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高层建筑中火灾报警控制系统的设计及应用

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
摘要：对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析，在高层建筑设计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构，解决了高层建筑与大型建筑中探测区域广、探测器数量多、原有系统不能适
    摘要：对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析，在高层建筑设计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构，解决了高层建筑与大型建筑中探测区域广、探测器数量多、原有系统不能适应等问题。


    关键词：高层建筑 火灾自动报警 探测器 智能控制 联动控制
    　　随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了国家消防部门及设计院等社会各界的高度重视。国家制定了一系列防火规范，从而促进火灾自动报警设备的研究和推广使用。高层建筑建设规模大，装修标准高，人员密集，各种电气设备使用频繁，因而存在着火灾隐患，在建筑电气设计中必须严格依照规范要求设计火灾报警控制系统。但选择何种控制系统，使该系统充分有效地发挥功能，是设计中十分重要的问题。

    1　火灾自动报警系统的主要部件及特征

    　　火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统的控制中心报警系统。高层建筑和大型建筑主要采用控制中心报警系统，这是一种复杂的火灾自动报警系统，主要由触发器件、火灾报警装置、消防控制设备及电源组成。该系统从通报火灾到启动灭火系统和控制各种消防设备，基本实现自动化。
    　　触发器件　主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。火灾探测器是对火灾参数（如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同，火灾探测器分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器和复合火灾探测器五种基本类型。
    　　火灾报警装置　在火灾自动报警系统中用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发生控制信号和具有其它辅助功能的控制指标设备。
    　　火灾报警装置　在火灾自动报警系统中用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置，如火灾警报器，它是一种基本的火灾警报装置，以声、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号。
    　　消防控制设备　在火灾自动报警系统中当接收到来自触发器件的火灾报警信号，能自动或手动启动相关消防设施并显示其状态的设备。主要包括：火灾报警控制器；自动灭火系统的控制装置；室内消火栓系统的控制装置；防排烟系统及空调通风系统的控制装置；常开防火门、防火卷帘的控制装置；电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置。每个系统根据工程的需要应具有十类控制装置的部分或全部。
    　　电源　火灾自动报警系统属于消防用电设备，主电源采用消防电源，备用电源采用蓄电池，保证不间断供电。
    　　设计中消防控制设备主要设置在消防控制中心，便于实行集中统一控制，有些消防控制设备可设在消防设备现场，而动作信号必须返回消防控制中心，实行集中与分散相结合的控制方式。但该探测器有误报现象、控制器容量较小。

    2　智能火灾报警控制系统工作原理

    　　智能火灾报警控制系统与火灾自动报警系统不同之处在于：将发生火灾期间所产生的烟、温、光等，以模拟量形式连同外界相关的环境参量一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存贮的大量数据，利用火灾判据来判断火灾是否存在。
    　　智能火灾报警器中编址单元包括：智能控测器、智能手动按钮、智能模块、探测器并联接口、总线隔离器和可编程继电器卡等。新型的智能火灾探测器，又称模拟量火灾探测器，这种探测器给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或其等效的数字信号。传统探测器称为有阈值火灾探测器，而智能火灾探测器没有阈值，却设有专用芯片，智能火灾探测器的应用提高了报警系统的准确性和智能化程度。
    　　在火灾报警时，报警控制器通过控制模块启动相应的外探设备，如排烟阀、送风阀、卷帘门等，需要接受外控设备的反馈信号时，应加一个监视模块，控制模块和监视模块一样，联接在报警回路总线上，安装在所控设备的附近。模块内设十进制编码开关，可现场编号，各占用回路总线上一个地址。通过报警控制器显示控制模块和监视模块的具体地址，用声、光报警可反映联动设备的工作状态。
    　　可编程继电器卡，通过编程可实现对风机、水泵等大型设备的二级联动控制。智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。

    3　工程实例

    3.1　火灾自动报警系统的设计应用

    　　笔者1992～1993年参与设计的海南省物资局金属大厦，该大厦是座地下1层，地上22层，建筑高度70多米，建筑面积1.2万平方米的写字楼。根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，建筑高度超过50 m的办公楼属于一类防火建筑，因此该大厦要设火灾自动报警系统。
    　　设计中选择了国产火灾自动报警系统，这种系统在当时较普遍，仅有一台主机控制器，因而适用于中、小型建筑。

    　　大厦消防控制中心设在1层，每层设层显示器。地下室作设备用房有变电室、空调机房、水泵房，机房内设有防排烟风机、消防水泵等消防设备，当火灾发生时，温度达到一定值排烟风机自动启动，并打开排烟阀，开始排烟（图1）。

    该工程地下室是消防联动控制的集中点，将地下室的防排烟风机、排烟阀等控制线均引至消防中心的联动控制器。消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯等却属于外控设备，均由联动控制器控制。整个火灾自动报警系统设计合理、运行可靠。

    3.2　智能火灾报警系统的设计应用

    　　随着科学技术的发展，智能火灾报警系统问世，从传统型走向智能型是国内外火灾报警系统技术发展的必然趋势，工程设计人员必须予以充分重视。
    　　徐州某大型建筑群由三栋塔楼组成，一栋为25层，一栋13层和一栋12层的塔楼由4层裙楼连接而成，建筑面积6万平方米，建筑高度85 m，主要功能：1至4层为商场，5层以上为写字楼。由于该大厦建筑面积大，探测区域广，探测器数量非常可观。传统的火灾自动报警系统已无法满足需要，因此，在设计中，经过反复的方案比较，选择了采用主—从式网结构的智能火灾报警控制系统，该系统利用大容量的控制矩阵交叉查寻软件包，以软件编程代替硬件组合，满足了大型工程的适用性，提高了消防联动的灵活性和可修改性。系统由主机、从机、复示器等构成。该工程消防控制中心设于1层，主机和消防联动控制柜设在消防中心，从机与复示器分设于楼层内。
    　　智能探测器数量的确定　设计时先根据《火灾自动报警器系统设计规范》的规定确定探测器的布局和设置。其规定探测区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。感烟、感温探测器的保护面积和保护半径应按表1确定。表中列出的是一个感烟探测器或感温探测器的保护面积和保护半径。建筑物内往往一个探测区域的面积较大，超过一只探测器的保护面积，这时需要计算一个探测区域内所需设置的探测器数量，可按下式计算：

    式中：N为一个探测区域内所需设置的探测器数量（只），N取整数；S为一个探测区域的面积（m2）；A为探测器的保护面积；K为修正系数，重点保护建筑取0.7～0.9，非重点保护建筑取1.0。
    　　根据上式计算结果，可确定一个探测区内的智能探测器的安装数量。
    　　选择控制器容量计算　该系统控制器为主—从式网络结构，每个主—从机系统，只能有一台主机，从机数量根据工程要求确定，一般按探测器数量计算，从机数量最多为15台。

    　每台控制器最大有四个回路，每个回路容量均为198个地址，其中99个智能探测器，99个编址模块。因此一台主机或从机的最大容量为4×99=396个智能探测器，4×99=396个编址模块。
    　　该工程经过计算，选用了一台主机和四台从机，每台控制器都按四个回路设计。主机N控制1～4层商场内的所有探测器，手动报警按钮，控制按钮，水流指示器等消防设备，从机N1控制地下室的所有探测器、送风阀、排烟阀、防火阀等消防设备，从机N2控制13层和12层两座连通塔楼的5～13层的消防设备，N3、N4分别控制25层塔楼的5～13层和14～25层的消防设备。
    　　整个大厦智能火灾报警控制系统设计比较合理，充分考虑到建筑群的特点，选用一台主机、四台从机控制了6万平方米的建筑，如果用传统火灾自动报警系统则需要几套控制系统分别控制，现有系统设计即经济实用，又准确可靠。
    4　结论

    　　综合上述工程设计与实践研究，可以得出以下几点认识与结论。
    　　1）传统的火灾自动报警系统适合于中、小型建筑，它的特点是探测器属于阀值型，控制器仅有主机一台。而智能火灾报警控制系统，采用模拟量探测器，控制系统采用主—从式网络结构，适应性强，尤其适合大型建筑的火灾报警系统。
    　　2）智能火灾报警系统，克服了传统火灾自动报警系统存在的漏报和误报的难题，提高了报警系统的准确性、可靠性。在设计中可灵活应用，根据工程需要选择适当的从机数量，使工程设计最经济、最合理。
    　　3）为了防患于未然，火灾报警系统的设计和应用十分重要，设计人员应根据不同的建筑工程，优化设计方案。

    参考文献：

    ［1］　蔡自兴，徐光礻　右.人工智能及其应用［M］.北京：清华大学出版社，1996,329～360
    ［2］　戴汝为.智能系统的综合集成［M］.杭州：浙江科学技术出版社，1995,128～160
    ［3］　陈一才.大楼自动化系统设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1994,230～270
    ［4］　王根堂.公安消防监督员业务培训教材，群众出版社，1997,213～236
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