大型建筑火灾自动报警与消防联动系统研究

时间：2024-08-31

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山西省工业设备安装集团有限公司山西太原 030032

当前，传统火灾自动报警系统存在着设计不当、基础参数选择不精确、配套设施不完善、与消防联动控制之间的逻辑关系不清等问题。当明确火灾发生位置后，还存在无法第一时间判断出火灾的严重程度、影响范围等问题，进而无法制定出合理的救援方案。因此，火灾报警与消防联动系统不仅要努力争取宝贵的救援时间，同时还应当为下一步行动提供良好条件，从而有效避免更严重的事故发生。对此，本文开展针对大型建筑的火灾自动报警与消防联动系统研究。

1 大型建筑火灾自动报警与消防联动系统硬件设计

1.1 消防贮水池设置

消防贮水池与各个消防给水装置，例如加压水泵、闭式自动喷水装置、室内消火栓、微型自动扫描灭火装置的三套稳压装置等集中安设在大型建筑的专用消防水池及水泵房内[1-3]。可将消防贮水池分设为三格，并保证其总有效容积大于1 500 m3。各个消防给水装置中的加压泵以3台为一组，其中2台作为备用加压泵。每个装置的3台加压泵分别从3个水池内吸水，为贮水与供水提供充足的水量条件。2座消防专用水箱安装在大型建筑屋顶的水箱间当中，并保证每座有效容积在47.5 m3以上，其中用于消防贮水的有效容积应大于35 m3，冷却塔补水应大于12.5 m3。

1.2 室内外消火栓设置

室外消火栓采用低压制消火栓类型，管网沿大型建筑周边环状布置，通过从大型建筑周边道路下的给水管引入2条DN200 mm供水管直接供水。由于大型建筑发生火灾时的扑救用水量较大，因此，仅仅依靠供水管提供水资源是十分有限的。当给水管网供水量不足时，还需要通过室外消防供水泵自水池抽水提供并补充消防用水量。在大型建筑的6.40 m平台及±0 m地面上均设置室外地下式消火栓，每个消火栓设DN65 mm和DN100 mm型号栓口各1个，6.40 m平台消火栓连接管道非埋地部分为干式[4]。室外消火栓距路边不大于2 m，距建筑物外墙不小于5 m。

室内消火栓采用临时高压制类型消火栓，竖向不分区，管网立体成环状结构设置，消火栓栓口处的出水压力大于0.4 MPa时，采用减压措施，并将栓口处的出水压力设置为0.25～0.35 MPa。除不宜用水扑救的部位外，按防火分区设置消火栓，保证每一点均有两股密集射流不小于 14.5 m的水柱同时到达，消火栓之间的距离应保证不大于30 m。消火栓均设于组合式消防柜内，消防柜宽、高尺寸为700 mm×1 800 mm，根据柜体设置位置及防火要求，柜体厚度可选择280、240、200 mm和160 mm等规格[5]。当消防柜设于管道井墙体时，其后壁构造为2层钢板内夹防火材料，以保证墙体耐火时间要求。大型建筑±0 m层组合式消防柜采用白色钢板箱，其他层根据装饰要求确定组合式消防柜（钢板）外涂颜色，但所有组合式消防柜必须有明显的标志。室内消火栓安装完成后，取屋顶层试验消火栓和首层2处消火栓做试射试验，达到设计要求为合格。检验方法为实地试射检查，水枪充实水柱不小于13 m。

1.3 闭式自动喷水装置设置

闭式自动喷水装置包括湿式闭式自动喷水装置和干式闭式自动喷水装置2种，除不宜用水扑救和净空高度大于12～18 m位置，以及已设置其他自动灭火装置部位外，大型建筑的室外汽车库和空调机房设干式自动喷水装置，其余部位设湿式自动喷水装置[6]。喷头的设置应当满足下列要求：

1）同一根配水支管上直立型、下垂型喷头间距及相邻配水支管的间距应当满足表1所示的参数要求，且不宜小于 2.4 m。

表1 喷头布置参数要求

2）闭式自动喷水装置的喷头距离灯具和风口之间距离不应小于0.4 m。

3）喷头上方溅水盘与大型建筑底面的距离应当超过75 mm，且不大于150 mm。

4）当大型建筑中的梁、通风管道、成排布置的管道结构，以及桥架等障碍物的宽度大于1.2 m时，在其下方还应当增设适量喷头装置，并在其上方缝隙处安装集热板。

自动喷水装置采用临时高压制喷水型号，报警阀前水源侧管网布置为网环状结构，报警阀后侧管网为枝状结构。每套报警阀控制喷头数：湿式不超过800个，干式不超过500个。自动喷水装置的每个防火分区或每层的配水管上设水流指示器，报警阀和水流指示器前均设控制阀并为信号阀[7]。报警阀、水流指示器动作时均向消防中心发出声光信号。供水动压＞0.4 MPa配水管上的水流指示器前加减压孔板。末端试水装置试水接头出水口流量系数等同于同楼层或防火分区内的最小流量系数喷头。流量系数K＝80喷头，喷头接管直径DN15 mm，短立管直径为DN25 mm。流量系数K＝115喷头，喷头接管直径DN20 mm，短立管直径为DN32 mm。闭式自动喷水装置共设11套湿式报警阀，1套干式报警阀和4套水泵接合器。闭式自动喷水系统设加压水泵3台，两用一备，设隔膜式气压罐稳压装置1套。

2 大型建筑火灾自动报警与消防联动系统软件设计

2.1 联动控制动作设计

当火灾发生，系统中的任何一个具备报警功能的装置开始启动时，相应防火分区的警铃响起，相关联动控制同时进入到工作状态当中，并通过设置的反馈信号传输到消防控制中心，显示火灾自动报警人机交互界面。联动控制动作具体流程如图1所示。

消防控制中心内通过对各个消防水泵的状态检测，显示各个水泵的工作状态，控制电磁阀动作并接受相应的反馈信号[8]。当探测器等报警接收器发出相应信号时，系统自动根据各个探测器的数据判断是否为火灾报警，根据数据异常情况，确定准确的火灾区域，开启气体灭火系统、消防供水系统、防排烟系统、消防广播、防火卷帘、门禁系统等控制功能，并做出相应动作，包括启动气体灭火、启动喷水装置、启动正压送风机、关闭其他风机、切断非应急电源、切换应急广播指导逃生、降火灾区域卷帘、让所有逃生通道的门禁失效等[9]。最后当判断灾情结束后，由管理人员对系统的集中报警控制器进行手动复位。

2.2 人机交互界面设计

本文系统主要选用型号为FS4000的消防控制中心图形显示软件来展现人机交互界面，该软件主要包括计算机及相关的配套接口模块等。对FS4000控制软件设置相应的权限管理，将火灾监控操作权限划分为3个等级，分别为值班人员、管理人员和系统管理人员。本文系统操作权限及权限级别如表2所示。

图1 联动控制动作具体流程示意

表2中包括操作权限共5项，其中“×”表示为该等级没有权限；“√”表示为该等级有权限。本文系统中的大部分操作均需要一定权限要求，通常情况下，只有打开大型建筑平面图、查找相关设备等操作不需要权限[10]。若想执行相应的权限操作，则需要具备对应的权限，进入系统的方式为选择系统菜单中的操作人员进入指令，再通过输入对应的登录账号和密码确定即可。

表2 本文系统操作权限及权限级别

3 试验论证分析

为验证本文设计的大型建筑火灾自动报警与消防联动系统具有更高的实用性，从而满足对大型建筑火灾救援的需要，将本文系统与传统消防系统进行仿真对比试验。首先利用仿真试验软件，构建2座高度、占地面积等参数完全相同的大型建筑设施，并分别在对应的A、B、C、D、E等5个位置，添加固体物质火灾、可熔化固体物质火灾、气体火灾、金属火灾、带电火灾等5种不同类型火灾的相关参数，模拟实际大型建筑物的火灾事故，再分别利用本文系统和传统系统对2座大型建筑的火灾进行灭火动作。设置本文系统为试验组，传统系统为对照组。比较试验组与对照组发现灭火及完成灭火后的用时，并绘制成如图2所示的试验结果。

图2 试验结果对比

由图2中的2条数据结果可以看出，试验组发现火灾报警的用时在0.40～0.70 s范围内，而对照组发现火灾报警的用时在1.00～2.40 s范围内，因此试验组发现火灾报警用时明显小于对照组。同时，本文仿真试验选择了5种不同类型的火灾，通过试验结果可以看出，对照组在对D位置的金属火灾类型较为敏感，而对其他4种类型火灾反应速度较慢，而对照组对不同火灾类型的反应速度相差不大。因此通过试验证明，本文提出的大型建筑火灾自动报警与消防联动系统可以有效缩短发现火灾的报警用时，进一步为火灾救援提供条件。