建筑電氣安全與防火設計關鍵技術研究

【摘要】文章對建筑電氣系統(tǒng)中的安全與防火設計問題進行了研究，從理論分析到實際應用，全面探討了電氣設備安裝、線路敷設、火災預防及應急處理等方面的關鍵技術。闡述了當前電氣安全管理中的漏洞，如電氣設施老化、缺乏定期檢查、應急響應機制不健全等問題。研究提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合現(xiàn)有的國家標準和行業(yè)規(guī)范，制定了具體的實施策略。進行了智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用實踐，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠顯著減少電氣故障，降低應急響應時間，并且有助于節(jié)能減排。此外，通過具體項目分析，驗證了此方法的有效性及可行性，為建筑電氣安全設計提供了新的思路和技術支持。

【關鍵詞】智能監(jiān)控；電氣安全；防火設計；物聯(lián)網(wǎng)技術

【中圖分類號】TU976 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0098-03

0 引言

隨著智能建筑的興起，電氣系統(tǒng)作為現(xiàn)代建筑不可或缺的一部分，其復雜性也在不斷增加，隨之而來的是電氣安全問題的日益突出，尤其是電氣火災事故頻發(fā)，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了巨大威脅。例如，2019年某購物中心因空調(diào)系統(tǒng)線路老化引發(fā)火災，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。這類事件不僅在國內(nèi)產(chǎn)生影響，在國際上同樣引起了廣泛關注，反映了電氣設施老化、缺乏定期檢查、應急響應機制不健全等普遍存在的問題。隨著智能電網(wǎng)、分布式能源等新技術的應用，電氣系統(tǒng)的復雜性進一步增加，安全管理難度加大，老舊建筑在改造時往往電氣容量擴展不足，公眾電氣安全意識薄弱、監(jiān)管力度不夠等問題亟待解決。因此，如何確保建筑電氣系統(tǒng)的安全性成為關鍵課題。在此背景下，本研究探索了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合現(xiàn)有國家標準和行業(yè)規(guī)范，提出了具體的實施策略，旨在提升建筑電氣系統(tǒng)的安全性及防火能力[1]。

1 關鍵技術研究

1.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊的設計

數(shù)據(jù)采集模塊是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心組件之一，負責收集來自建筑物內(nèi)各個關鍵部位的信息。為了確保數(shù)據(jù)的準確性和實時性，模塊通常由多種類型的傳感器組成，包括但不限于溫度傳感器、電流互感器、紅外傳感器等。這些傳感器被安置在配電箱、開關柜、電纜橋架等位置，以監(jiān)測電氣設備的工作狀態(tài)[2]。設計時需要考慮傳感器的兼容性、安裝便利性以及抗干擾能力，確保即使在復雜電磁環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。此外，模塊還應配備高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以便將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，便于后續(xù)處理。通過優(yōu)化傳感器布局和參數(shù)設定，可以有效提升數(shù)據(jù)采集的覆蓋范圍和頻率，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供堅實的基礎。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)旨在從海量原始數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，用于評估電氣系統(tǒng)的健康狀態(tài)。這一過程涉及數(shù)據(jù)清洗、特征提取、模式識別等步驟。首先，通過算法剔除無效或異常數(shù)據(jù)，保證后續(xù)分析結(jié)果的可靠性。然后，利用統(tǒng)計學方法計算各項指標的平均值、標準差等統(tǒng)計量，直觀反映系統(tǒng)運行情況。更重要的是，應用機器學習技術訓練模型，使其能夠識別正常與異常操作模式之間的差異，還可以利用云計算平臺的強大計算力，對長時間跨度的歷史數(shù)據(jù)進行深度學習，揭示潛在規(guī)律。最終形成的分析報告不僅包含當前狀態(tài)評估，還有對未來趨勢的預測，幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取針對性措施[3]。

1.1.3 預警機制建立

預警機制的設計目的是在電氣故障發(fā)生前發(fā)出警告，給予足夠的時間進行處理?；跀?shù)據(jù)分析結(jié)果，可以通過設置閾值的方式定義各類預警級別。例如，當電流波動超出正常范圍時，系統(tǒng)立即發(fā)出一級警報，若連續(xù)多次檢測到類似異常，則升級為二級警報，并自動發(fā)送通知至指定聯(lián)系人手機。除了即時響應外，預警機制還應具備長期趨勢分析功能，定期生成報告，提示管理者關注那些雖未達到臨界點卻呈惡化趨勢的參數(shù)。此外，考慮到不同場景下預警需求的差異性，系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實際工況靈活調(diào)整閾值參數(shù)。

1.2 電氣設備與線路的安全評估

電氣設備與線路的安全評估是一項系統(tǒng)性工作，旨在評估現(xiàn)有設施是否滿足最新的安全標準。評估流程通常包括現(xiàn)場勘查、資料審查、測試檢驗3個階段?，F(xiàn)場勘查主要檢查設備安裝位置、周圍環(huán)境等因素是否符合要求，資料審查則側(cè)重于審核設備資質(zhì)證明、維修記錄等文檔，測試檢驗則是通過專業(yè)儀器對設備性能進行全面檢測。評估過程中會重點關注以下關鍵點：①設備老化程度，特別是那些接近或超過使用壽命年限的部件；②安裝工藝質(zhì)量，確保接頭緊密無松動、絕緣層完好無破損；③保護裝置有效性，確認斷路器、漏電保護器等功能正常。對于不符合標準的部分，應制定整改計劃，明確責任主體及完成時限。定期開展安全評估有助于及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患，延長設備使用壽命，保障建筑電氣系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，見表1。

2 實施方案與應用實踐

2.1 實施步驟與技術路線

實施方案的制定應遵循科學合理的原則，確保每一步都能夠有序進行。首先，需要組建跨學科團隊，成員包括電氣工程師、軟件開發(fā)人員、安全專家等，以確保方案的全面性和可行性。隨后，依據(jù)前期研究結(jié)果確定項目目標和技術指標，明確智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，如實時監(jiān)測、自動報警、遠程控制等。設計系統(tǒng)的總體架構(gòu)包括硬件選型、軟件開發(fā)框架等。在系統(tǒng)集成階段將各子系統(tǒng)連接起來，并通過測試驗證其協(xié)同工作的穩(wěn)定性。然后是現(xiàn)場安裝調(diào)試，技術人員須按照圖紙布置傳感器節(jié)點，配置服務器參數(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸流暢無誤。最后，進行為期1個月的功能試運行，觀察系統(tǒng)表現(xiàn)，收集用戶反饋，據(jù)此調(diào)整優(yōu)化運行方案。在整個實施過程中，應注重文檔記錄，保存所有設計文檔、測試報告等資料，便于后期維護和升級。

2.2 應用項目分析

某大型購物中心的建筑面積達10萬 m2，涵蓋餐飲、娛樂、購物等多種業(yè)態(tài)。由于原有電氣系統(tǒng)存在線路老化和負荷過載等問題，頻繁發(fā)生短路故障，嚴重影響了商場的正常運營。為此，管理層決定引入基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)進行全面改造，以提升電氣安全性和應急響應效率。

2.2.1 關鍵位置的選擇與監(jiān)測點布局

在確定關鍵位置時，項目團隊采取了科學嚴謹?shù)姆椒?。①高風險區(qū)域：重點考慮故障頻發(fā)或潛在風險較高的地方，如配電室、服務器機房、廚房等用電密集區(qū)；②人流密集區(qū)：在扶梯周圍、走廊盡頭、休息區(qū)等人流較大的公共空間設置監(jiān)測點，確保人員安全；③特殊功能區(qū)：針對冷藏冷凍庫、水族館、影院等具有特殊電氣需求或環(huán)境條件的地方進行專項監(jiān)測；④電纜集中鋪設處：對電纜橋架、管道井等電纜集中的地方加強監(jiān)測，因為這里是電氣線路最密集之處，一旦出現(xiàn)問題影響范圍甚廣。

2.2.2 全方位檢測網(wǎng)絡的設計與實施

構(gòu)建的全方位檢測網(wǎng)絡包括以下幾個層次：①多層覆蓋：不局限于地面層，還包括地下停車場、屋頂設施等不同樓層，同時也要覆蓋室外區(qū)域，如廣告牌、照明燈柱等；②多樣化傳感器：除了溫濕度傳感器和煙霧探測器之外，還增加了氣體泄漏檢測儀（用于燃氣報警）、振動傳感器（用于機械故障預警）等，實現(xiàn)對多種安全隱患的監(jiān)測；③冗余設計：每個重要監(jiān)測點都設有至少2個獨立的數(shù)據(jù)采集通道，防止單一通道失效導致數(shù)據(jù)丟失；④動態(tài)調(diào)整：根據(jù)實際運行情況及數(shù)據(jù)分析結(jié)果，適時調(diào)整傳感器布局，優(yōu)化監(jiān)測效果。

2.2.3 系統(tǒng)集成與云端管理

所有傳感器收集的數(shù)據(jù)通過無線通信技術傳輸?shù)皆贫朔掌?，由服務器集中管理和處理。一旦檢測到異常情況，系統(tǒng)會立即向管理人員推送警報信息，并提供詳細的故障定位和建議解決方案。這大幅縮短了應急響應時間，從之前的10 min以上減少到了2 min以內(nèi)。

2.2.4 改造成果

經(jīng)過3個月的改造與調(diào)試，智能監(jiān)控系統(tǒng)正式投入使用。數(shù)據(jù)顯示，改造后故障率顯著下降了80%，能耗降低了15%，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目標。此外，系統(tǒng)的引入減少了因電氣故障造成的停業(yè)損失，提高了設施利用率，每年可節(jié)省維修費用約20萬元，降低保險成本約5萬元，節(jié)約電費支出近10萬元。綜上所述，合理的電氣安全設計不僅能提高建筑物的安全性，還能帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。該項目展示了科技在提升建筑電氣安全方面的重要作用，為其他類似項目的實施提供了寶貴的經(jīng)驗和參考。

2.3 經(jīng)濟效益與社會效益評估

在經(jīng)濟效益方面，智能監(jiān)控系統(tǒng)的引入顯著減少了電氣故障導致的停業(yè)損失，提高了設施利用率。據(jù)統(tǒng)計，每年可節(jié)省維修費用約20萬元，降低保險成本約5萬元。同時，由于實現(xiàn)了精細化管理，能源消耗得到有效控制，每年節(jié)約電費支出近10萬元。在社會效益方面，該系統(tǒng)的應用增強了公眾安全感，提升了商場品牌形象，吸引更多顧客光顧[4]。

3 技術方案特點分析

3.1 技術方案的優(yōu)勢與局限性

本研究所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)在建筑電氣安全與防火設計方面展現(xiàn)了明顯優(yōu)勢。系統(tǒng)集成了先進的傳感技術和數(shù)據(jù)處理算法，能夠?qū)崟r監(jiān)測電氣設備的運行狀態(tài)，并通過數(shù)據(jù)分析預測潛在故障。這種前瞻性維護策略有效降低了電氣事故的發(fā)生概率，保障了建筑內(nèi)人員的生命財產(chǎn)安全。此外，智能系統(tǒng)還具有遠程控制功能，允許管理人員隨時隨地監(jiān)控建筑電氣系統(tǒng)，提高了管理效率和響應速度。然而，該技術方案也存在一定的局限性。首先，系統(tǒng)的部署成本相對較高，尤其是在大型建筑群中實施時，需要較大的初期投資。其次，對于一些偏遠或網(wǎng)絡覆蓋不佳的地區(qū)，系統(tǒng)的連通性和數(shù)據(jù)傳輸可能會受到影響。此外，系統(tǒng)的有效運行依賴于用戶對新技術的接受程度和技術培訓，否則可能難以充分發(fā)揮其效能。最后，隨著技術迭代加快，現(xiàn)有系統(tǒng)需要定期更新升級以適應新出現(xiàn)的電氣設備和技術標準，這將對維護團隊的專業(yè)能力和資源調(diào)配提出更高要求。

3.2 持續(xù)改進與創(chuàng)新方向

為了克服現(xiàn)有技術方案的局限性，并適應未來發(fā)展趨勢，持續(xù)改進與創(chuàng)新是必不可少的。在硬件層面，應積極探索成本更低廉且性能更優(yōu)越的傳感設備，以降低系統(tǒng)整體造價。同時，加強無線通信技術研發(fā)，提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和覆蓋面。在軟件層面，則需不斷優(yōu)化算法模型，提高數(shù)據(jù)處理速度和準確度。此外，應強化用戶界面設計，使其更加人性化，便于非專業(yè)人士操作。在人才培養(yǎng)方面，建議設立專門課程，培養(yǎng)既懂電氣又擅長信息技術的復合型人才，為行業(yè)發(fā)展輸送新鮮血液。針對新技術的快速迭代，建議建立開放共享的平臺，鼓勵產(chǎn)學研合作，加快科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的速度[5]?？傊ㄟ^多方努力，有望在未來打造出更加智能高效、經(jīng)濟實用的建筑電氣安全解決方案。

4 結(jié)語

文中通過對具體項目的分析，展示了該技術方案的應用效果及其在實際操作中面臨的挑戰(zhàn)。未來，隨著科技的進步和社會的發(fā)展，建筑電氣安全領域的研究將更加深入，技術手段也將更加先進，這將為保障人們的生命財產(chǎn)安全作出更大貢獻。同時，也應當認識到持續(xù)的科研投入和技術更新對于促進該領域長遠發(fā)展的重要性。

參考文獻

[1] 張國慶.大型商業(yè)步行街的人員安全疏散案例研究[J].消防科學與技術，2022，41（1）：53-57.

[2] 高桂根.建筑電氣關于電氣防火設計探討[J].門窗，2023（12）：91-93.

[3] 張豪軍，何花.高層建筑中電氣消防技術運用研究[J].現(xiàn)代工程科技，2024，3（4）：77-80.

[4] 李亭.建筑電氣設計中的電氣安全與防火策略研究[J].數(shù)碼精品世界，2023（6）：55.

[5] 劉志敏.高層建筑電氣防火設計及優(yōu)化研究[J].消防界，2023，9（20）：80-82.

[作者簡介]李國濤（1988—），男，北京人，本科，高級工程師，研究方向：建筑電氣。