建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)控制及技術(shù)應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：鄭麒揚(yáng)（1996— ），男，漢族，河北邯鄲人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)電工程。

摘要：智能化建筑已經(jīng)成為當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，不僅可以滿足人們對(duì)建筑功能的需求，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。在智能建筑施工過程中，為了提升施工質(zhì)量，滿足人們對(duì)安全性能的要求，建筑企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的合理設(shè)計(jì)，尤其是要加強(qiáng)對(duì)消防環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。為了能夠提高火災(zāi)預(yù)防能力，保證建筑和人員安全，需要對(duì)消防智能報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。本文分析了建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，提出了建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方法，包括消防系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警的集成、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制、加強(qiáng)建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)施工管理、消防給水系統(tǒng)的合理應(yīng)用等，旨在提高建筑消防系統(tǒng)的智能化控制水平。

關(guān)鍵詞：建筑；消防智能報(bào)警系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

引言

在現(xiàn)代建筑中，為了提升施工質(zhì)量，減少人為因素導(dǎo)致的火災(zāi)危害，需要加強(qiáng)對(duì)施工環(huán)節(jié)的重視，并重點(diǎn)關(guān)注消防環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)作為建筑安全的重要組成部分，通過集成多種火災(zāi)探測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)火災(zāi)隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制，提高建筑消防安全水平。如何利用消防智能報(bào)警系統(tǒng)有效預(yù)防和控制建筑火災(zāi)，保證人員生命財(cái)產(chǎn)安全，是當(dāng)前亟待解決的重點(diǎn)問題。

一、建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)環(huán)境火災(zāi)的實(shí)際情況，其構(gòu)成主要包括電源、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器、無線信號(hào)收發(fā)裝置、信息處理器、火災(zāi)信息監(jiān)測(cè)傳感器等。

1.處理器部分

傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器是系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)接收火災(zāi)探測(cè)器傳來的信號(hào)并進(jìn)行初步處理。現(xiàn)代傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用高性能微控制器，如ARMCortex系列或?qū)榈凸脑O(shè)計(jì)的處理器，這些處理器具備強(qiáng)大的計(jì)算能力和低能耗特性，能夠?qū)崟r(shí)處理火災(zāi)探測(cè)數(shù)據(jù)，并通過無線通信模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)中，處理器不僅需要具備高速的數(shù)據(jù)處理能力，還需集成多種接口，具備自診斷和錯(cuò)誤恢復(fù)功能，這樣才能實(shí)現(xiàn)與不同類型的火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換，在出現(xiàn)異常時(shí)自動(dòng)重啟或通知維護(hù)人員進(jìn)行處理^[1]。

2.傳感檢測(cè)部分

傳感檢測(cè)部分主要包括可燃?xì)怏w探測(cè)器、火焰探測(cè)器、感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器等多種類型的傳感器，其主要功能是負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)部的火災(zāi)隱患。其中，感煙探測(cè)器主要有光電式感煙探測(cè)器和離子感煙探測(cè)器兩種類型，通過檢測(cè)空氣中煙霧顆粒的濃度來判斷是否發(fā)生火災(zāi)；感溫探測(cè)器主要包括定溫型和差溫型，主要利用熱敏元件感應(yīng)環(huán)境溫度的變化，當(dāng)環(huán)境溫度超過設(shè)定閾值時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；火焰探測(cè)器通過檢測(cè)火焰的光譜特性來判斷火災(zāi)的發(fā)生；可燃?xì)怏w探測(cè)器主要用于檢測(cè)空氣中的可燃?xì)怏w濃度，防止因氣體泄漏引發(fā)的火災(zāi)事故。

（二）路由節(jié)點(diǎn)

路由節(jié)點(diǎn)在建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)中負(fù)責(zé)接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)信息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)或更遠(yuǎn)的通信節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)通常具備較強(qiáng)的通信能力和數(shù)據(jù)處理能力，能夠在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。為了進(jìn)一步增強(qiáng)路由節(jié)點(diǎn)的通信范圍和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮其天線設(shè)計(jì)、功率控制以及信號(hào)增強(qiáng)等技術(shù)。此外，路由節(jié)點(diǎn)還應(yīng)具備自組織和自修復(fù)能力，能夠在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)自動(dòng)調(diào)整路由路徑，確保火災(zāi)信息的及時(shí)傳輸。

（三）網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)與外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的接口，主要負(fù)責(zé)將來自路由節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)信息轉(zhuǎn)換為適合外部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母袷剑⑵浒l(fā)送給消防控制中心或遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。同時(shí)，還要接收控制中心發(fā)來的指令，將指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行^[2]。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)通常包括高性能的處理器、大容量存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口以及輸入輸出接口。這些硬件資源使得網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)通道和通信協(xié)議，確保火災(zāi)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

二、建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及通信協(xié)議

建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)通常采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，如數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊和用戶界面模塊等，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)完成特定的任務(wù)，并通過預(yù)定義的接口與其他模塊進(jìn)行交互。其中，系統(tǒng)內(nèi)部的通信協(xié)議是確保各個(gè)組件之間能夠順利交換信息的基礎(chǔ)。在智能報(bào)警系統(tǒng)中，常用的通信協(xié)議包括ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙以及以太網(wǎng)等，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的協(xié)議。系統(tǒng)軟件還需要實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的通信接口，如通過TCP/IP協(xié)議或特定的行業(yè)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)與消防控制中心的通信，使火災(zāi)信息能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地傳輸給控制中心。

（二）定位算法

1.測(cè)距方法

測(cè)距是定位的基礎(chǔ)，常用的測(cè)距方法包括RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信號(hào)強(qiáng)度指示）、TOA（Time of Arrival，到達(dá)時(shí)間）、TDOA（Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差）等。其中，RSSI方法的使用最為簡(jiǎn)單、便捷，主要是通過測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度來估算發(fā)送端與接收端之間的距離。由于信號(hào)強(qiáng)度隨距離增加而衰減，因此可以通過建立信號(hào)強(qiáng)度與距離之間的數(shù)學(xué)模型（1）來估算距離。

RSSI=-（10nlog₁₀d+A）（1）

其中，n表示信號(hào)衰減指數(shù)；A表示以半徑為1m的球面上信號(hào)強(qiáng)度的平均值；d表示參考節(jié)點(diǎn)與待定位節(jié)點(diǎn)的距離。在已知A、n的基礎(chǔ)上，通過RSSI可以計(jì)算得出d。

2.定位計(jì)算方法

在獲得多個(gè)參考點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離信息后，可以采用多種定位計(jì)算方法來確定目標(biāo)點(diǎn)的位置。三邊測(cè)量法是根據(jù)三個(gè)已知位置的參考點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，利用幾何關(guān)系解算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)；最大似然估計(jì)法（ML）通過收集多個(gè)參考點(diǎn)的距離信息，構(gòu)建超定方程組，并利用最小二乘法求解目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)估計(jì)位置；三角測(cè)量法利用兩個(gè)或更多已知位置的參考點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的角度信息（通常通過方向傳感器獲得），結(jié)合參考點(diǎn)的坐標(biāo)來計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的位置^[3]。

三、建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)控制策略

（一）消防系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警的集成

在建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)中，多種火災(zāi)探測(cè)器的集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)隱患的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先，建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)需要借助感煙探測(cè)器的功能來監(jiān)測(cè)空氣中煙霧顆粒的濃度變化，當(dāng)煙霧濃度達(dá)到一定值時(shí)便會(huì)預(yù)警火災(zāi)。同時(shí)，感溫探測(cè)器也會(huì)隨著環(huán)境溫度的異常升高發(fā)出警報(bào)，火焰探測(cè)器會(huì)直接檢測(cè)可見光波段內(nèi)的火焰特征，提供直觀的火情判斷。基于這些系統(tǒng)具有的功能優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)合理布局，將系統(tǒng)精確部署在易發(fā)火災(zāi)的關(guān)鍵區(qū)域，如配電室、走廊轉(zhuǎn)角、機(jī)房等，構(gòu)建起多層次、無死角的火災(zāi)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。其次，系統(tǒng)采用先進(jìn)的信號(hào)處理與融合技術(shù)，對(duì)來自各探測(cè)器的火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行綜合分析和判斷，確保報(bào)警的準(zhǔn)確性和可靠性^[4]。一旦某個(gè)探測(cè)器檢測(cè)到異常信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警程序，觸發(fā)建筑內(nèi)的聲光報(bào)警裝置，同時(shí)向消防控制中心發(fā)送詳細(xì)的火災(zāi)位置、火勢(shì)大小等關(guān)鍵信息，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信息的快速傳遞，為消防人員爭(zhēng)取到更多的響應(yīng)時(shí)間，便于消防人員迅速評(píng)估火情并實(shí)施有效的應(yīng)急措施。

（二）自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制

自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制在高效運(yùn)行的情況下，可以直接提升火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)成效。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面來講，該程序依托先進(jìn)的消防聯(lián)動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的精確遠(yuǎn)程控制，形成自動(dòng)化、協(xié)同化的應(yīng)急響應(yīng)流程。當(dāng)火災(zāi)探測(cè)器捕捉到異常信號(hào)并觸發(fā)報(bào)警機(jī)制時(shí)，系統(tǒng)會(huì)即刻激活聯(lián)動(dòng)控制程序。第一，聯(lián)動(dòng)控制程序的應(yīng)用能夠迅速識(shí)別火災(zāi)區(qū)域及火勢(shì)狀況，并據(jù)此發(fā)出指令，自動(dòng)啟動(dòng)關(guān)鍵消防設(shè)備。例如，在火勢(shì)初期，系統(tǒng)可及時(shí)觸發(fā)噴淋系統(tǒng)，通過高壓細(xì)水霧或水噴霧快速降低火場(chǎng)溫度、隔絕氧氣，有效遏制火勢(shì)蔓延。此時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)，強(qiáng)力排除火場(chǎng)內(nèi)的煙霧和有毒氣體，為消防人員進(jìn)入火場(chǎng)撲救和人員安全疏散創(chuàng)造有利條件^[5]。除此之外，該系統(tǒng)還能智能識(shí)別并切斷非消防區(qū)域的電源，防止火勢(shì)通過電路蔓延，并保留應(yīng)急照明和關(guān)鍵設(shè)備電源，確保應(yīng)急疏散和滅火工作的順利進(jìn)行。第二，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制并非孤立運(yùn)作，需要與其他智能系統(tǒng)緊密集成，形成覆蓋全面的安全網(wǎng)絡(luò)。例如，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，聯(lián)動(dòng)控制程序可與廣播系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)等無縫對(duì)接，自動(dòng)執(zhí)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(zāi)應(yīng)急響應(yīng)效率。第三，為了應(yīng)對(duì)特殊復(fù)雜情況，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制接口，允許專業(yè)人員在必要時(shí)直接介入，對(duì)消防設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)操控，增加應(yīng)急響應(yīng)的靈活性和可靠性，從而充分體現(xiàn)出智能報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，降低人為干預(yù)造成的影響，為火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)提供雙重保障。

（三）加強(qiáng)建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)施工管理

在施工管理過程中，加強(qiáng)建筑消防智能報(bào)警系統(tǒng)的管理，做好技術(shù)把控，是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行與高效響應(yīng)火災(zāi)隱患的關(guān)鍵所在。第一，在施工前，需全面審查施工圖紙與技術(shù)規(guī)范，使每一項(xiàng)施工細(xì)節(jié)均有據(jù)可依；在施工中，應(yīng)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確安裝，并遵循既定的布局規(guī)劃，確保信號(hào)傳輸?shù)臅惩o阻與系統(tǒng)的全面覆蓋。在安裝過程中，需要注意各節(jié)點(diǎn)間的連接工藝，應(yīng)精細(xì)操作，避免接觸不良或短路等問題的發(fā)生，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與準(zhǔn)確性。第二，施工管理需注重安全監(jiān)管與質(zhì)量監(jiān)控。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置明確的安全警示標(biāo)識(shí)，加強(qiáng)作業(yè)人員的安全教育與培訓(xùn)，保證施工過程安全有序。對(duì)于關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，應(yīng)實(shí)施旁站監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正違規(guī)操作，防止因施工不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備損壞或安全隱患^[6]。在材料管理上，應(yīng)選擇質(zhì)量可靠的設(shè)備與材料供應(yīng)商，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的設(shè)備、線材等進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，杜絕使用劣質(zhì)產(chǎn)品。第三，在完成施工后，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)收。在調(diào)試過程中，應(yīng)模擬實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)系統(tǒng)的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間、設(shè)備聯(lián)動(dòng)效果進(jìn)行全面測(cè)試。同時(shí)，在驗(yàn)收時(shí)，還需組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，核查施工圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的一致性，評(píng)估系統(tǒng)的整體性能與穩(wěn)定性。

（四）消防給水系統(tǒng)的合理應(yīng)用

消防給水系統(tǒng)作為建筑消防體系中的關(guān)鍵組成部分，其設(shè)計(jì)、部署與維護(hù)對(duì)于初期火災(zāi)的有效控制至關(guān)重要。在智能報(bào)警系統(tǒng)中，消防給水系統(tǒng)的合理應(yīng)用需綜合考慮多方面技術(shù)因素。第一，根據(jù)建筑的高度、使用功能及火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，精確選擇適宜的消防給水方式。對(duì)于超高層建筑，常高壓重力供水系統(tǒng)因其穩(wěn)定可靠、維護(hù)成本低而備受青睞，該系統(tǒng)利用建筑物自身高度形成的水壓，無須額外加壓設(shè)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(guī)劃。消防水池應(yīng)設(shè)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(tǒng)供水；水泵房應(yīng)靠近水池設(shè)置，以減少管道阻力與能耗。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，合理確定水池與水泵的容量，在火災(zāi)初期即可提供連續(xù)、穩(wěn)定的消防用水。第三，在消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)在綜合考慮建筑樓層分布、管道走向及閥門設(shè)置等因素的前提下，合理劃分供水分區(qū)，有效減少管道長(zhǎng)度與阻力損失，提高供水效率，確保各分區(qū)均能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)迅速獲得充足水源。第四，應(yīng)根據(jù)建筑使用功能與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，選用適宜的噴頭類型與布置方式。例如，在人員密集區(qū)域采用快速反應(yīng)噴頭，以提高滅火效率；在易燃易爆區(qū)域采用特殊防護(hù)噴頭，以防止火勢(shì)蔓延。

結(jié)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(wěn)定性，需要加強(qiáng)對(duì)建筑消防報(bào)警系統(tǒng)的重視，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的需求設(shè)計(jì)合理的消防智能報(bào)警系統(tǒng)，使其能夠充分發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)。在建筑智能消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，做好硬件和軟件的科學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)施有效的應(yīng)用和控制策略，增強(qiáng)建筑消防報(bào)警系統(tǒng)的可靠性和安全性，從而降低火災(zāi)造成的危害。

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