智慧消防技術在現(xiàn)代建筑火災預防中的應用研究

引言

火災一直是威脅建筑安全的重要因素，特別是高層建筑、大型商業(yè)綜合體、地下建筑等，火災發(fā)生后往往造成重大人員傷亡和經濟損失。傳統(tǒng)消防主要依賴人員巡查、報警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等，存在反應滯后、人工依賴度高、數(shù)據分散等問題。近年來，隨著物聯(lián)網、人工智能等技術的發(fā)展，智慧消防技術逐漸興起，為火災預防提供了更加高效、精準和智能的解決方案。本文圍繞智慧消防技術在現(xiàn)代建筑火災預防中的應用展開深入分析，探討其技術體系、實際應用及未來發(fā)展方向。

一、現(xiàn)代建筑火災特點與傳統(tǒng)消防手段的局限性

（一)現(xiàn)代建筑火災的主要特點

隨著現(xiàn)代建筑向高層化、智能化、功能復合化方向發(fā)展，建筑內部結構日趨復雜，建筑材料的使用更加多樣化，使得火災發(fā)生概率和危害程度顯著提升[1]。根據應急管理部統(tǒng)計數(shù)據，在我國建筑火災中，高層建筑火災占比逐年上升，其中住宅類高層建筑火災數(shù)量占比超過40% ，火災導致的人員傷亡率顯著高于普通建筑火災。這些火災事故表明，現(xiàn)代建筑火災風險已成為影響城市安全的重要因素。

1.火災負荷大?，F(xiàn)代建筑廣泛采用高分子裝飾材料、復合材料和可燃裝修材料，如聚氨酯泡沫、聚苯乙烯板材等。這些材料燃燒熱值高，在燃燒過程中易釋放大量有毒氣體，嚴重威脅人員安全。實驗數(shù)據表明，PVC裝飾板在燃燒過程中可釋放每平方米約 1.2kg 氰化氫氣體，短時間內即可達到致命濃度。

2.煙霧蔓延迅速。高層建筑、地下建筑及超大型商業(yè)綜合體內部普遍存在豎向管井、中央空調系統(tǒng)和地下通風系統(tǒng)，在火災發(fā)生時，這些通道成為煙氣擴散的主要路徑。據建筑防火設計規(guī)范（GB50016-2014）相關規(guī)定，建筑火災煙氣流動速度通?？蛇_每秒3米一5米，在無有效阻隔設施的情況下，火災發(fā)生后5分鐘內煙霧可充滿整個樓層，極大地影響人員逃生和消防救援。

3.救援難度大。由于高層建筑火災救援高度受限，目前國內主流消防云梯車最高作業(yè)高度為 100m 左右。60% 的高層建筑超過這一高度，導致消防云梯難以到達火場，救援主要依賴建筑內部的固定消防設施，如消防電梯、室內消火栓系統(tǒng)等。超大空間建筑如會展中心、體育館、購物中心等，內部結構復雜，消防員難以迅速定位火源，增加了滅火難度。

4.火災隱蔽性強?，F(xiàn)代建筑廣泛應用智能化電氣設備和低壓供電系統(tǒng)，如中央空調控制系統(tǒng)、智能家居、電動汽車充電樁等，導致電氣火災成為建筑火災的主要成因之一[2]。據國家消防救援局統(tǒng)計，近年來電氣火災占建筑火災總數(shù)的 30% 以上，其中 70% 以上發(fā)生在電纜井、天花板夾層、機房內部等隱蔽空間。由于火源不易被發(fā)現(xiàn)，撲救不及時，火勢迅速擴大。

（二)傳統(tǒng)消防手段的局限性

傳統(tǒng)建筑消防體系主要由火災自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、應急照明與疏散指示系統(tǒng)等組成，其核心功能包括火災探測、初期滅火、人員疏散及消防救援等，如表1所示。隨著建筑火災風險的日益復雜化，傳統(tǒng)消防體系在實際應用中暴露出諸多局限性。傳統(tǒng)火災報警系統(tǒng)主要依靠感煙探測器、感溫探測器及手動報警按鈕進行火災監(jiān)測，其報警信號通常依賴現(xiàn)場的煙霧濃度或溫度達到設定閾值后觸發(fā)。

火災實驗研究表明，普通光電感煙探測器的響應時間通常在180秒—300秒之間，而火災在燃燒初期的3分鐘一5分鐘內已可能進入猛烈燃燒階段，傳統(tǒng)報警系統(tǒng)的遲滯性極大地降低了火災防控效率。目前，多數(shù)建筑的消防系統(tǒng)仍采用獨立運行模式，如火災報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)等各自獨立運行，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據整合平臺，導致火災發(fā)生時各系統(tǒng)難以協(xié)同聯(lián)動。傳統(tǒng)消防應急響應依賴人工決策和指揮調度，存在一定的主觀性和滯后性。據消防應急救援研究數(shù)據，火災發(fā)生后的3分鐘一8分鐘是人員疏散和滅火的關鍵窗口期，傳統(tǒng)消防模式往往無法在此時間內完成火情研判和救援部署。此外，傳統(tǒng)消防系統(tǒng)的應急疏散措施主要依賴固定的逃生通道和疏散標識，無法根據火災發(fā)展動態(tài)調整疏散路線，在火場環(huán)境突變的情況下，容易導致疏散通道堵塞，增加人員傷亡風險[]。

（三)智慧消防技術的構成及關鍵技術

智慧消防技術由多個核心技術組成，包括物聯(lián)網技術、云計算與大數(shù)據分析、人工智能與深度學習、智能機器人與無人機等。各項技術相互協(xié)同，共同構成完整的智慧消防體系，以實現(xiàn)精準監(jiān)測、智能預警和高效應急處置。物聯(lián)網技術是智慧消防體系的核心支撐，通過在建筑內部署多類型傳感器（包括溫度傳感器、煙霧探測器、氣體傳感器、火焰探測器、紅外熱成像儀），實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并通過無線傳輸技術（如5G、NB-IoT、LoRa等)將數(shù)據上傳至云端消防管理平臺。智慧消防系統(tǒng)可通過分布式傳感網絡感知消防設備的運行狀態(tài)、識別異常升溫、電氣火災隱患、可燃氣體泄漏等危險因素，并在火災發(fā)生初期迅速觸發(fā)預警。物聯(lián)網技術還可應用于對消防設備的遠程監(jiān)測，確保滅火器、噴淋系統(tǒng)、消火栓等關鍵消防設施處于正常工作狀態(tài)，從而提升消防管理的自動化水平[4]

云計算技術為智慧消防提供了高效的數(shù)據存儲與處理能力，而大數(shù)據分析通過歷史火災數(shù)據、傳感器實時數(shù)據、消防巡檢記錄等進行模式識別和趨勢預測，從而提高了火災防控的科學性。云計算平臺采用分布式存儲架構，能夠處理TB級別的消防數(shù)據，并通過邊緣計算（EdgeComputing)提高數(shù)據分析的實時性，有效縮短消防系統(tǒng)的響應時間。大數(shù)據分析在火災隱患預測方面發(fā)揮重要作用。通過時間序列分析（TimeSeriesAnalysis）和機器學習模型，對建筑內部環(huán)境數(shù)據進行趨勢挖掘，識別火災發(fā)生的潛在高風險區(qū)域。人工智能(AI技術在智慧消防領域的應用廣泛，包括火災圖像識別、智能預警優(yōu)化、異常行為檢測等?；谏疃葘W習（DeepLearning）的火災圖像識別模型能夠自動分析監(jiān)控視頻中的火災特征，如火焰、煙霧、溫度異常等，并結合計算機視覺（ComputerVision）技術實現(xiàn)對火災的快速檢測。AI技術可以被用于智能預警優(yōu)化，通過支持向量機（SupportVectorMachine，SVM）、神經網絡（NeuralNetwork）等算法對火災報警數(shù)據進行分析，有效減少誤報和漏報問題。

二、智慧消防技術在現(xiàn)代建筑火災預防中的應用

（一）火災隱患監(jiān)測與智能預警

火災隱患監(jiān)測與智能預警是智慧消防技術在現(xiàn)代建筑中的核心應用之一，通過多傳感器融合感知、數(shù)據挖掘分析、人工智能算法等手段，實現(xiàn)對火災風險的精準識別和提前預警[5]。傳統(tǒng)火災監(jiān)測系統(tǒng)主要依賴單一傳感器檢測溫度、煙霧或火焰，而智慧消防系統(tǒng)采用多模態(tài)數(shù)據融合技術（MultimodalDataFusionTechnology），結合溫度傳感器、氣體傳感器等多種設備，對火災隱患進行動態(tài)監(jiān)測。智能電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)（SmartElectricalFireMonito-ringSystem）可實時監(jiān)測線路電流、電壓、漏電、電弧異常等參數(shù)，并通過邊緣計算(EdgeComputing)和AI分析，識別線路過載、短路、絕緣老化等電氣火災隱患，提前觸發(fā)預警信號。數(shù)據研究表明，運用AI分析的電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)可減少 70% 以上的火災事故，與傳統(tǒng)人工巡檢相比，系統(tǒng)能夠提前3小時一5小時發(fā)現(xiàn)火災隱患。智能探測器（SmartDetectors）可利用光電式、離子式和激光散射等技術區(qū)分水蒸氣、灰塵和真實煙霧，顯著降低誤報率，提高火災探測的可靠性?；诖髷?shù)據分析（BigDataAnalyt-ics)的火災預警平臺能夠結合歷史火災數(shù)據、建筑環(huán)境特征、設備運行狀態(tài)等多維數(shù)據，構建火災風險評估模型（FireRiskAssessmentModel），預測建筑物的火災高風險區(qū)域，并提供風險預警，實現(xiàn)精準防控。

（二)智能聯(lián)動消防系統(tǒng)

智能聯(lián)動消防系統(tǒng)（IntelligentFireLinkageSystem）通過集成火災探測、自動滅火、排煙通風、正壓送風等多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)火災發(fā)生時的自動響應，提高火災初期的控制能力，最大程度地減少火災損失?，F(xiàn)代建筑的智能聯(lián)動消防系統(tǒng)通過物聯(lián)網（IoT）和人工智能（AI)控制的方式，形成統(tǒng)一調度的智能網絡。當火災探測器檢測到煙霧或溫度異常時，系統(tǒng)可自動觸發(fā)自動噴水滅火系統(tǒng)（AutomaticSprinklerSystem），并根據火災發(fā)展情況動態(tài)調整噴水流量和壓力，提高滅火效果。智能噴淋系統(tǒng)的響應時間通常在10秒以內，而傳統(tǒng)人工干預方式的平均響應時間為3分鐘一5分鐘。智能排煙系統(tǒng)（SmartSmokeExhaustSystem）可根據火源位置、煙氣流動方向、風壓變化等實時調整排煙風機和排煙閥門，有效降低建筑內部的煙氣濃度，提高人員疏散的安全性。正壓送風系統(tǒng)（PressurizedAirSupplySystem）可在安全出口和疏散通道形成氣流屏障，防止有毒煙霧侵人，提高逃生通道的可見度和空氣質量。基于AI算法優(yōu)化的智能聯(lián)動系統(tǒng)還可結合火災動態(tài)模擬技術，對火災發(fā)展趨勢進行預測，并自動調整消防設備的運行策略，實現(xiàn)最優(yōu)滅火方案。

（三)智能疏散與應急指揮

火災發(fā)生后，智慧消防系統(tǒng)可通過智能疏散與應急指揮技術（IntelligentEvacuationand Emergency CommandTechnology），提高人員撤離效率，減少火災傷亡。傳統(tǒng)建筑的疏散系統(tǒng)通常依賴固定的疏散指示燈和廣播系統(tǒng)，而智慧消防系統(tǒng)通過動態(tài)疏散引導（DynamicEvacuationGuidance）、智能監(jiān)測與AI計算，實現(xiàn)疏散路徑的最優(yōu)規(guī)劃。例如，基于實時的火災監(jiān)測數(shù)據，智慧消防系統(tǒng)可結合人員流動情況、火災發(fā)展趨勢、煙氣擴散方向，利用智能疏散指示燈（SmartEvacuationIndicators）動態(tài)調整疏散路線，引導人員避開高溫、煙霧密集區(qū)域，提高疏散效率。應急指揮中心可利用建筑信息模型和地理信息系統(tǒng)，實時獲取建筑內部火災動態(tài)數(shù)據，生成3D火災場景，為消防救援人員提供直觀、精準的火災發(fā)展態(tài)勢。通過無人機（Drones）和智能機器人（FirefightingRobots），指揮中心可遠程偵測火場溫度分布、煙霧濃度、人員被困情況，并結合AI分析優(yōu)化消防救援方案。隨著5G通信、數(shù)字孿生(DigitalTwin)和人工智能技術的進一步發(fā)展，智能疏散與應急指揮系統(tǒng)將更加精準、高效，為現(xiàn)代建筑火災預防提供更強大的技術支持。

結語

智慧消防技術在現(xiàn)代建筑火災預防中的應用極大地提高了火災監(jiān)測、預警和應急響應的智能化水平。通過物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能等技術的融合，智慧消防系統(tǒng)能夠有效彌補傳統(tǒng)消防手段的不足，提高火災預防的效率和精準性。未來，應進一步完善技術體系，加強政策支持，推動智慧消防技術在更多建筑場景中的應用，以切實保障城市消防安全。

參考文獻

[1］郭玉海.智慧消防視域下防火監(jiān)督業(yè)務的智能化技術應用及優(yōu)化策略[J].今日消防，2024，9（10)：45-47.

[2]洪盛，王磊，趙挺挺.智慧消防技術賦能人防工作的革新研究[J].科技與創(chuàng)新，2024（20)：64-66.

[3]沈建宇，景弋，高培翔，等.基于智慧消防技術的核電廠安全管理優(yōu)化與應用探索[J].智能建筑電氣技術，2024，18(05):41-44.

[4］張瀅.智慧消防在多設備聯(lián)動火災報警系統(tǒng)中的應用研究[J].中國設備工程，2024（19)：26-28.

[5]朱永江，朱紹基.智慧消防在社會消防安全管理中的應用探析[J].消防界（電子版)，2024，10(16)：114-116.