论文部分内容阅读
【摘 要】本文简述了大空间文化建筑火灾自动报警设计中存在的挑战和困难，指出了现行规范与建筑空间发展趋势的矛盾，分析了常用火灾探测技术的局限，并针对博物馆文化中心的工程实例，分析的各种探测技术的利弊，然后综合提出了一种比较合适的解决方案，实现了大空间火灾探测和报警的灵敏性和可靠性。
【关键词】火灾自动报警；文化建筑；大空间
近年来各种大空间文化建筑不断涌现，因其在诸多方面的特殊性以及更为突出的火灾风险性和危害性，给火灾探测设计带来了较大的挑战和困难。我国现行的消防设计技术规范（参见参考文献）主要针对一般建筑而定制。国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）[1]指出，点型感烟火灾探测器安装高度最高不超过12m，一级感温火灾探测器安装高度不应超过8m。GB 50116-98第7.3.1条规定“无遮挡大空间或有特殊要求的场所，宜选择红外光束感烟探测器”。而实际工程设计中，普通红外光束感烟探测器的设置也有许多局限性。随着科技的进步，目前产品中出现了一些适用高大空间的火灾探测器，如激光线型光束感烟探测器、双波段图像火焰探测器等。本文将结合某博物馆文化中心的具体工程实例,分别从探测设备、消防联动等方面来讨论，以期为文化建筑火灾报警设计提供一些新思路。
1 工程概况
某市博物馆文化中心是位于新区的一个地理标志性建筑。文化中心长152.3m,宽77.4m,地下二层,地上八层，地下一层和部分一层空间为图书大卖场，地上包括博物馆、档案馆、科技馆三个相对独立的单体建筑，在三个单体的外围是钢结构与玻璃幕墙组成的市民舞台共享大厅。其中一层入口的市民舞台共享大厅是一个长方形的高大空间长48.4 m,宽42.8m,高30m，主体建筑的东、西、北三面还各有宽8m,挑高30m的狭长空间四面是透光的玻璃幕墙,屋顶是压型钢板平面。因此,常规的感烟和感温探测器因探测高度的限制,都不能适用于这一空间,需要采用新型的火灾探测器。
2 探测设备
线型光束感烟探测器利用烟雾粒子对光线传播发生遮挡的原理制成。激光感烟探测器的激光器具有方向性强、亮度高、单色性佳、脉冲功率大、效率高、寿命长等优越性能。本项目的共享大厅采用大面积的玻璃幕墙，还有大功率大面积的彩色LED显示屏，环境的光照影响比较大。所以本工程靠近外墙玻璃的城市阳台狭长区域采用了激光线型光束感烟探测器。
光截面图像感烟探测器由多个红外光源组成的发射器发出一束红外光经过被保护空间到达接收器。其中单组发射接收器的基本原理与普通线型光束感烟探测器相同，当保护空间内同一个平面上布置多个发射器.这些发射器发射的光束由同一个接收器接收时.在空中形成多条光束构成一个保护截面，只要烟雾通过这个截面都会发出报警信号，同时火灾报警控制器的荧光屏上弹出报警图像。其特点为：一是多光束对被保护空间实施立体覆盖，使得大空间早期火灾报警成为可能。二是多管发射，面阵接收，使得系统的可靠性和稳定性得到了显著提高.抗震性能得到明显改善；面成像的使用，使得光截面图像感烟探测器具有分辨发射光源与干扰光源的能力，提高了系统抗干扰的性能.扩大了系统的应用领域。三是光截面中相邻光束的相关分析克服了单光束火灾探测器由于系统偶然因素引起的误报。行双向预测、模式识别、趋势算法等一系列运算后，提高了系统准确性.降低了误报率。所以本工程的中央共享大厅区域采用了光截面图像感烟探测器。
在红外对射光线探测器水平布设时，必须克服烟气的层化现象，如果烟气不能上升到红外线的探测高度，则该方法将无用。因此水平布设时探测器的安装高度应处于热障层下方。由于共享大厅高度远远大于12 m，因此在被保护空间内采取多层布设的方式，并加大探测红外光线的密度。
双波段图像火焰探测器是基于实时视频影像分析的感火焰火灾探测技术。它同时分析监控现场的红外影像和彩色影像,利用火灾火焰在影像表现上的亮度、稳定性、抖动、频闪、颜色等特征,通过综合智能判据,实现火灾探测和报警。它由红外CCD和彩色CCD摄像机组成，将采集到的红外视频图像信号、彩色视频图像信号传送给防火并行处理器、信息处理主机进行火灾信号处理。信息主机根据火灾的频谱特性，对采集到的影像信号进行分析并运用火灾信号的趋势特征、闪烁特征纹理特征等结合相应的火灾判据，对火灾信号进行识别。一旦确认是火灾便立即发出火灾报警信号和联动控制信号。与常规火灾探测器相比,双波段火灾探测器具有以下多方面的先进性:一是采用面阵成像器件,具有很高的空间分辨率,可提高探测距离,增大保护面积。灵敏度高，且可以现场设置，火灾响应速度快。二是采用专用的火灾识别软件，采用信号能量判别结合图像处理技术处理火灾信号，能识别真、假火灾，误报率低，可靠性高。三是利用立体视觉原理,实现火灾发生点的空间定位,为自动定点扑救提供数据。四是可视图像探测技术，火灾探测和图像监控的有机结合，可供防盗和电视监控使用，可节约投资、降低维护费用。五是系统发现火灾立即弹出火灾快速确认火灾，同时还可以记录火灾现场的场景，供事后分析。
经过消防性能化分析,在城市阳台区域中选用了激光线型光束感烟探测器，共享大厅中选用了光截面图像感烟探测器和双波段图像型火灾探测器。本工程设计接收器与发射器使用个数比例为1∶5。当其中一个发射器损坏,接收器报出损坏发射器点故障,但接收器仍能正常接收其他发射器发射的光束,此时发生火灾仍能正常报警。
3 消防联动
火灾确认后,系统启动自动消防炮,自动指向火源,采取人机协同方式,远程控制定点灭火;同时,可自动进行联动控制:启动消防水泵、防火阀、排烟阀、防火卷帘门、自动报警电话、警铃等消防联动设备,也可与其他常规报警监控系统进行良好的兼容。同时可实现如下设计功能:现场图像巡检,若有警情便优先自动切换到现场,显示在设定的屏幕上,并发出报警信号,提示值班人员察看、处理。当发出报警信号后, 同时启动记录装置,进行自动记录；如值班人员未及时处理,系统在延时一定时间后,按照事先预定的电话号码自动对外进行通信。
4 系统综合
综合多种火灾探测技术的自动报警系统具有如下特点:
4.1 系统使用了图像处理、计算机视觉、模式识别、双向预测算法、人工智能等多重模式进行火灾识别及分析处理, 解决大空间早期火灾探测和可靠报警问题。
4.2 报警时有图形/图像显示,显示内容包括探测器的地址编号、标题、状态、时间、日期及报警现场图像。实现防火、防盗、监控三位一体,集消防与安防于一身,性价比优越。
4.3 报警图像多重备份,报警时自动启动录像机/硬盘记录仪对现场状况进行录像,同时用硬拷贝的方式记录火灾发生瞬间的现场情况,为事故原因调查提供真实的资料。
5 结语：
设计师在进行选型与设计布防时，应慎重选择，既要遵循各类规范，也要不拘一格，根据建筑的空间构造、使用功能、火灾成因，人员流动情况等多方面综合考虑，选择合适的组合探测模式；并充分考虑现场可能影响探测效果的各种因素，和线性热分层环境的影响，以及临时悬挂物对探测视角的遮挡等，形成有针对性且性能安全合理的布防方案。
参考文献：
[1]《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）中国计划出版社1998.12
[2]《民用建筑电气设计规范》（GB50116-98）中国计划出版社1998.12
[3]李引擎.建筑防火性能化设计.北京：化学工业出版社，2005：291.
[4]霍然，袁宏记.性能化建筑防火分析与设计.合肥 安徽科学技术出版社，2003：201-204.
【关键词】火灾自动报警；文化建筑；大空间
近年来各种大空间文化建筑不断涌现，因其在诸多方面的特殊性以及更为突出的火灾风险性和危害性，给火灾探测设计带来了较大的挑战和困难。我国现行的消防设计技术规范（参见参考文献）主要针对一般建筑而定制。国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）[1]指出，点型感烟火灾探测器安装高度最高不超过12m，一级感温火灾探测器安装高度不应超过8m。GB 50116-98第7.3.1条规定“无遮挡大空间或有特殊要求的场所，宜选择红外光束感烟探测器”。而实际工程设计中，普通红外光束感烟探测器的设置也有许多局限性。随着科技的进步，目前产品中出现了一些适用高大空间的火灾探测器，如激光线型光束感烟探测器、双波段图像火焰探测器等。本文将结合某博物馆文化中心的具体工程实例,分别从探测设备、消防联动等方面来讨论，以期为文化建筑火灾报警设计提供一些新思路。
1 工程概况
某市博物馆文化中心是位于新区的一个地理标志性建筑。文化中心长152.3m,宽77.4m,地下二层,地上八层，地下一层和部分一层空间为图书大卖场，地上包括博物馆、档案馆、科技馆三个相对独立的单体建筑，在三个单体的外围是钢结构与玻璃幕墙组成的市民舞台共享大厅。其中一层入口的市民舞台共享大厅是一个长方形的高大空间长48.4 m,宽42.8m,高30m，主体建筑的东、西、北三面还各有宽8m,挑高30m的狭长空间四面是透光的玻璃幕墙,屋顶是压型钢板平面。因此,常规的感烟和感温探测器因探测高度的限制,都不能适用于这一空间,需要采用新型的火灾探测器。
2 探测设备
线型光束感烟探测器利用烟雾粒子对光线传播发生遮挡的原理制成。激光感烟探测器的激光器具有方向性强、亮度高、单色性佳、脉冲功率大、效率高、寿命长等优越性能。本项目的共享大厅采用大面积的玻璃幕墙，还有大功率大面积的彩色LED显示屏，环境的光照影响比较大。所以本工程靠近外墙玻璃的城市阳台狭长区域采用了激光线型光束感烟探测器。
光截面图像感烟探测器由多个红外光源组成的发射器发出一束红外光经过被保护空间到达接收器。其中单组发射接收器的基本原理与普通线型光束感烟探测器相同，当保护空间内同一个平面上布置多个发射器.这些发射器发射的光束由同一个接收器接收时.在空中形成多条光束构成一个保护截面，只要烟雾通过这个截面都会发出报警信号，同时火灾报警控制器的荧光屏上弹出报警图像。其特点为：一是多光束对被保护空间实施立体覆盖，使得大空间早期火灾报警成为可能。二是多管发射，面阵接收，使得系统的可靠性和稳定性得到了显著提高.抗震性能得到明显改善；面成像的使用，使得光截面图像感烟探测器具有分辨发射光源与干扰光源的能力，提高了系统抗干扰的性能.扩大了系统的应用领域。三是光截面中相邻光束的相关分析克服了单光束火灾探测器由于系统偶然因素引起的误报。行双向预测、模式识别、趋势算法等一系列运算后，提高了系统准确性.降低了误报率。所以本工程的中央共享大厅区域采用了光截面图像感烟探测器。
在红外对射光线探测器水平布设时，必须克服烟气的层化现象，如果烟气不能上升到红外线的探测高度，则该方法将无用。因此水平布设时探测器的安装高度应处于热障层下方。由于共享大厅高度远远大于12 m，因此在被保护空间内采取多层布设的方式，并加大探测红外光线的密度。
双波段图像火焰探测器是基于实时视频影像分析的感火焰火灾探测技术。它同时分析监控现场的红外影像和彩色影像,利用火灾火焰在影像表现上的亮度、稳定性、抖动、频闪、颜色等特征,通过综合智能判据,实现火灾探测和报警。它由红外CCD和彩色CCD摄像机组成，将采集到的红外视频图像信号、彩色视频图像信号传送给防火并行处理器、信息处理主机进行火灾信号处理。信息主机根据火灾的频谱特性，对采集到的影像信号进行分析并运用火灾信号的趋势特征、闪烁特征纹理特征等结合相应的火灾判据，对火灾信号进行识别。一旦确认是火灾便立即发出火灾报警信号和联动控制信号。与常规火灾探测器相比,双波段火灾探测器具有以下多方面的先进性:一是采用面阵成像器件,具有很高的空间分辨率,可提高探测距离,增大保护面积。灵敏度高，且可以现场设置，火灾响应速度快。二是采用专用的火灾识别软件，采用信号能量判别结合图像处理技术处理火灾信号，能识别真、假火灾，误报率低，可靠性高。三是利用立体视觉原理,实现火灾发生点的空间定位,为自动定点扑救提供数据。四是可视图像探测技术，火灾探测和图像监控的有机结合，可供防盗和电视监控使用，可节约投资、降低维护费用。五是系统发现火灾立即弹出火灾快速确认火灾，同时还可以记录火灾现场的场景，供事后分析。
经过消防性能化分析,在城市阳台区域中选用了激光线型光束感烟探测器，共享大厅中选用了光截面图像感烟探测器和双波段图像型火灾探测器。本工程设计接收器与发射器使用个数比例为1∶5。当其中一个发射器损坏,接收器报出损坏发射器点故障,但接收器仍能正常接收其他发射器发射的光束,此时发生火灾仍能正常报警。
3 消防联动
火灾确认后,系统启动自动消防炮,自动指向火源,采取人机协同方式,远程控制定点灭火;同时,可自动进行联动控制:启动消防水泵、防火阀、排烟阀、防火卷帘门、自动报警电话、警铃等消防联动设备,也可与其他常规报警监控系统进行良好的兼容。同时可实现如下设计功能:现场图像巡检,若有警情便优先自动切换到现场,显示在设定的屏幕上,并发出报警信号,提示值班人员察看、处理。当发出报警信号后, 同时启动记录装置,进行自动记录；如值班人员未及时处理,系统在延时一定时间后,按照事先预定的电话号码自动对外进行通信。
4 系统综合
综合多种火灾探测技术的自动报警系统具有如下特点:
4.1 系统使用了图像处理、计算机视觉、模式识别、双向预测算法、人工智能等多重模式进行火灾识别及分析处理, 解决大空间早期火灾探测和可靠报警问题。
4.2 报警时有图形/图像显示,显示内容包括探测器的地址编号、标题、状态、时间、日期及报警现场图像。实现防火、防盗、监控三位一体,集消防与安防于一身,性价比优越。
4.3 报警图像多重备份,报警时自动启动录像机/硬盘记录仪对现场状况进行录像,同时用硬拷贝的方式记录火灾发生瞬间的现场情况,为事故原因调查提供真实的资料。
5 结语：
设计师在进行选型与设计布防时，应慎重选择，既要遵循各类规范，也要不拘一格，根据建筑的空间构造、使用功能、火灾成因，人员流动情况等多方面综合考虑，选择合适的组合探测模式；并充分考虑现场可能影响探测效果的各种因素，和线性热分层环境的影响，以及临时悬挂物对探测视角的遮挡等，形成有针对性且性能安全合理的布防方案。
参考文献：
[1]《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）中国计划出版社1998.12
[2]《民用建筑电气设计规范》（GB50116-98）中国计划出版社1998.12
[3]李引擎.建筑防火性能化设计.北京：化学工业出版社，2005：291.
[4]霍然，袁宏记.性能化建筑防火分析与设计.合肥 安徽科学技术出版社，2003：201-204.