基于建筑智能化技術的消防疏散系統(tǒng)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(wǎng)絡、通信、多媒體技術飛速發(fā)展，越來越多的建筑應用高科技的、現(xiàn)代的技術，實現(xiàn)建筑消防系統(tǒng)智能化，其消防系統(tǒng)包括火災自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、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(tǒng)的檢測控制中心，通過它全天侯的監(jiān)測多種消防設備的工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)的設計與應用，以期為提高消防疏散系統(tǒng)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(tǒng)設計

1.1 基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)

基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)是通過安裝在建筑物內(nèi)部的監(jiān)控攝像頭對煙霧的形成和擴散進行實時監(jiān)測，當系統(tǒng)檢測到煙霧時，會立即發(fā)出警報，并將警報信息發(fā)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(tǒng)的煙霧檢測器，基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)具有以下優(yōu)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(tǒng)的煙霧檢測器只能監(jiān)測其所覆蓋的范圍內(nèi)的煙霧變化，而基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)可以通過安裝多個監(jiān)控攝像頭實現(xiàn)對整個建筑物內(nèi)部的煙霧監(jiān)測。

1.1.2 檢測準確度更高

傳統(tǒng)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(xiàn)。而基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)可以通過對煙霧形態(tài)、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(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和反饋，當發(fā)生火災等緊急情況時，可以及時發(fā)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(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)是一種高效、準確、實時的消防疏散系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)

智能傳感器的實時監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)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(nèi)的溫度、煙霧、氣體等物理量，將感知到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器[4]。數(shù)據(jù)處理器會對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行實時處理和分析，判斷是否存在火災風險，并根據(jù)處理結果向消防部門發(fā)送警報。通信模塊是智能消防傳感器實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制的關鍵。通信模塊可以通過無線網(wǎng)絡、有線網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)綉密浖校瑢崿F(xiàn)對建筑內(nèi)火災情況的實時監(jiān)測和控制。應用軟件是智能消防傳感器實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)具有以下優(yōu)點：①能夠實時監(jiān)測建筑物內(nèi)部各個區(qū)域的溫度、煙霧、氣體濃度等數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)消防安全隱患。②通過先進的智能化算法對數(shù)據(jù)進行分析和處理，提高監(jiān)測的準確性和可靠性。③通過無線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，方便布局和安裝，并可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制[6]。

1.3 基于自動控制技術的火災報警系統(tǒng)

基于自動控制技術的火災報警系統(tǒng)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(huán)境中的煙霧、溫度和氣體等參數(shù)來實時監(jiān)測火災的發(fā)生。當傳感器檢測到異常情況時，控制器會立即發(fā)出報警信號，并觸發(fā)聲光報警裝置，向建筑內(nèi)的人員發(fā)出警示，提醒他們盡快疏散。與傳統(tǒng)的手動報警系統(tǒng)相比，基于自動控制技術的火災報警系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢。

1.3.1 具有更高的反應速度

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

1.3.2 能夠實現(xiàn)智能化的疏散指引

基于自動控制技術的火災報警系統(tǒng)可以根據(jù)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(xiàn)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(tǒng)通過傳感器的準確監(jiān)測，可以有效地區(qū)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(tǒng)的干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。總之，基于自動控制技術的火災報警系統(tǒng)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(nèi)的人員安全[7]。

2 基于建筑智能化技術的消防疏散系統(tǒng)應用

某商業(yè)綜合體建筑地上20 層，地下3 層。工程內(nèi)容包括基于建筑智能化技術的消防疏散系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)安全。該工程基于建筑智能化技術的消防疏散系統(tǒng)應用具體內(nèi)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(tǒng)

基于視頻監(jiān)控技術的煙霧檢測系統(tǒng)主要由攝像頭、視頻分析算法和報警系統(tǒng)組成。在系統(tǒng)運行時，攝像頭會實時監(jiān)測建筑內(nèi)的煙霧情況，并將監(jiān)測到的視頻信號傳輸?shù)揭曨l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(tài)和特征，并判斷是否存在火災。一旦系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有火災情況，將會立即觸發(fā)報警系統(tǒng)，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(tǒng)如表1 所示。

表1 煙霧檢測系統(tǒng)

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(nèi)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(zhì)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(tǒng)會自動發(fā)出報警信號，并將報警信息發(fā)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(tǒng)視頻分析算法的應用，可以大大提高建筑物內(nèi)部的消防安全性，保障人員的生命財產(chǎn)安全。

2.2 實時監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)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(jiān)測建筑內(nèi)部的溫度、煙霧等指標，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)便自動啟動疏散預案，提醒人員及時疏散。同時，該系統(tǒng)還可與樓層平面圖及疏散路線圖相結合，實現(xiàn)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(tǒng)還具有遠程監(jiān)控、自動報警、數(shù)據(jù)分析等功能，可實現(xiàn)對建筑物消防狀況的全面監(jiān)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(tǒng)對于溫度指標的數(shù)據(jù)計算，系統(tǒng)會實時采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并進行分析。如果溫度超過設定的閾值，系統(tǒng)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(shù)據(jù)計算，系統(tǒng)會實時采集煙霧傳感器的數(shù)據(jù)，并進行分析。如果煙霧濃度超過設定的閾值，系統(tǒng)會判斷為異常情況，并立即啟動疏散預案。對于CO2指標的數(shù)據(jù)計算，系統(tǒng)會實時采集CO2傳感器的數(shù)據(jù)，并進行分析。如果CO2濃度超過設定的閾值，系統(tǒng)會判斷為異常情況，并立即啟動疏散預案。系統(tǒng)還會根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)的變化趨勢，進行數(shù)據(jù)分析和預測。通過對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，系統(tǒng)可以提供消防預案的優(yōu)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(tǒng)的實時監(jiān)測系統(tǒng)通過多種類型的智能傳感器，實時監(jiān)測建筑內(nèi)部的溫度、煙霧等指標，并根據(jù)異常情況啟動疏散預案。同時，系統(tǒng)還具有遠程監(jiān)控、自動報警、數(shù)據(jù)分析等功能，以提供決策支持和優(yōu)化疏散預案[9]。

2.3 自動報警系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過集成感知設備、數(shù)據(jù)計算和結果分析等技術，實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部火災等緊急情況的及時監(jiān)測和報警，圖3 為火災自動報警系統(tǒng)，具體運行過程如下。

圖3 火災自動報警系統(tǒng)

2.3.1 火災感知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行處理，如濾波、平均值計算等，以提高數(shù)據(jù)準確性和穩(wěn)定性。

2.3.2 火災擴散預測計算

基于火災感知數(shù)據(jù)和建筑結構、材料等參數(shù)，利用數(shù)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(tǒng)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(guī)劃計算

根據(jù)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(guī)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(tǒng)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(nèi)部和外部發(fā)送報警信號，提醒人員及時疏散。

（2）疏散指引。根據(jù)計算得到的最佳疏散路徑，系統(tǒng)會在建筑內(nèi)部的顯示屏、緊急廣播系統(tǒng)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(tǒng)可以將火災報警信息通過網(wǎng)絡傳輸至消防中心或相關部門，以便及時調(diào)度消防隊伍和救援資源。通過數(shù)據(jù)計算和結果分析，自動報警系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對火災等緊急情況的及時監(jiān)測和報警，并提供疏散指引，從而提高建筑內(nèi)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(tǒng)中至關重要，在面對突發(fā)情況時，通過智能化控制系統(tǒng)和實時監(jiān)測設備的協(xié)同作用，可以及時發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(fā)揮建筑智能化消防技術的優(yōu)勢，最大限度地保障人們的生命安全。