淺談船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)

李興寧++劉榮進(jìn)

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.040

摘 要：鑒于船舶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和環(huán)境的特殊性，船舶一旦發(fā)生火災(zāi)，很難得到及時(shí)有效的消防外援，其危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地上火災(zāi)，船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)肩負(fù)著探測(cè)火災(zāi)隱患、保障人們生命和財(cái)產(chǎn)安全的重任，該文簡(jiǎn)要介紹了船舶火災(zāi)的成因及特點(diǎn)，對(duì)船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論，研制超早期、人性化的智能火災(zāi)防控系統(tǒng)對(duì)船舶安全具有重大意義。

關(guān)鍵詞：船舶 火災(zāi) 智能 監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（c）-0040-02

船舶火災(zāi)是比較常見而且有著很大危害性的船舶事故，火災(zāi)發(fā)生時(shí)船上乘務(wù)人員的疏散、所載貨物的轉(zhuǎn)移等工作難度極大，多數(shù)情況下甚至是無法實(shí)施。就火災(zāi)造成的危害程度而言，船舶火災(zāi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地火災(zāi)，船上乘務(wù)人員的生命安全受到極大威脅，極易造成不可挽回的生命財(cái)產(chǎn)損失。鑒于船舶消防的復(fù)雜性及特殊性，國(guó)內(nèi)外消防科研機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)對(duì)策的研究，能否對(duì)船舶火情及時(shí)、精準(zhǔn)、可靠地探測(cè)識(shí)別，能否早期預(yù)警、有效報(bào)警和可靠聯(lián)動(dòng)滅火一直是船舶消防報(bào)警單位研究、關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 船舶火災(zāi)的成因及特點(diǎn)

1.1 船舶火災(zāi)的成因

按照使用性質(zhì)，船舶可分為： 客船、貨船、儲(chǔ)油船和軍船等，但是不論什么樣的船舶，它們都存在著許多相似的地方，各種船舶也都存在許多類似的火災(zāi)隱患，容易引起火災(zāi)的主要部位一般為廚房、生活艙、機(jī)艙和貨艙等地方。而從火災(zāi)調(diào)查的角度來看，可以分為意外火災(zāi)、電氣火災(zāi)、明火火災(zāi)以及人為縱火。

1.2 船舶火災(zāi)的特點(diǎn)

各類船舶雖然在制造方法、用途結(jié)構(gòu)等方面有所差異，但就船舶消防而言，通常具有一些共同的特點(diǎn)。

（1）火點(diǎn)隱蔽，不宜發(fā)現(xiàn)。貨艙中通常裝載大量貨物，如果貨物內(nèi)部具有微小火源或者產(chǎn)生自燃，在起火早期是難以發(fā)覺，只有己經(jīng)蔓延擴(kuò)大，產(chǎn)生大量煙霧時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，即使這樣，此時(shí)也很難確定具體的起火點(diǎn)。

（2）可燃物質(zhì)多。雖然現(xiàn)代船舶的生活、工作艙室內(nèi)裝修材料在標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)方面作出了嚴(yán)格的防火要求和規(guī)定，但是裝飾門窗、板壁時(shí)，仍有采用化學(xué)纖維、聚氯乙烯板、膠合板等可燃、阻燃材料；艙室內(nèi)的簾布、地毯、床鋪、家具等也多數(shù)由可燃材料制造，特別是客船的客艙，火災(zāi)荷載相當(dāng)大。

（3）客（貨）運(yùn)載量大。船舶是客貨運(yùn)載量最大的運(yùn)輸工具，普通沿海和遠(yuǎn)洋貨船的載重噸位一般在幾萬噸級(jí)左右；散裝貨船的載重噸位可達(dá)十幾到二十幾萬噸級(jí)；液化氣船、油船的載重噸位可達(dá)二三十萬噸級(jí)，國(guó)外造出的超級(jí)油船已有五十萬噸級(jí)；集裝箱船可裝載重上千標(biāo)準(zhǔn)箱；而客船一般是數(shù)百人至兩千人左右的載重量[1]。

（4）燃油儲(chǔ)量大。船舶通常采用汽油、柴油、重油等為主機(jī)、輔機(jī)及其它機(jī)器設(shè)備提供燃料，另外還有許多潤(rùn)滑油。在各類交通運(yùn)輸工具中，船舶的燃油儲(chǔ)量是最大，遠(yuǎn)洋船舶燃油儲(chǔ)量的估算是按照船舶載重量的10%。一艘載重量為十萬噸級(jí)的貨船，其燃油儲(chǔ)量一般估算為八千噸至一萬二千噸左右[1]。

（5）熱傳導(dǎo)性能強(qiáng)。船體結(jié)構(gòu)是采用鋼板制造，鋼板熱傳導(dǎo)性能比較強(qiáng)，起火后被迅速加熱變成導(dǎo)熱系數(shù)很大的物質(zhì)。通過焊接而成一體的船體鋼板的熱傳導(dǎo)可以引燃附近的可燃物質(zhì)，繼而火勢(shì)擴(kuò)大，又迅速增加船體鋼板的溫度，降低鋼板的強(qiáng)度，使船體鋼板出現(xiàn)熱脹變形，失去承重力。

（6）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。船舶為水上交通工具，既要運(yùn)載旅客和貨物，又是船員工作和生活的場(chǎng)所，配有各種機(jī)器設(shè)備和功能艙室，船舶空間結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜緊湊，艙內(nèi)通道和樓梯比較狹窄，大多數(shù)艙門和出入口僅能容一人通過。

2 船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、人工智能及生物技術(shù)的發(fā)展，有力地促進(jìn)了船舶火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)智能化的發(fā)展。智能化的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品自問世以來，在傳感器、通信系統(tǒng)、系統(tǒng)控制模式等方面已經(jīng)經(jīng)過多次的更新?lián)Q代和技術(shù)改革。

目前，船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用的是集中智能型火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與分布智能型火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。集中智能型火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是將各個(gè)傳感器采集到的溫度變化、煙霧濃度等火情參數(shù)信息實(shí)時(shí)傳送到主機(jī)控制器，控制器內(nèi)部的智能軟件對(duì)這些火情報(bào)警參數(shù)進(jìn)行集中處理，繼而做出正確的判別，集中智能型又稱主機(jī)智能型，比較常用的有日本能美的火災(zāi)智能報(bào)警控制器。但是在大型船舶這樣一個(gè)龐大而復(fù)雜的環(huán)境中，探測(cè)器和消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備品種繁多，巡回檢測(cè)周期長(zhǎng)，而且控制系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序結(jié)構(gòu)繁雜，使得報(bào)警系統(tǒng)可靠性下降，因此大型船舶不適宜裝配集中式智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。分布式智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的各種探測(cè)器均帶有微處理器，探測(cè)器和主機(jī)控制器都采用智能算法處理火災(zāi)信息，同時(shí)考慮環(huán)境因素和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)信息進(jìn)行補(bǔ)償，并將有用的信息實(shí)時(shí)反饋給控制器和探測(cè)器，全面體現(xiàn)出監(jiān)控系統(tǒng)精準(zhǔn)、可靠的火情探測(cè)、信號(hào)處理、傳輸報(bào)警、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)控顯示及聯(lián)動(dòng)滅火等一系列功能，可有效地減少漏報(bào)率和誤報(bào)率，大大提高了系統(tǒng)的監(jiān)控精度以及反應(yīng)速度。目前比較先進(jìn)的分布式智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有美國(guó)愛德華多重復(fù)合探測(cè)器及其火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)和德國(guó)MSR型火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)[2]。國(guó)內(nèi)的技術(shù)起步晚于一些發(fā)達(dá)國(guó)家，通過采取與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)合作以及引進(jìn)消化創(chuàng)新等措施，消防技術(shù)取得了巨大的成績(jī)，首安工業(yè)消防有限公司自主研發(fā)的模擬量線型感溫探測(cè)器及線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器、可恢復(fù)/不可恢復(fù)式線型感溫探測(cè)器等產(chǎn)品已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，獲得了多項(xiàng)國(guó)際發(fā)明專利和國(guó)際認(rèn)證[3]。

2.2 船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

從目前的新產(chǎn)品研發(fā)和研究熱點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)， 船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢(shì)是一直在朝著節(jié)點(diǎn)自主化、探測(cè)復(fù)合化、布局網(wǎng)絡(luò)化及系統(tǒng)微型化等方向發(fā)展，以達(dá)到降低誤報(bào)率、增加系統(tǒng)可靠性、提高檢測(cè)靈敏度和擴(kuò)大探測(cè)范圍的目的。經(jīng)歸納和分析，現(xiàn)階段火災(zāi)探測(cè)及監(jiān)控技術(shù)的研究方向主要為以下幾個(gè)方面。

（1）節(jié)點(diǎn)自主化。節(jié)點(diǎn)自主化是使系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊能夠自主模仿人的思維和行為，系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能單元。各個(gè)節(jié)點(diǎn)均能根據(jù)各自獲取到的信息，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等技術(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，自主決定未來的動(dòng)作，減少了主控機(jī)的工作負(fù)荷。這樣， 即使是龐大的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所有的設(shè)備均能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)做出快速的反應(yīng)，最大程度地減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，大大提高了系統(tǒng)的精準(zhǔn)性及響應(yīng)速度。

（2）布局網(wǎng)絡(luò)化。布局網(wǎng)絡(luò)化是對(duì)火災(zāi)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行單元化劃分，每個(gè)控制單元均有自己的智能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)與智能消防聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)，而且每個(gè)單元內(nèi)部的控制器和節(jié)點(diǎn)也能夠自成系統(tǒng)單元。通過物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，使這些小的單元連接成一個(gè)龐大的系統(tǒng)，各個(gè)控制單元均可獨(dú)立運(yùn)行，但彼此之間又能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、資源和信息共享，以達(dá)到相互顯示和控制的效果。

（3）探測(cè)復(fù)合化?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)伴有大量的熱氣體、煙霧、火光、聲音等特征量的產(chǎn)生，這些物理特征對(duì)多參量的復(fù)合探測(cè)提供了可能。采用先進(jìn)的化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)，結(jié)合具體場(chǎng)合的需求，利用新的材料就可以將部分功能整合至一個(gè)探測(cè)器，以提高探測(cè)器的靈敏度和準(zhǔn)確度，這樣在火災(zāi)探測(cè)場(chǎng)所中尚未形成火災(zāi)生成物時(shí)，超早期探測(cè)得到火情信號(hào)[4]，有利于火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)特殊場(chǎng)所的準(zhǔn)確報(bào)警。

（4）系統(tǒng)微型化。通過超薄、模塊集成化等一系列技術(shù)減少系統(tǒng)硬件的體積，采用總線制、少線制或無線的傳輸方式，減少網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場(chǎng)總線的使用，將部分具備特定功能的模塊制成功能卡的形式，可以方便系統(tǒng)的升級(jí)、安裝和維護(hù)。

3 結(jié)語

“以防為主，以消為輔，消防結(jié)合?！?同樣是船舶消防工作貫徹的理念，船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)肩負(fù)著探測(cè)火災(zāi)隱患、保障人們生命和財(cái)產(chǎn)安全的重任，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性在整個(gè)安全防范過程中是至關(guān)重要的因素。先進(jìn)、可靠的船舶火災(zāi)智能監(jiān)控系統(tǒng)使火災(zāi)探測(cè)更加靈敏、控制更加簡(jiǎn)便，對(duì)船舶安全具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳國(guó)良.船舶火災(zāi)特點(diǎn)及處置對(duì)策分析[J].水上消防，2015（2）：32-37

[2] 蔡晶.船舶火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制策略的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013.

[3] 袁楊，張顯庫(kù).船舶火災(zāi)監(jiān)控新方法研究[J].中國(guó)航海，2010.33（4）；43-47

[4] 許多明.火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)[J].價(jià)值工程，2015（22）：219-220.