建筑消防智能報警系統控制及技術應用研究

作者簡介：鄭麒揚（1996— ），男，漢族，河北邯鄲人，本科，助理工程師，研究方向：機電工程。

摘要：智能化建筑已經成為當前建筑行業的發展趨勢，不僅可以滿足人們對建筑功能的需求，還能實現節能環保的目的。在智能建筑施工過程中，為了提升施工質量，滿足人們對安全性能的要求，建筑企業應加強對各個環節的合理設計，尤其是要加強對消防環節的設計。為了能夠提高火災預防能力，保證建筑和人員安全，需要對消防智能報警系統進行深入研究。本文分析了建筑消防智能報警系統軟硬件設計，提出了建筑消防智能報警系統控制設計方法，包括消防系統自動報警的集成、自動報警系統的聯動控制、加強建筑消防智能報警系統施工管理、消防給水系統的合理應用等，旨在提高建筑消防系統的智能化控制水平。

關鍵詞：建筑；消防智能報警系統；硬件設計；軟件設計

引言

在現代建筑中，為了提升施工質量，減少人為因素導致的火災危害，需要加強對施工環節的重視，并重點關注消防環節的設計。建筑消防智能報警系統作為建筑安全的重要組成部分，通過集成多種火災探測技術和自動化控制技術，能夠實現對火災隱患的實時監測、自動報警和聯動控制，提高建筑消防安全水平。如何利用消防智能報警系統有效預防和控制建筑火災，保證人員生命財產安全，是當前亟待解決的重點問題。

一、建筑消防智能報警系統硬件設計

（一）傳感器節點

傳感器節點的主要任務是監測建筑內環境火災的實際情況，其構成主要包括電源、現場聲光報警器、無線信號收發裝置、信息處理器、火災信息監測傳感器等。

1.處理器部分

傳感器節點的處理器是系統的核心部件，負責接收火災探測器傳來的信號并進行初步處理。現代傳感器節點通常采用高性能微控制器，如ARMCortex系列或專為低功耗設計的處理器，這些處理器具備強大的計算能力和低能耗特性，能夠實時處理火災探測數據，并通過無線通信模塊將處理后的數據發送給路由節點或網關節點。在具體設計中，處理器不僅需要具備高速的數據處理能力，還需集成多種接口，具備自診斷和錯誤恢復功能，這樣才能實現與不同類型的火災探測器進行連接和數據交換，在出現異常時自動重啟或通知維護人員進行處理^[1]。

2.傳感檢測部分

傳感檢測部分主要包括可燃氣體探測器、火焰探測器、感溫探測器、感煙探測器等多種類型的傳感器，其主要功能是負責實時監測建筑內部的火災隱患。其中，感煙探測器主要有光電式感煙探測器和離子感煙探測器兩種類型，通過檢測空氣中煙霧顆粒的濃度來判斷是否發生火災；感溫探測器主要包括定溫型和差溫型，主要利用熱敏元件感應環境溫度的變化，當環境溫度超過設定閾值時會發出報警信號；火焰探測器通過檢測火焰的光譜特性來判斷火災的發生；可燃氣體探測器主要用于檢測空氣中的可燃氣體濃度，防止因氣體泄漏引發的火災事故。

（二）路由節點

路由節點在建筑消防智能報警系統中負責接收來自傳感器節點的火災信息，并將其轉發給網關節點或更遠的通信節點。路由節點通常具備較強的通信能力和數據處理能力，能夠在復雜的網絡環境中實現穩定的數據傳輸。為了進一步增強路由節點的通信范圍和穩定性，在設計時需要考慮其天線設計、功率控制以及信號增強等技術。此外，路由節點還應具備自組織和自修復能力，能夠在網絡拓撲發生變化時自動調整路由路徑，確保火災信息的及時傳輸。

（三）網關節點

網關節點是建筑消防智能報警系統與外部通信網絡之間的接口，主要負責將來自路由節點的火災信息轉換為適合外部網絡傳輸的格式，并將其發送給消防控制中心或遠程監控平臺。同時，還要接收控制中心發來的指令，將指令轉發給相應的設備執行^[2]。網關節點的硬件設計通常包括高性能的處理器、大容量存儲器、網絡接口以及輸入輸出接口。這些硬件資源使得網關節點能夠同時處理多個數據通道和通信協議，確保火災信息的實時性和準確性。

二、建筑消防智能報警系統軟件設計

（一）系統軟件設計及通信協議

建筑消防智能報警系統的軟件設計通常采用模塊化設計思想，將系統劃分為多個相對獨立的模塊，如數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊和用戶界面模塊等，每個模塊負責完成特定的任務，并通過預定義的接口與其他模塊進行交互。其中，系統內部的通信協議是確保各個組件之間能夠順利交換信息的基礎。在智能報警系統中，常用的通信協議包括ZigBee、Wi-Fi、藍牙以及以太網等，設計人員需要根據實際需求選擇合適的協議。系統軟件還需要實現與外部系統的通信接口，如通過TCP/IP協議或特定的行業協議來實現與消防控制中心的通信，使火災信息能夠實時、準確地傳輸給控制中心。

（二）定位算法

1.測距方法

測距是定位的基礎，常用的測距方法包括RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信號強度指示）、TOA（Time of Arrival，到達時間）、TDOA（Time Difference of Arrival，到達時間差）等。其中，RSSI方法的使用最為簡單、便捷，主要是通過測量接收到的信號強度來估算發送端與接收端之間的距離。由于信號強度隨距離增加而衰減，因此可以通過建立信號強度與距離之間的數學模型（1）來估算距離。

RSSI=-（10nlog₁₀d+A）（1）

其中，n表示信號衰減指數；A表示以半徑為1m的球面上信號強度的平均值；d表示參考節點與待定位節點的距離。在已知A、n的基礎上，通過RSSI可以計算得出d。

2.定位計算方法

在獲得多個參考點與目標點之間的距離信息后，可以采用多種定位計算方法來確定目標點的位置。三邊測量法是根據三個已知位置的參考點與目標點之間的距離，利用幾何關系解算出目標點的坐標；最大似然估計法（ML）通過收集多個參考點的距離信息，構建超定方程組，并利用最小二乘法求解目標點的最優估計位置；三角測量法利用兩個或更多已知位置的參考點與目標點之間的角度信息（通常通過方向傳感器獲得），結合參考點的坐標來計算目標點的位置^[3]。

三、建筑消防智能報警系統控制策略

（一）消防系統自動報警的集成

在建筑消防智能報警系統中，多種火災探測器的集成應用實現了火災隱患的全方位、實時監測。首先，建筑消防智能報警系統需要借助感煙探測器的功能來監測空氣中煙霧顆粒的濃度變化，當煙霧濃度達到一定值時便會預警火災。同時，感溫探測器也會隨著環境溫度的異常升高發出警報，火焰探測器會直接檢測可見光波段內的火焰特征，提供直觀的火情判斷。基于這些系統具有的功能優勢，設計人員應依據建筑結構合理布局，將系統精確部署在易發火災的關鍵區域，如配電室、走廊轉角、機房等，構建起多層次、無死角的火災監測網絡。其次，系統采用先進的信號處理與融合技術，對來自各探測器的火災信號進行綜合分析和判斷，確保報警的準確性和可靠性^[4]。一旦某個探測器檢測到異常信號，系統會立即啟動自動報警程序，觸發建筑內的聲光報警裝置，同時向消防控制中心發送詳細的火災位置、火勢大小等關鍵信息，從而實現火災信息的快速傳遞，為消防人員爭取到更多的響應時間，便于消防人員迅速評估火情并實施有效的應急措施。

（二）自動報警系統的聯動控制

自動報警系統聯動控制在高效運行的情況下，可以直接提升火災應急響應成效。從技術實現層面來講，該程序依托先進的消防聯動控制器，實現消防設備的精確遠程控制，形成自動化、協同化的應急響應流程。當火災探測器捕捉到異常信號并觸發報警機制時，系統會即刻激活聯動控制程序。第一，聯動控制程序的應用能夠迅速識別火災區域及火勢狀況，并據此發出指令，自動啟動關鍵消防設備。例如，在火勢初期，系統可及時觸發噴淋系統，通過高壓細水霧或水噴霧快速降低火場溫度、隔絕氧氣，有效遏制火勢蔓延。此時，系統也會自動啟動排煙風機，強力排除火場內的煙霧和有毒氣體，為消防人員進入火場撲救和人員安全疏散創造有利條件^[5]。除此之外，該系統還能智能識別并切斷非消防區域的電源，防止火勢通過電路蔓延，并保留應急照明和關鍵設備電源，確保應急疏散和滅火工作的順利進行。第二，自動報警系統的聯動控制并非孤立運作，需要與其他智能系統緊密集成，形成覆蓋全面的安全網絡。例如，在火災發生時，聯動控制程序可與廣播系統、電梯控制系統等無縫對接，自動執行開啟緊急出口、播放疏散指令、將電梯迫降至安全樓層等操作，全方位提升火災應急響應效率。第三，為了應對特殊復雜情況，系統還設計了手動控制接口，允許專業人員在必要時直接介入，對消防設備進行精準操控，增加應急響應的靈活性和可靠性，從而充分體現出智能報警系統的自動化優勢，降低人為干預造成的影響，為火災應急響應提供雙重保障。

（三）加強建筑消防智能報警系統施工管理

在施工管理過程中，加強建筑消防智能報警系統的管理，做好技術把控，是保障系統穩定運行與高效響應火災隱患的關鍵所在。第一，在施工前，需全面審查施工圖紙與技術規范，使每一項施工細節均有據可依；在施工中，應對傳感器節點、路由節點及網關節點進行精確安裝，并遵循既定的布局規劃，確保信號傳輸的暢通無阻與系統的全面覆蓋。在安裝過程中，需要注意各節點間的連接工藝，應精細操作，避免接觸不良或短路等問題的發生，保障數據傳輸的穩定性與準確性。第二，施工管理需注重安全監管與質量監控。施工現場應設置明確的安全警示標識，加強作業人員的安全教育與培訓，保證施工過程安全有序。對于關鍵施工環節，應實施旁站監督，及時發現并糾正違規操作，防止因施工不當而導致的設備損壞或安全隱患^[6]。在材料管理上，應選擇質量可靠的設備與材料供應商，對進場的設備、線材等進行嚴格的質量檢驗，杜絕使用劣質產品。第三，在完成施工后，應加強系統調試與驗收。在調試過程中，應模擬實際火災場景，對系統的報警響應時間、設備聯動效果進行全面測試。同時，在驗收時，還需組織專業技術人員對系統進行全面檢查，核查施工圖紙與現場實際情況的一致性，評估系統的整體性能與穩定性。

（四）消防給水系統的合理應用

消防給水系統作為建筑消防體系中的關鍵組成部分，其設計、部署與維護對于初期火災的有效控制至關重要。在智能報警系統中，消防給水系統的合理應用需綜合考慮多方面技術因素。第一，根據建筑的高度、使用功能及火災風險等級，精確選擇適宜的消防給水方式。對于超高層建筑，常高壓重力供水系統因其穩定可靠、維護成本低而備受青睞，該系統利用建筑物自身高度形成的水壓，無須額外加壓設備即可滿足高層消防需求。第二，消防水池與消防水泵房的位置及容量規劃。消防水池應設于建筑較低樓層或地下空間，以便消防車取水或直接為消防系統供水；水泵房應靠近水池設置，以減少管道阻力與能耗。在此基礎上，應根據建筑規模與火災風險，合理確定水池與水泵的容量，在火災初期即可提供連續、穩定的消防用水。第三，在消防給水系統設計中，應在綜合考慮建筑樓層分布、管道走向及閥門設置等因素的前提下，合理劃分供水分區，有效減少管道長度與阻力損失，提高供水效率，確保各分區均能在火災發生時迅速獲得充足水源。第四，應根據建筑使用功能與火災風險等級，選用適宜的噴頭類型與布置方式。例如，在人員密集區域采用快速反應噴頭，以提高滅火效率；在易燃易爆區域采用特殊防護噴頭，以防止火勢蔓延。

結語

綜上所述，在智能化建筑施工過程中，為了保證建筑的安全性和穩定性，需要加強對建筑消防報警系統的重視，并根據建筑結構的需求設計合理的消防智能報警系統，使其能夠充分發揮出自身優勢。在建筑智能消防報警系統設計中，做好硬件和軟件的科學設計，實施有效的應用和控制策略，增強建筑消防報警系統的可靠性和安全性，從而降低火災造成的危害。

參考文獻

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