建筑機(jī)電工程中的消防系統(tǒng)控制技術(shù)探討

摘要：建筑機(jī)電工程中，傳統(tǒng)消防系統(tǒng)的控制方式在響應(yīng)速度、精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性方面存在不足，難以滿足現(xiàn)代智能建筑對高效消防控制的需求。為此，針對火災(zāi)探測、報警聯(lián)動、滅火控制及排煙系統(tǒng)等重要環(huán)節(jié)，提出基于智能傳感、自動化控制和信息集成的技術(shù)解決方案，并采取模型仿真和實際測試驗證優(yōu)化方案的可行性和有效性，旨在為智能化消防系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：建筑機(jī)電工程；消防系統(tǒng)；智能傳感；自動化控制；信息集成

中圖分類號：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0049-03

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的消防控制技術(shù)在系統(tǒng)運行效率、實時響應(yīng)能力及可靠性等方面難以滿足當(dāng)前智能化建筑的需求，尤其是在突發(fā)火災(zāi)事件中，精準(zhǔn)、快速的響應(yīng)對控制火災(zāi)蔓延和減少損失具有重要意義。本研究立足于實際工程需求，從技術(shù)優(yōu)化的角度出發(fā)，深入探討消防系統(tǒng)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的改進(jìn)策略，旨在為智能化消防系統(tǒng)的設(shè)計與實施提供技術(shù)支撐，推動建筑機(jī)電工程中消防系統(tǒng)的現(xiàn)代化與智能化進(jìn)程。

1 消防系統(tǒng)控制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1.1" 火災(zāi)探測與智能傳感技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)有技術(shù)中，火災(zāi)探測通?；跓熿F、溫度、火焰和氣體等參數(shù)的變化，通過部署智能傳感器對物理和化學(xué)信號進(jìn)行感知和量化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對火災(zāi)的早期預(yù)警。煙霧探測器主要利用光學(xué)散射或離子化技術(shù)捕捉空氣中懸浮顆粒的濃度變化，溫度探測器則通過熱敏電阻或熱電偶等元件實現(xiàn)環(huán)境溫度的實時監(jiān)測。針對火焰的特性，可采用紫外傳感器或紅外探測器進(jìn)行識別，以增強(qiáng)對燃燒過程的感知能力。

在實際工程應(yīng)用中，智能傳感器通常結(jié)合多種探測技術(shù)構(gòu)建多參數(shù)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，并通過信息融合技術(shù)分析各類傳感器的實時數(shù)據(jù)，來準(zhǔn)確判斷火災(zāi)發(fā)生的時間和位置。在高層建筑中，火災(zāi)探測系統(tǒng)的布局應(yīng)遵循分區(qū)管理和冗余備份的原則，每個區(qū)域至少布置兩種不同類型的傳感器，以保證在某些傳感器故障的情況下仍能實現(xiàn)有效監(jiān)測。在工業(yè)場景中，針對易燃?xì)怏w泄漏的火災(zāi)探測技術(shù)還需與氣體傳感技術(shù)結(jié)合，采用傳感器陣列布局以覆蓋可能的泄漏路徑，并通過數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊將探測結(jié)果實時上傳至控制中心。基于智能傳感的火災(zāi)探測系統(tǒng)可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化探測性能，并訓(xùn)練大量樣本數(shù)據(jù)，建立火災(zāi)信號與環(huán)境噪聲的判別模型，減少誤報率。假設(shè)探測信號強(qiáng)度為S（t），單位為dB；背景噪聲為N（t），單位為dB；火災(zāi)信號的有效判別條件為：

模型采取對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時計算來判斷火災(zāi)信號的有效性以實現(xiàn)精準(zhǔn)識別[1]。

1.2" 報警聯(lián)動與信息集成控制技術(shù)

報警聯(lián)動系統(tǒng)核心在于信息傳輸?shù)目煽啃耘c聯(lián)動控制的即時性，現(xiàn)代報警聯(lián)動系統(tǒng)通常以分布式架構(gòu)為基礎(chǔ)，利用局域網(wǎng)、無線通信或物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的無縫連接。信息集成控制技術(shù)以消防主機(jī)為中心，采取協(xié)議轉(zhuǎn)換器與火災(zāi)探測器、報警裝置、滅火系統(tǒng)及排煙設(shè)備等實現(xiàn)互聯(lián)互通。在發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)能夠?qū)μ綔y數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化分析與處理，啟動聯(lián)動設(shè)備并向消防控制室和相關(guān)部門發(fā)送警報信號。報警聯(lián)動系統(tǒng)的信息傳輸采用總線協(xié)議或以太網(wǎng)協(xié)議，支持高效的數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程設(shè)備控制，能夠快速傳遞火災(zāi)信號并觸發(fā)預(yù)定的聯(lián)動響應(yīng)?；馂?zāi)確認(rèn)后，聯(lián)動系統(tǒng)可以立即啟動疏散廣播、切斷相關(guān)區(qū)域的電源、開啟滅火裝置，并通過樓宇自控系統(tǒng)向相鄰樓層的排煙系統(tǒng)發(fā)送信號，防止煙氣擴(kuò)散[2]。信息集成控制技術(shù)廣泛采用冗余設(shè)計，在任意單點故障的情況下，系統(tǒng)仍能夠正常運行。

大型商用建筑中，報警聯(lián)動系統(tǒng)還可結(jié)合視頻監(jiān)控技術(shù)，采取火災(zāi)探測和視頻分析的雙重確認(rèn)機(jī)制，增強(qiáng)系統(tǒng)的誤報過濾能力。假設(shè)火災(zāi)報警響應(yīng)時間為Tr，報警信號傳輸時間為Tt，聯(lián)動設(shè)備啟動時間為Ts，單位為s，系統(tǒng)總響應(yīng)時間為：

優(yōu)化方案應(yīng)以縮短Tt和Ts為目標(biāo)，采取優(yōu)化通信協(xié)議和設(shè)備驅(qū)動算法實現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時間的最小化。

1.3" 滅火與排煙系統(tǒng)的自動化控制技術(shù)

滅火系統(tǒng)多數(shù)以自動噴水滅火系統(tǒng)為主，自動噴水滅火系統(tǒng)一般根據(jù)火災(zāi)信號精準(zhǔn)定位起火點，并釋放滅火劑，使用壓力傳感器和流量計監(jiān)控管網(wǎng)的工作狀態(tài)，確保滅火劑的正常供應(yīng)。滅火劑的材料可以選擇水、泡沫、干粉等，具體什么物質(zhì)應(yīng)根據(jù)建筑用途和火災(zāi)風(fēng)險類型確定。噴淋頭的布局需根據(jù)火災(zāi)危險等級、覆蓋范圍及噴水強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，保證滅火系統(tǒng)覆蓋全面且操作高效。在隧道或地下空間中，排煙系統(tǒng)一般使用風(fēng)機(jī)、導(dǎo)流板及排煙口等設(shè)備，其功能為實時監(jiān)控?zé)煔鉂舛扰c溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測煙氣濃度與溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整排煙速度與方向，以實現(xiàn)精準(zhǔn)的排煙效果。排煙風(fēng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速控制的優(yōu)化可以使用基于風(fēng)量傳感器和風(fēng)速模型進(jìn)行，假設(shè)排煙風(fēng)量為Q，單位為m3/s，系統(tǒng)滿足以下方程：

通過調(diào)節(jié)v來實現(xiàn)對Q的動態(tài)控制，以保證煙氣在限定時間內(nèi)完全排出。此外，滅火與排煙系統(tǒng)需結(jié)合可編程邏輯控制器（PLC）控制技術(shù)，采取預(yù)設(shè)程序?qū)Ω髟O(shè)備進(jìn)行自動化控制，避免人為操作延誤[3]。

2 優(yōu)化控制策略的技術(shù)方案與驗證

2.1" 智能化控制技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計

智能化控制技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計以優(yōu)化消防系統(tǒng)運行效率和提高響應(yīng)精準(zhǔn)性為目標(biāo)，通過集成多類型傳感器、自動控制裝置及信息處理模塊，實現(xiàn)火災(zāi)探測、報警聯(lián)動、滅火與排煙設(shè)備的協(xié)同控制。系統(tǒng)架構(gòu)由感知層、傳輸層和控制層組成。感知層采取多模態(tài)傳感器采集煙霧濃度、溫度分布、氣體成分及火焰特征等物理量；傳輸層利用光纖通信、無線傳輸及邊緣計算技術(shù)實現(xiàn)高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳遞；控制層采取PLC、DCS及智能算法模塊對火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和聯(lián)動指令的輸出。建筑工程的應(yīng)用中，高層建筑應(yīng)按樓層進(jìn)行分區(qū)管理，每個樓層設(shè)置獨立的火災(zāi)探測與控制單元，單元間由主控平臺統(tǒng)一調(diào)度，以確保系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行。傳輸層采用冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用雙通道傳輸方式提高信號傳遞的可靠性。

在系統(tǒng)實現(xiàn)階段，需采取部署現(xiàn)場設(shè)備及建立虛擬仿真環(huán)境對方案進(jìn)行全面測試。在一個1200m2的商業(yè)綜合體中，部署了基于智能化控制技術(shù)的消防系統(tǒng)，共設(shè)置100個智能傳感器節(jié)點，使用光纖環(huán)網(wǎng)連接主控平臺與設(shè)備控制模塊。測試結(jié)果表明，火災(zāi)信號的平均探測延遲為0.85s，報警聯(lián)動延遲為1.2s，排煙及滅火系統(tǒng)的響應(yīng)延遲為3.8s，系統(tǒng)的總體響應(yīng)時間滿足消防設(shè)計規(guī)范要求，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。

2.2" 模型仿真與實驗驗證

模型仿真是優(yōu)化控制策略實施前的關(guān)鍵步驟，通過建立物理模型和數(shù)學(xué)模型，模擬火災(zāi)發(fā)生及控制系統(tǒng)運行的動態(tài)過程，可以驗證系統(tǒng)設(shè)計的可行性并優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。實驗驗證采取搭建小規(guī)模實際系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場測試，進(jìn)一步確保方案的可靠性和適用性。

在模型仿真中，采用計算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)模擬火災(zāi)煙氣擴(kuò)散及溫度場變化。假設(shè)煙氣濃度C（x，t），單位為g/m3，滿足以下擴(kuò)散方程：

某工業(yè)廠房仿真場景中，假定火源位置為（10，20）m，釋放強(qiáng)度為S（x，t）=500g/s。實驗驗證采取構(gòu)建1：10比例的實驗?zāi)Ｐ屯瓿?，包括火?zāi)探測模塊、報警聯(lián)動模塊、滅火與排煙模塊及中央控制單元。實驗過程中，利用甲烷燃燒模擬火源，通過煙霧發(fā)生器調(diào)整火災(zāi)規(guī)模，設(shè)置煙霧濃度、溫度及火焰?zhèn)鞲衅鲗崟r采集數(shù)據(jù)，火災(zāi)信號傳遞至中央控制單元后，自動觸發(fā)聯(lián)動設(shè)備。具體實驗結(jié)果見表1。

從表中可知，優(yōu)化控制策略在關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。火災(zāi)探測延遲為0.9s，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值2.0s，保障了應(yīng)急響應(yīng)的及時性。報警聯(lián)動延遲1.1s，顯著低于標(biāo)準(zhǔn)值3.0s，體現(xiàn)系統(tǒng)在信息傳輸及聯(lián)動控制方面的高效性。排煙效率每秒減少32.5m3，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值25.0m3/s，能夠有效控制煙氣擴(kuò)散，改善疏散環(huán)境，降低煙霧傷害。

2.3" 優(yōu)化方案在實際工程中的性能評估

測試案例選取某商業(yè)綜合體，該建筑面積為3.5萬m2，共劃分為15個消防區(qū)域，每個區(qū)域均布置了火災(zāi)探測、報警聯(lián)動、自動滅火及排煙系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了智能化控制技術(shù)，并集成了信息傳輸與自動化控制模塊?；馂?zāi)探測系統(tǒng)在測試場景中部署了多種類型的智能傳感器，并通過分布式網(wǎng)絡(luò)連接至中央控制單元。在模擬火災(zāi)中，假定火源在區(qū)域C2，傳感器陣列在火災(zāi)發(fā)生后以光速傳遞信號至控制單元。報警聯(lián)動系統(tǒng)的測試通過對火災(zāi)信號處理和設(shè)備聯(lián)動響應(yīng)的時間進(jìn)行測量評估，當(dāng)報警系統(tǒng)接收信號后，自動觸發(fā)廣播設(shè)備、啟動滅火與排煙系統(tǒng)，并向控制中心發(fā)送火災(zāi)報警信號。具體數(shù)據(jù)見表2。

從表中可知，報警響應(yīng)時間測量值為1.18s，顯著小于標(biāo)準(zhǔn)值3.0s，表明系統(tǒng)能夠在火災(zāi)信號確認(rèn)后快速發(fā)出警報，保證及時傳遞火災(zāi)信息。聯(lián)動設(shè)備啟動時間為2.95s，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值5.0s，說明系統(tǒng)在接收到火災(zāi)報警信號后能夠快速啟動相關(guān)設(shè)備，包括滅火和排煙裝置，從而有效控制火勢和煙氣擴(kuò)散。設(shè)備觸發(fā)成功率達(dá)到100%，高于標(biāo)準(zhǔn)值98%，反映出系統(tǒng)在設(shè)備聯(lián)動方面具有極高的可靠性，保證所有相關(guān)設(shè)備在火災(zāi)情況下按預(yù)期正常運行。

3 結(jié)束語

建筑機(jī)電工程中的消防系統(tǒng)控制技術(shù)在建筑安全保障中發(fā)揮著重要作用，針對傳統(tǒng)消防系統(tǒng)在效率和穩(wěn)定性上的不足，研究提出了基于智能傳感、自動化控制及信息集成的優(yōu)化技術(shù)方案，并采取仿真分析與實驗驗證來確認(rèn)其在提升火災(zāi)探測精度、報警聯(lián)動速度及系統(tǒng)運行可靠性方面的顯著成效，為現(xiàn)代智能建筑的消防系統(tǒng)設(shè)計提供了可靠依據(jù)，并為建筑安全運行和突發(fā)事件應(yīng)對提供更加全面的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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