激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的設(shè)計(jì)與研究

孫楠

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種可通過(guò)激光導(dǎo)向引導(dǎo)人員疏散逃生的消防應(yīng)急照明裝置，在LED應(yīng)急照明燈基礎(chǔ)上增設(shè)聲光警示裝置、激光器、衍射器、PLC和投影幕板等構(gòu)件組成，可聯(lián)動(dòng)消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用于各類建筑、場(chǎng)所。調(diào)試安裝后可提高人員疏散逃生效率，在消防安全應(yīng)急疏散領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：消防;激光導(dǎo)向;疏散指示;應(yīng)急照明

1 引言

消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中必不可少的組成部分。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各類建筑現(xiàn)代化、智能化程度逐步提高，對(duì)建筑火災(zāi)中安全、準(zhǔn)確、迅速的引導(dǎo)人員疏散也提出了更高要求。建筑火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙霧顆粒阻擋視線導(dǎo)致能見度驟減，很大程度影響逃生者辨識(shí)疏散方向。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)急照明燈具、疏散指示標(biāo)志大多采用LED光源。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙霧狀態(tài)下，應(yīng)急照明和疏散指示燈具的普通照明光穿透效果較弱，無(wú)法達(dá)到預(yù)設(shè)照度，會(huì)導(dǎo)致人員疏散受限。提出一種通過(guò)激光導(dǎo)向引導(dǎo)人員疏散逃生的消防應(yīng)急照明裝置。該裝置在現(xiàn)有消防應(yīng)急照明燈具的基礎(chǔ)上，使用聚焦激光形成穿透性強(qiáng)、可見度高的線性光束引導(dǎo)疏散方向，同時(shí)通過(guò)激光衍射技術(shù)投射辨識(shí)度高的疏散指示圖像，提升逃生人員疏散效率。

2 激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的方案設(shè)計(jì)

該裝置由LED應(yīng)急照明燈、聲光警示裝置、532nm激光器、衍射器、PLC和投影幕板等部件組成。以裝置安裝在疏散走道盡端投射引導(dǎo)至通道拐點(diǎn)，安裝高度距地面2.5米為例，工作示意圖如圖1所示。

裝置運(yùn)行時(shí)，由激光導(dǎo)向器主燈聚焦為朝疏散方向投射的可見光束引導(dǎo)人員疏散，主燈激光亦可由PLC控制通過(guò)衍射鏡片在投影幕板上衍射為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)疏散指示光標(biāo)。LED應(yīng)急照明燈朝疏散目標(biāo)方向照射，為人員疏散提供照明同時(shí)指示疏散方向。通過(guò)聲光警示裝置報(bào)警并發(fā)出語(yǔ)音提示，引導(dǎo)逃生人員沿所述應(yīng)急照明燈的照射方向和激光影像系統(tǒng)的投射方向疏散。

另外，針對(duì)疏散走道兩側(cè)存在布房或預(yù)設(shè)有激光投影區(qū)的場(chǎng)所可在該裝置基礎(chǔ)上增設(shè)激光導(dǎo)向器子燈。子燈由PLC發(fā)出指令，在兩側(cè)墻面或預(yù)定區(qū)域投射靜態(tài)或朝疏散方向移動(dòng)的疏散指示光標(biāo)，引導(dǎo)人員疏散逃生。工作示意圖如圖2所示。也可分別在不同方位安裝多個(gè)激光導(dǎo)向器子燈，由PLC控制子燈組按照一定時(shí)間序列工作，形成連續(xù)動(dòng)態(tài)的疏散指示光標(biāo)。

3 激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的工作方式

激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置運(yùn)行狀態(tài)分為四種，分別為非運(yùn)作模式、普通模式、測(cè)試模式和應(yīng)急運(yùn)作模式。非運(yùn)作模式運(yùn)行時(shí)，聲光警示裝置、激光器及應(yīng)急照明光源保持關(guān)閉狀態(tài);普通模式運(yùn)行時(shí)，激光燈主燈和子燈可投射顯示靜態(tài)疏散指示光標(biāo)，應(yīng)急照明燈處于伺服狀態(tài)用以輔助正常照明;測(cè)試模式運(yùn)行時(shí)，PLC系統(tǒng)啟動(dòng)指令設(shè)置功能和自檢診斷，應(yīng)急照明燈、激光燈、聲光警示裝置以及影像系統(tǒng)啟動(dòng)測(cè)試運(yùn)行;應(yīng)急運(yùn)作模式運(yùn)行時(shí)，由PLC預(yù)設(shè)模塊驅(qū)動(dòng)控制激光燈主燈和子燈，其中主燈朝疏散方向聚焦投射可見光束或在投影幕板上衍射為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)疏散指示光標(biāo)，單個(gè)或多個(gè)激光導(dǎo)向器子燈朝疏散目標(biāo)方向衍射靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)疏散指示光標(biāo)，同時(shí)應(yīng)急照明燈及聲光警示裝置相應(yīng)運(yùn)行。

激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置由應(yīng)急照明集中電源或應(yīng)急電源配電箱提供電源。非火災(zāi)狀態(tài)下，裝置保持主電源供電并處于非運(yùn)作模式或普通模式?；馂?zāi)確認(rèn)后，可手動(dòng)控制該裝置啟動(dòng)應(yīng)急運(yùn)作模式。設(shè)置有消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的場(chǎng)所，該裝置可與消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)動(dòng)，在接收到消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警輸出信號(hào)后轉(zhuǎn)入應(yīng)急電源供電，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急運(yùn)作模式。安裝調(diào)試以及日常檢測(cè)維護(hù)時(shí)可將裝置設(shè)置為測(cè)試模式。

4 激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的使用場(chǎng)合

（1）適用于各類公共建筑和人員密集場(chǎng)所。在實(shí)際工作中，激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)結(jié)合使用，使它們形成復(fù)合式的導(dǎo)向標(biāo)志。同時(shí)，與建筑物中的消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)連接，聯(lián)動(dòng)使用效果更好。該裝置適用于各類建筑物、公共場(chǎng)所、地鐵、隧道、對(duì)激光鐳射線無(wú)防范要求的廠房、倉(cāng)庫(kù)。

（2）適用于高大空間建筑。目前，激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置可選用的激光器主燈波長(zhǎng)中，以532nm綠色激光在同等功率下射程最遠(yuǎn)、可視效果最為明顯。當(dāng)室內(nèi)光照亮度較低時(shí)，由于火災(zāi)煙氣的丁達(dá)爾效應(yīng)和大氣分子的瑞利散射作用，5mW（ClassIIIA）輸出功率的綠色激光即可在數(shù)百米距離形成可見光柱。會(huì)展中心、體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、車站等高大空間建筑空間視野較為開闊，且煙羽流形成煙層界面后，相對(duì)于受限空間對(duì)逃生人員視野阻隔較小，該裝置的可視激光光束導(dǎo)向效果更為顯著。

（3）適用于使用燈光裝飾效果的場(chǎng)所。激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的衍射激光具有一定的美觀性，可運(yùn)用于舞臺(tái)的燈光效果和普通裝飾。該裝置平時(shí)可作為歌舞娛樂(lè)場(chǎng)所舞美燈具和家庭裝飾燈具使用，發(fā)生火災(zāi)時(shí)起到應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志的作用。

5 激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置的注意事項(xiàng)

（1）避免聚焦激光直射眼部。由于激光可視效果的需要，當(dāng)該裝置采用ClassIII以上輸出功率的激光器時(shí)，光束直射眼部將會(huì)造成視力下降、暫時(shí)性失明等眼部損傷，反而不利于人員疏散逃生。因此，應(yīng)當(dāng)在高功率激光鏡頭前端增設(shè)遮光罩。該裝置安裝位置以及激光照射徑向應(yīng)避免直接照射逃生人員眼部。在滿足裝置使用功能的情況下，盡量選用低輸出功率的激光器。

（2）避免人員疏散時(shí)遮擋激光導(dǎo)向光標(biāo)。激光導(dǎo)向衍射的圖像需投射在相對(duì)平整的界面上以方便人員識(shí)別。應(yīng)急狀態(tài)下，大量人員經(jīng)疏散通道逃生，激光導(dǎo)向器安裝位置較低時(shí)疏散指示光標(biāo)易被流動(dòng)人群遮擋，不利于逃生人員識(shí)別。該裝置安裝高度應(yīng)適當(dāng)高于逃生人員身高，或者預(yù)設(shè)專用的激光投射區(qū)域用于疏散指示光標(biāo)指引疏散方向。

（3）光學(xué)元器件應(yīng)適當(dāng)考慮散熱條件。激光導(dǎo)向器選用體積小能量消耗小的半導(dǎo)體激光管有利于火災(zāi)發(fā)生時(shí)高溫高壓環(huán)境使用。然而，激光器長(zhǎng)時(shí)間使用同樣會(huì)產(chǎn)生大量熱量聚集，若不及時(shí)進(jìn)行冷卻，則會(huì)影響到激光器發(fā)射激光的效果和其使用壽命?？蛇m當(dāng)考慮半導(dǎo)體制冷、風(fēng)冷等小型制冷設(shè)備滿足激光器散熱需求。最后，裝置外殼材料必須要求足夠的抗熱抗壓性能，可以選用高彈性碳纖維和鎂鋁合金材料組合設(shè)計(jì)作為外殼。

6 結(jié)語(yǔ)

激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置進(jìn)過(guò)調(diào)試，可與現(xiàn)有的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)協(xié)同工作。當(dāng)室內(nèi)空間照明亮度越低時(shí)，激光目視的可見度越高，可有效彌補(bǔ)LED燈照度不足時(shí)對(duì)人員疏散造成的影響。激光導(dǎo)向器可在地面、墻面、空中形成醒目的光標(biāo)輔助人員疏散逃生，提升逃生人員的疏散效率和火災(zāi)事故中人員的生存幾率。裝置聯(lián)動(dòng)消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用方式，也可提高建筑物消防安全系統(tǒng)的智能化、現(xiàn)代化水平。

目前，5G通信技術(shù)和3D全息衍射技術(shù)逐步成熟，為激光導(dǎo)向型消防應(yīng)急照明裝置帶來(lái)更多的改進(jìn)空間，使其可以在應(yīng)急安全疏散領(lǐng)域發(fā)揮更大潛能。因此，該裝置具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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