建筑機電工程中的消防系統控制技術探討

摘要：建筑機電工程中，傳統消防系統的控制方式在響應速度、精準性和穩定性方面存在不足，難以滿足現代智能建筑對高效消防控制的需求。為此，針對火災探測、報警聯動、滅火控制及排煙系統等重要環節，提出基于智能傳感、自動化控制和信息集成的技術解決方案，并采取模型仿真和實際測試驗證優化方案的可行性和有效性，旨在為智能化消防系統的設計與應用提供技術支持。

關鍵詞：建筑機電工程；消防系統；智能傳感；自動化控制；信息集成

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0049-03

現階段，傳統的消防控制技術在系統運行效率、實時響應能力及可靠性等方面難以滿足當前智能化建筑的需求，尤其是在突發火災事件中，精準、快速的響應對控制火災蔓延和減少損失具有重要意義。本研究立足于實際工程需求，從技術優化的角度出發，深入探討消防系統各關鍵環節的改進策略，旨在為智能化消防系統的設計與實施提供技術支撐，推動建筑機電工程中消防系統的現代化與智能化進程。

1 消防系統控制技術的關鍵環節

1.1" 火災探測與智能傳感技術的應用

現有技術中，火災探測通常基于煙霧、溫度、火焰和氣體等參數的變化，通過部署智能傳感器對物理和化學信號進行感知和量化處理，能夠實現對火災的早期預警。煙霧探測器主要利用光學散射或離子化技術捕捉空氣中懸浮顆粒的濃度變化，溫度探測器則通過熱敏電阻或熱電偶等元件實現環境溫度的實時監測。針對火焰的特性，可采用紫外傳感器或紅外探測器進行識別，以增強對燃燒過程的感知能力。

在實際工程應用中，智能傳感器通常結合多種探測技術構建多參數綜合監測系統，并通過信息融合技術分析各類傳感器的實時數據，來準確判斷火災發生的時間和位置。在高層建筑中，火災探測系統的布局應遵循分區管理和冗余備份的原則，每個區域至少布置兩種不同類型的傳感器，以保證在某些傳感器故障的情況下仍能實現有效監測。在工業場景中，針對易燃氣體泄漏的火災探測技術還需與氣體傳感技術結合，采用傳感器陣列布局以覆蓋可能的泄漏路徑，并通過數據采集與傳輸模塊將探測結果實時上傳至控制中心。基于智能傳感的火災探測系統可以通過神經網絡算法優化探測性能，并訓練大量樣本數據，建立火災信號與環境噪聲的判別模型，減少誤報率。假設探測信號強度為S（t），單位為dB；背景噪聲為N（t），單位為dB；火災信號的有效判別條件為：

模型采取對探測數據進行實時計算來判斷火災信號的有效性以實現精準識別[1]。

1.2" 報警聯動與信息集成控制技術

報警聯動系統核心在于信息傳輸的可靠性與聯動控制的即時性，現代報警聯動系統通常以分布式架構為基礎，利用局域網、無線通信或物聯網技術實現各子系統間的無縫連接。信息集成控制技術以消防主機為中心，采取協議轉換器與火災探測器、報警裝置、滅火系統及排煙設備等實現互聯互通。在發生火災時，系統能夠對探測數據進行自動化分析與處理，啟動聯動設備并向消防控制室和相關部門發送警報信號。報警聯動系統的信息傳輸采用總線協議或以太網協議，支持高效的數據傳輸和遠程設備控制，能夠快速傳遞火災信號并觸發預定的聯動響應。火災確認后，聯動系統可以立即啟動疏散廣播、切斷相關區域的電源、開啟滅火裝置，并通過樓宇自控系統向相鄰樓層的排煙系統發送信號，防止煙氣擴散[2]。信息集成控制技術廣泛采用冗余設計，在任意單點故障的情況下，系統仍能夠正常運行。

大型商用建筑中，報警聯動系統還可結合視頻監控技術，采取火災探測和視頻分析的雙重確認機制，增強系統的誤報過濾能力。假設火災報警響應時間為Tr，報警信號傳輸時間為Tt，聯動設備啟動時間為Ts，單位為s，系統總響應時間為：

優化方案應以縮短Tt和Ts為目標，采取優化通信協議和設備驅動算法實現系統響應時間的最小化。

1.3" 滅火與排煙系統的自動化控制技術

滅火系統多數以自動噴水滅火系統為主，自動噴水滅火系統一般根據火災信號精準定位起火點，并釋放滅火劑，使用壓力傳感器和流量計監控管網的工作狀態，確保滅火劑的正常供應。滅火劑的材料可以選擇水、泡沫、干粉等，具體什么物質應根據建筑用途和火災風險類型確定。噴淋頭的布局需根據火災危險等級、覆蓋范圍及噴水強度等參數進行設計，保證滅火系統覆蓋全面且操作高效。在隧道或地下空間中，排煙系統一般使用風機、導流板及排煙口等設備，其功能為實時監控煙氣濃度與溫度數據，并根據監測煙氣濃度與溫度數據的數據，動態調整排煙速度與方向，以實現精準的排煙效果。排煙風機的啟停和轉速控制的優化可以使用基于風量傳感器和風速模型進行，假設排煙風量為Q，單位為m3/s，系統滿足以下方程：

通過調節v來實現對Q的動態控制，以保證煙氣在限定時間內完全排出。此外，滅火與排煙系統需結合可編程邏輯控制器（PLC）控制技術，采取預設程序對各設備進行自動化控制，避免人為操作延誤[3]。

2 優化控制策略的技術方案與驗證

2.1" 智能化控制技術的系統設計

智能化控制技術的系統設計以優化消防系統運行效率和提高響應精準性為目標，通過集成多類型傳感器、自動控制裝置及信息處理模塊，實現火災探測、報警聯動、滅火與排煙設備的協同控制。系統架構由感知層、傳輸層和控制層組成。感知層采取多模態傳感器采集煙霧濃度、溫度分布、氣體成分及火焰特征等物理量；傳輸層利用光纖通信、無線傳輸及邊緣計算技術實現高速、低延遲的數據傳遞；控制層采取PLC、DCS及智能算法模塊對火災數據進行綜合處理和聯動指令的輸出。建筑工程的應用中，高層建筑應按樓層進行分區管理，每個樓層設置獨立的火災探測與控制單元，單元間由主控平臺統一調度，以確保系統協調運行。傳輸層采用冗余環網結構，利用雙通道傳輸方式提高信號傳遞的可靠性。

在系統實現階段，需采取部署現場設備及建立虛擬仿真環境對方案進行全面測試。在一個1200m2的商業綜合體中，部署了基于智能化控制技術的消防系統，共設置100個智能傳感器節點，使用光纖環網連接主控平臺與設備控制模塊。測試結果表明，火災信號的平均探測延遲為0.85s，報警聯動延遲為1.2s，排煙及滅火系統的響應延遲為3.8s，系統的總體響應時間滿足消防設計規范要求，顯著優于傳統控制系統。

2.2" 模型仿真與實驗驗證

模型仿真是優化控制策略實施前的關鍵步驟，通過建立物理模型和數學模型，模擬火災發生及控制系統運行的動態過程，可以驗證系統設計的可行性并優化參數設置。實驗驗證采取搭建小規模實際系統進行現場測試，進一步確保方案的可靠性和適用性。

在模型仿真中，采用計算流體動力學（CFD）技術模擬火災煙氣擴散及溫度場變化。假設煙氣濃度C（x，t），單位為g/m3，滿足以下擴散方程：

某工業廠房仿真場景中，假定火源位置為（10，20）m，釋放強度為S（x，t）=500g/s。實驗驗證采取構建1：10比例的實驗模型完成，包括火災探測模塊、報警聯動模塊、滅火與排煙模塊及中央控制單元。實驗過程中，利用甲烷燃燒模擬火源，通過煙霧發生器調整火災規模，設置煙霧濃度、溫度及火焰傳感器實時采集數據，火災信號傳遞至中央控制單元后，自動觸發聯動設備。具體實驗結果見表1。

從表中可知，優化控制策略在關鍵性能指標上表現優異。火災探測延遲為0.9s，遠低于標準值2.0s，保障了應急響應的及時性。報警聯動延遲1.1s，顯著低于標準值3.0s，體現系統在信息傳輸及聯動控制方面的高效性。排煙效率每秒減少32.5m3，優于標準值25.0m3/s，能夠有效控制煙氣擴散，改善疏散環境，降低煙霧傷害。

2.3" 優化方案在實際工程中的性能評估

測試案例選取某商業綜合體，該建筑面積為3.5萬m2，共劃分為15個消防區域，每個區域均布置了火災探測、報警聯動、自動滅火及排煙系統，系統采用了智能化控制技術，并集成了信息傳輸與自動化控制模塊。火災探測系統在測試場景中部署了多種類型的智能傳感器，并通過分布式網絡連接至中央控制單元。在模擬火災中，假定火源在區域C2，傳感器陣列在火災發生后以光速傳遞信號至控制單元。報警聯動系統的測試通過對火災信號處理和設備聯動響應的時間進行測量評估，當報警系統接收信號后，自動觸發廣播設備、啟動滅火與排煙系統，并向控制中心發送火災報警信號。具體數據見表2。

從表中可知，報警響應時間測量值為1.18s，顯著小于標準值3.0s，表明系統能夠在火災信號確認后快速發出警報，保證及時傳遞火災信息。聯動設備啟動時間為2.95s，優于標準值5.0s，說明系統在接收到火災報警信號后能夠快速啟動相關設備，包括滅火和排煙裝置，從而有效控制火勢和煙氣擴散。設備觸發成功率達到100%，高于標準值98%，反映出系統在設備聯動方面具有極高的可靠性，保證所有相關設備在火災情況下按預期正常運行。

3 結束語

建筑機電工程中的消防系統控制技術在建筑安全保障中發揮著重要作用，針對傳統消防系統在效率和穩定性上的不足，研究提出了基于智能傳感、自動化控制及信息集成的優化技術方案，并采取仿真分析與實驗驗證來確認其在提升火災探測精度、報警聯動速度及系統運行可靠性方面的顯著成效，為現代智能建筑的消防系統設計提供了可靠依據，并為建筑安全運行和突發事件應對提供更加全面的技術保障。

參考文獻

[1]翁金勝.建筑機電工程中的消防系統控制技術探討[J].消防界（電子版），2024，10（10）：84-86.

[2]苗敬智.建筑機電工程中的消防系統控制技術應用研究[J].消防界（電子版），2023，9（19）：126-128.

[3]邱興平，余柯汕，陳燕.機電工程施工中消防弱電系統的安裝[J].自動化應用，2023，64（16）：167-169.