激光導向型消防應急照明裝置的設計與研究

孫楠

摘要：本文設計了一種可通過激光導向引導人員疏散逃生的消防應急照明裝置，在LED應急照明燈基礎上增設聲光警示裝置、激光器、衍射器、PLC和投影幕板等構件組成，可聯動消防報警聯動控制系統運用于各類建筑、場所。調試安裝后可提高人員疏散逃生效率，在消防安全應急疏散領域有一定的應用價值。

關鍵詞：消防;激光導向;疏散指示;應急照明

1 引言

消防應急照明和疏散指示系統是現代建筑中必不可少的組成部分。隨著我國經濟社會的快速發展，各類建筑現代化、智能化程度逐步提高，對建筑火災中安全、準確、迅速的引導人員疏散也提出了更高要求。建筑火災發生時會產生煙霧顆粒阻擋視線導致能見度驟減，很大程度影響逃生者辨識疏散方向。目前，國內應急照明燈具、疏散指示標志大多采用LED光源。在發生火災時的煙霧狀態下，應急照明和疏散指示燈具的普通照明光穿透效果較弱，無法達到預設照度，會導致人員疏散受限。提出一種通過激光導向引導人員疏散逃生的消防應急照明裝置。該裝置在現有消防應急照明燈具的基礎上，使用聚焦激光形成穿透性強、可見度高的線性光束引導疏散方向，同時通過激光衍射技術投射辨識度高的疏散指示圖像，提升逃生人員疏散效率。

2 激光導向型消防應急照明裝置的方案設計

該裝置由LED應急照明燈、聲光警示裝置、532nm激光器、衍射器、PLC和投影幕板等部件組成。以裝置安裝在疏散走道盡端投射引導至通道拐點，安裝高度距地面2.5米為例，工作示意圖如圖1所示。

裝置運行時，由激光導向器主燈聚焦為朝疏散方向投射的可見光束引導人員疏散，主燈激光亦可由PLC控制通過衍射鏡片在投影幕板上衍射為靜態或動態疏散指示光標。LED應急照明燈朝疏散目標方向照射，為人員疏散提供照明同時指示疏散方向。通過聲光警示裝置報警并發出語音提示，引導逃生人員沿所述應急照明燈的照射方向和激光影像系統的投射方向疏散。

另外，針對疏散走道兩側存在布房或預設有激光投影區的場所可在該裝置基礎上增設激光導向器子燈。子燈由PLC發出指令，在兩側墻面或預定區域投射靜態或朝疏散方向移動的疏散指示光標，引導人員疏散逃生。工作示意圖如圖2所示。也可分別在不同方位安裝多個激光導向器子燈，由PLC控制子燈組按照一定時間序列工作，形成連續動態的疏散指示光標。

3 激光導向型消防應急照明裝置的工作方式

激光導向型消防應急照明裝置運行狀態分為四種，分別為非運作模式、普通模式、測試模式和應急運作模式。非運作模式運行時，聲光警示裝置、激光器及應急照明光源保持關閉狀態;普通模式運行時，激光燈主燈和子燈可投射顯示靜態疏散指示光標，應急照明燈處于伺服狀態用以輔助正常照明;測試模式運行時，PLC系統啟動指令設置功能和自檢診斷，應急照明燈、激光燈、聲光警示裝置以及影像系統啟動測試運行;應急運作模式運行時，由PLC預設模塊驅動控制激光燈主燈和子燈，其中主燈朝疏散方向聚焦投射可見光束或在投影幕板上衍射為靜態或動態疏散指示光標，單個或多個激光導向器子燈朝疏散目標方向衍射靜態或者動態疏散指示光標，同時應急照明燈及聲光警示裝置相應運行。

激光導向型消防應急照明裝置由應急照明集中電源或應急電源配電箱提供電源。非火災狀態下，裝置保持主電源供電并處于非運作模式或普通模式。火災確認后，可手動控制該裝置啟動應急運作模式。設置有消防報警聯動控制系統的場所，該裝置可與消防報警聯動控制系統實行聯動，在接收到消防報警聯動控制系統的火災報警輸出信號后轉入應急電源供電，同時啟動應急運作模式。安裝調試以及日常檢測維護時可將裝置設置為測試模式。

4 激光導向型消防應急照明裝置的使用場合

（1）適用于各類公共建筑和人員密集場所。在實際工作中，激光導向型消防應急照明裝置應當與現有的消防應急照明和疏散指示系統結合使用，使它們形成復合式的導向標志。同時，與建筑物中的消防報警聯動控制系統連接，聯動使用效果更好。該裝置適用于各類建筑物、公共場所、地鐵、隧道、對激光鐳射線無防范要求的廠房、倉庫。

（2）適用于高大空間建筑。目前，激光導向型消防應急照明裝置可選用的激光器主燈波長中，以532nm綠色激光在同等功率下射程最遠、可視效果最為明顯。當室內光照亮度較低時，由于火災煙氣的丁達爾效應和大氣分子的瑞利散射作用，5mW（ClassIIIA）輸出功率的綠色激光即可在數百米距離形成可見光柱。會展中心、體育場館、機場、車站等高大空間建筑空間視野較為開闊，且煙羽流形成煙層界面后，相對于受限空間對逃生人員視野阻隔較小，該裝置的可視激光光束導向效果更為顯著。

（3）適用于使用燈光裝飾效果的場所。激光導向型消防應急照明裝置的衍射激光具有一定的美觀性，可運用于舞臺的燈光效果和普通裝飾。該裝置平時可作為歌舞娛樂場所舞美燈具和家庭裝飾燈具使用，發生火災時起到應急照明和疏散指示標志的作用。

5 激光導向型消防應急照明裝置的注意事項

（1）避免聚焦激光直射眼部。由于激光可視效果的需要，當該裝置采用ClassIII以上輸出功率的激光器時，光束直射眼部將會造成視力下降、暫時性失明等眼部損傷，反而不利于人員疏散逃生。因此，應當在高功率激光鏡頭前端增設遮光罩。該裝置安裝位置以及激光照射徑向應避免直接照射逃生人員眼部。在滿足裝置使用功能的情況下，盡量選用低輸出功率的激光器。

（2）避免人員疏散時遮擋激光導向光標。激光導向衍射的圖像需投射在相對平整的界面上以方便人員識別。應急狀態下，大量人員經疏散通道逃生，激光導向器安裝位置較低時疏散指示光標易被流動人群遮擋，不利于逃生人員識別。該裝置安裝高度應適當高于逃生人員身高，或者預設專用的激光投射區域用于疏散指示光標指引疏散方向。

（3）光學元器件應適當考慮散熱條件。激光導向器選用體積小能量消耗小的半導體激光管有利于火災發生時高溫高壓環境使用。然而，激光器長時間使用同樣會產生大量熱量聚集，若不及時進行冷卻，則會影響到激光器發射激光的效果和其使用壽命。可適當考慮半導體制冷、風冷等小型制冷設備滿足激光器散熱需求。最后，裝置外殼材料必須要求足夠的抗熱抗壓性能，可以選用高彈性碳纖維和鎂鋁合金材料組合設計作為外殼。

6 結語

激光導向型消防應急照明裝置進過調試，可與現有的消防應急照明和疏散指示系統協同工作。當室內空間照明亮度越低時，激光目視的可見度越高，可有效彌補LED燈照度不足時對人員疏散造成的影響。激光導向器可在地面、墻面、空中形成醒目的光標輔助人員疏散逃生，提升逃生人員的疏散效率和火災事故中人員的生存幾率。裝置聯動消防報警聯動控制系統的運用方式，也可提高建筑物消防安全系統的智能化、現代化水平。

目前，5G通信技術和3D全息衍射技術逐步成熟，為激光導向型消防應急照明裝置帶來更多的改進空間，使其可以在應急安全疏散領域發揮更大潛能。因此，該裝置具有一定的應用推廣價值。

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