大空間移動(dòng)式智慧消防報(bào)警滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

熊忠榮

（福建省博意建筑設(shè)計(jì)有限公司，福建 廈門 361000）

建筑物火災(zāi)每年給國家和人民造成了巨大的損失，如何有效防止火災(zāi)發(fā)生，或在發(fā)生火災(zāi)后的最短時(shí)間內(nèi)將火撲滅，是急需解決的問題。而且高層、超高層建筑及大型商場(chǎng)、醫(yī)院等公共場(chǎng)所等的消防報(bào)警滅火系統(tǒng)尤為重要。目前，火災(zāi)預(yù)警及滅火方式除了人力滅火，最主要的就是應(yīng)用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。在大空間的防火分區(qū)內(nèi)，一旦出現(xiàn)火情，在著火范圍不大的情況下，應(yīng)立即用大空間移動(dòng)式智慧消防報(bào)警滅火系統(tǒng)迅速將火撲滅；因?yàn)橐坏┬纬纱竺娣e、大范圍的火情，撲救難度將成倍增加，即使火災(zāi)撲滅了，造成的損失也是巨大的。大空間移動(dòng)式智慧消防報(bào)警滅火系統(tǒng)由火警探測(cè)器與軌道式、地面式及無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人構(gòu)成。

1 滅火系統(tǒng)概述

1.1 自動(dòng)滅火系統(tǒng)和消火栓滅火系統(tǒng)的缺陷

目前，自動(dòng)滅火快速方式主要還是以自動(dòng)噴淋為主（或大面積采用水炮自動(dòng)滅火方式）；消火栓必須由專業(yè)人員手動(dòng)操作，滅火方式基本屬于被動(dòng)式。早期的大面積滅火方式是通過自動(dòng)噴淋方式，當(dāng)燃燒位置的溫度達(dá)到68℃時(shí)，自動(dòng)噴淋噴頭內(nèi)的水立即噴灑向著火處進(jìn)行滅火；而當(dāng)消控中心接受火警信號(hào)后，立即啟動(dòng)相關(guān)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)相關(guān)消防專業(yè)人員根據(jù)火災(zāi)報(bào)警情況到達(dá)火場(chǎng)，操作消火栓，啟動(dòng)消火栓泵時(shí)，已經(jīng)花費(fèi)了較長的時(shí)間，火勢(shì)很可能已經(jīng)快速蔓延，而火勢(shì)一旦擴(kuò)大就很難得到有效控制。而且很多建筑內(nèi)的噴淋及消防管道因?yàn)殚L期沒有使用，存在積臟或腐蝕現(xiàn)象，使發(fā)電機(jī)無法正常啟動(dòng)，或需要較長時(shí)間才能正常啟動(dòng)；還有水泵損壞、電纜接頭損壞、控制屏線路損壞等問題，使整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，無法及時(shí)進(jìn)行滅火。尤其在老舊建筑物中，消防滅火系統(tǒng)老化，如果任何一個(gè)環(huán)節(jié)維修不到位，都無法進(jìn)行有效滅火。

1.2 智慧消防報(bào)警滅火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

如何應(yīng)對(duì)突發(fā)火警，可以通過在同一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)建立多個(gè)獨(dú)立滅火系統(tǒng)的主動(dòng)式滅火裝置，在防火分區(qū)內(nèi)的某個(gè)地方發(fā)生火情時(shí)，這些滅火裝置立即主動(dòng)出擊，能在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行智能判斷且快速滅火。在日常生活中，這些智慧滅火設(shè)備在各防火分區(qū)中處于充電待命狀態(tài)，一旦接收火警指令，就會(huì)以秒計(jì)時(shí)，迅速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)火情進(jìn)行智能化判別，再采用合理的方式滅火，使火情在極短時(shí)間內(nèi)得到有效控制。

2 智慧型多功能綜合滅火機(jī)器人的主元件組成

智慧型多功能綜合滅火機(jī)器人可分成三類：空中軌道式、地面行走式以及無人機(jī)值守型等。在實(shí)際使用過程中，三類機(jī)器人各有千秋，這三類智慧滅火機(jī)器人均擁有獨(dú)立滅火系統(tǒng)，可自主設(shè)定自動(dòng)智慧模式，或在消防控制中心統(tǒng)一控制協(xié)調(diào)下（消防中心指令可設(shè)優(yōu)先級(jí)）協(xié)同滅火。三類機(jī)器人的外觀和內(nèi)部元件均為耐火或防火型材質(zhì)（防爆區(qū)內(nèi)機(jī)器人均由防爆元件制成），保證在有效滅火時(shí)間內(nèi)，設(shè)備均可正常工作；三類智慧滅火機(jī)器人均由3個(gè)關(guān)鍵主元件組成。

2.1 全方位旋轉(zhuǎn)追蹤主元件基本構(gòu)件

（1）紅外熱成像光電技術(shù)檢測(cè)傳感器；（2）單點(diǎn)式紅、紫外探測(cè)器或紅紫外復(fù)合探測(cè)器；（3）小水柱霧化噴頭（噴射小水柱及顆粒霧）；（4）消防泡沫噴頭（或其他滅火器材，如超細(xì)干粉、二氧化碳等）；（5）高清攝像頭（攝像頭上方同時(shí)安裝LED高光束燈光）；（6）與消防相關(guān)的各種傳感器（如溫度探測(cè)傳感器、氣體探測(cè)傳感器等）；（7）人體感應(yīng)探測(cè)器、人臉識(shí)別系統(tǒng)、抓捕繩及噴射劑。以上所有元件均為全方位旋轉(zhuǎn)追蹤器的重要構(gòu)件。

2.2 中央控制裝置與EPS、UPS電源主元件

中央控制裝置與EPS、UPS電源主元件包括中央微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，自備電源系統(tǒng)，廣播喇叭、紅藍(lán)火警燈閃爍裝置，液位傳感器（檢測(cè)自身水池水位），系統(tǒng)自巡檢故障檢測(cè)系統(tǒng)，無線信號(hào)接收、發(fā)射系統(tǒng)等等。

2.3 消防滅火器材主元件

消防滅火器材主要包括小型加壓泵（或雙加壓泵）、超小型消防水箱、泡沫消防元件、超細(xì)干粉、二氧化碳等小型、輕型滅火器材。

3 智慧型多功能綜合滅火機(jī)器人

3.1 軌道式智慧滅火機(jī)器人

在商場(chǎng)、營業(yè)廳、地下車庫等大空間場(chǎng)所的頂棚上均勻分布網(wǎng)格軌道（或平行軌道），每個(gè)防火分區(qū)的頂棚上均勻分布平行天棚軌道或磁力天棚軌道，磁力軌道天棚為鐵質(zhì)金屬板路網(wǎng)，智慧滅火機(jī)器人在工作時(shí)產(chǎn)生電磁力，吸附在金屬天棚面上（金屬天棚軌道寬度為60cm，且可結(jié)合燈具設(shè)計(jì)），可快速在金屬天棚路網(wǎng)中行走。平行軌道還可以采用魚骨式設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)處采用上下移動(dòng)式或支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后接通式。平時(shí)智慧滅火機(jī)器人行走在快速主通道中，一旦發(fā)生火警，由地址編碼定位著火點(diǎn)并控制機(jī)器人（或機(jī)器人自行智慧判斷）快速進(jìn)入滅火平行軌道中，到達(dá)著火點(diǎn)附近并進(jìn)行智能滅火。如果樓層內(nèi)有多個(gè)防火分區(qū)，各防火分區(qū)之間有快速互通的直達(dá)軌道，使各防火分區(qū)的滅火機(jī)器人能互相支援滅火。

每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)，根據(jù)工藝設(shè)置4～5個(gè)智慧型滅火機(jī)器人（機(jī)器人為智慧型，可采用軌道式、地面式或飛行式，所有數(shù)據(jù)及相關(guān)音頻視頻均與消控中心的無線或有線連接）。

（1）機(jī)器人的基本配置。①每個(gè)機(jī)器人配置超小型滅火水箱，水箱的存水量依工藝確定（初定為20～30kg），以細(xì)水柱＋顆粒霧為主，以抖動(dòng)或小范圍掃描式噴水柱霧為輔助，機(jī)器人對(duì)著火點(diǎn)采用近距離噴灑小水柱或顆粒霧。②每個(gè)機(jī)器人配置視頻監(jiān)控及音頻接收系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無死角監(jiān)控，畫面及音頻實(shí)時(shí)上傳消控中心，并接收消控中心的優(yōu)先指令信息。③每個(gè)機(jī)器人配置有熱源監(jiān)控捕捉系統(tǒng)，在接近火源時(shí)，精準(zhǔn)捕捉著火點(diǎn)，從而快速有效地滅火。④每個(gè)機(jī)器人配置有獨(dú)立的EPS電源，一旦接到火警信號(hào)后，立即啟動(dòng)EPS供電電源，滅火時(shí)間可初設(shè)定為30～100s，以此決定EPS容量及小型水箱容量（或由軌道在線供電，EPS電源輔助供電）。水箱的加壓泵為雙泵系統(tǒng)，功率為100～200W。⑤每個(gè)機(jī)器人配有多種滅火設(shè)備，如消火栓式細(xì)小水柱加顆粒霧滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、二氧化碳滅火系統(tǒng)等，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝情況配置相應(yīng)的滅火系統(tǒng)。⑥每個(gè)機(jī)器人配置有多種分析傳感器，在接近火源的過程中，各傳感器自動(dòng)進(jìn)行智能判斷，分析各種數(shù)據(jù)后，自動(dòng)判別宜采用何種滅火系統(tǒng)，或兩種（多種）滅火系統(tǒng)同時(shí)啟用。

（2）機(jī)器人的功能。①機(jī)器人能快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)滅火。一般情況防火分區(qū)最大面積約為10000m2，每個(gè)滅火機(jī)器人在網(wǎng)格行駛距離最遠(yuǎn)不超過120～150m，設(shè)計(jì)行駛速度為5m/s（18km/h），其從待命區(qū)至著火最遠(yuǎn)點(diǎn)的行駛時(shí)間約30s。②機(jī)器人能及時(shí)接收著火點(diǎn)信號(hào)。主要由煙霧火警探測(cè)器（或其他報(bào)警器），在確認(rèn)火警地址后，智慧機(jī)器人及時(shí)依據(jù)定位輔助自行判別出警位置及啟動(dòng)相關(guān)滅火系統(tǒng)程序，并結(jié)合火焰探測(cè)器、紅外探測(cè)器等傳感元件，在行駛過程中捕捉火警信號(hào)，以更準(zhǔn)確地定位，從而快速行駛至著火點(diǎn)。③機(jī)器人除了具有火災(zāi)滅火多功能，還具備有其他安全防范巡更功能，如夜間巡視防盜功能、人臉識(shí)別功能、移動(dòng)式監(jiān)控系統(tǒng)終端及緊急廣播功能等。

3.2 地面式智慧滅火機(jī)器人

地面式智慧機(jī)器人主要技術(shù)功能與軌道式基本一樣，但由于運(yùn)行軌道線路不一樣，因此在技術(shù)層面上略有差別。

（1）軌道式機(jī)器人在天棚上運(yùn)行，儲(chǔ)水體積不宜過大，水柱顆粒霧滅火時(shí)間略短一些。地面式機(jī)器人儲(chǔ)水體積較大，水霧（噴水）時(shí)間更久。

（2）地面式行駛速度更快。地面式機(jī)器人采用輪胎運(yùn)行（防火防爆輪胎），機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)（亦可采用坦克履帶式，行走更方便、可靠）。

（3）由于地面式機(jī)器人承載的負(fù)荷比較大，因此在EPS電池配置時(shí)，可配置更大功率的電池組，火警聯(lián)動(dòng)滅火工作時(shí)間更長久。

3.3 無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人

無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人的主要技術(shù)功能與軌道式、地面式一樣，但是由于其具有飛行性，因此在技術(shù)層面上略有不同。

（1）由于無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人具有飛行性，因此理論上飛行重量不宜太重。飛行機(jī)器人的EPS電源及裝載滅火裝置均按較短滅火時(shí)間考慮。在接收滅火指令后，快速飛行幾秒至十幾秒內(nèi)即可達(dá)火源上空，進(jìn)行火災(zāi)初期快速精準(zhǔn)定位滅火。若短時(shí)內(nèi)火勢(shì)未全撲滅，地面式機(jī)器人會(huì)協(xié)助進(jìn)行滅火。

（2）無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人可在防火分區(qū)上空飛行，具有巡航檢測(cè)功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)視防火分區(qū)內(nèi)火情情況，當(dāng)接收地址編碼火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)時(shí)，具有一定技術(shù)范圍內(nèi)的自主性。在無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人技術(shù)成熟的情況下，存在取消固定式火災(zāi)探測(cè)器的可能性。例如，在一防火分區(qū)內(nèi)配置兩臺(tái)或多臺(tái)飛行無人機(jī)，可直接巡航掃描防火區(qū)域是否有火警狀況，發(fā)現(xiàn)火警后快速到達(dá)著火點(diǎn)并與消控中心進(jìn)行信息互動(dòng)，并同時(shí)滅火。備用的無人機(jī)滅火報(bào)警機(jī)器人可處于待命狀態(tài)，與飛行工作的無人機(jī)互為備用。

（3）無人機(jī)智慧滅火機(jī)器人還兼?zhèn)溆斜O(jiān)控、報(bào)警（與值班室無線連接）、廣播等功能?？蛇M(jìn)一步拓展該類型機(jī)器人在外觀設(shè)計(jì)及多功能設(shè)置方面的靈活機(jī)動(dòng)性。

3.4 智慧滅火機(jī)器人的互相支援

不同防火分區(qū)的機(jī)器人，可互相支援，在某個(gè)防火分區(qū)著火狀況下，相鄰防火分區(qū)機(jī)器人立刻處于緊急待命狀態(tài)，隨時(shí)可以支援著火區(qū)的機(jī)器人。多個(gè)滅火機(jī)器人可以在消控中心的指令下（或自行判斷），前往著火點(diǎn)對(duì)著火點(diǎn)同時(shí)滅火，以提高滅火的效率。

4 獨(dú)立式火災(zāi)探測(cè)器

目前，在建筑防火分區(qū)內(nèi)，火災(zāi)探測(cè)器是固定式均勻布置的，在火警發(fā)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警，存在一定的滯后性，如何解決這一問題，文章提出如下解決方案。

（1）高靈敏復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。它是一個(gè)獨(dú)立式的火災(zāi)報(bào)警小系統(tǒng)，將高靈敏探測(cè)器及地址定位編碼與防火分區(qū)內(nèi)的區(qū)域火警系統(tǒng)中心無線連接。它由多種復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器、定位裝置、自備電源及接收發(fā)射器等元件組成，底座可以臨時(shí)安裝或固定安裝。在防火分區(qū)內(nèi)，針對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)比較高或火災(zāi)隱患比較大的場(chǎng)所，高靈敏復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)火警快速定位與報(bào)警。

（2）無人機(jī)飛行式火災(zāi)探測(cè)器。其工作原理與高靈敏復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器一樣，但它的機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，火災(zāi)報(bào)警的瞬間響應(yīng)更快。飛行式火災(zāi)探測(cè)器可編程設(shè)定巡航高度及自動(dòng)避開障礙物，如在夜間、無人的空間，可依需求，設(shè)置在2～2.5m處進(jìn)行巡檢。此外，其配置上還增加了一些元件，如人臉識(shí)別系統(tǒng)、警示燈、麥克風(fēng)與報(bào)警廣播喇叭等，可進(jìn)一步安全保衛(wèi)巡檢機(jī)器飛行器。

（3）壁掛式負(fù)壓型搖頭火災(zāi)探測(cè)器。針對(duì)一些空間比較高的區(qū)域，待煙上升至頂棚時(shí)，所需時(shí)間較長，火勢(shì)已經(jīng)發(fā)展到一定規(guī)模。如何快速探測(cè)燃燒產(chǎn)生的煙霧，設(shè)計(jì)一種壁掛式負(fù)壓型搖頭火災(zāi)探測(cè)器，主探測(cè)器固定在設(shè)備的中央處，其采用高靈敏多種復(fù)合型探測(cè)器，并配置攝像頭，主探測(cè)器周邊為葉片式風(fēng)扇，葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)壓。在室內(nèi)無風(fēng)情況下，可布置此類探測(cè)器，在探測(cè)器附近產(chǎn)生負(fù)壓小空間，若附近產(chǎn)生煙霧，由于負(fù)壓存在，煙霧快速到達(dá)火警探測(cè)器位置，探測(cè)器可在短時(shí)間內(nèi)迅速完成報(bào)警。監(jiān)控視頻可遠(yuǎn)傳監(jiān)控室或消防控制室，以便管理人員觀察現(xiàn)場(chǎng)情況。

（4）落地式可移動(dòng)火災(zāi)探測(cè)器。落地式可移動(dòng)火災(zāi)探測(cè)器安裝在支架上，在室內(nèi)根據(jù)家具靈活放置。主支架類似為照相機(jī)三角支架，頂端為高靈敏復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。探測(cè)器可依現(xiàn)場(chǎng)情況加配攝像頭、麥克風(fēng)等設(shè)備，與區(qū)域中心報(bào)警器無線連接（自備定位裝置及UPS電源）。

5 結(jié)論

（1）軌道式、地面式或無人機(jī)智慧機(jī)器人都有一個(gè)共同特點(diǎn)，均為獨(dú)立式智慧滅火系統(tǒng)設(shè)備。機(jī)器人均采用防火及耐火性能比較好的產(chǎn)品，可接近火源，在接到火警信號(hào)時(shí)，以最短時(shí)間到達(dá)著火點(diǎn)，在火勢(shì)處于萌芽狀態(tài)時(shí)把火撲滅。

（2）在高科技產(chǎn)品日新月異發(fā)展情況下，各種形式的高可靠性智慧滅火機(jī)器人的技術(shù)在不斷完善。智慧滅火機(jī)器人在高大空間建筑及人員密集公共場(chǎng)所可以發(fā)揮非常重要的作用，而且在數(shù)字城市、智慧城市的發(fā)展建設(shè)中，設(shè)置智慧型多功能綜合報(bào)警滅火系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警、快速滅火，防止火災(zāi)蔓延，更有效地保障人員及財(cái)產(chǎn)安全。