權(quán)重分值，對(duì)系統(tǒng)有效性加以評(píng)估，通過(guò)評(píng)估報(bào)告來(lái)找出設(shè)計(jì)問(wèn)題、采取改進(jìn)措施。例如：對(duì)于火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器，以線路敷設(shè)、防水防塵功能、電源保護(hù)、底座穩(wěn)定性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于區(qū)域報(bào)警控制器，以回路板安裝、環(huán)境問(wèn)題、開關(guān)老化程度、控制器主控單元使用時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3?;結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為切實(shí)提高火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化水平，打造真正意義上的智能建筑。建筑企業(yè)應(yīng)提高對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的重視程度，深入了解系統(tǒng)構(gòu)成情況與明確基本要求，全面掌握在通信數(shù)據(jù)識(shí)別處理、火災(zāi)圖像探測(cè)、火災(zāi)探測(cè)器選型布置、系統(tǒng)功能完善、有效性評(píng)估等諸多方面的正確設(shè)計(jì)方法，科學(xué)制訂系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，確?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)功能效用得以充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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[5] 李宗峰.高層民用住宅火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安全性分析[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2021.