王宗超 方江平

摘要：隨著科技不斷發(fā)展，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)取得了較大的發(fā)展，但仍有值得改善的地方。文章調(diào)研了建筑電氣的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的幾種典型應(yīng)用，最后展望火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：消防技術(shù);火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng);建筑電氣

中圖分類號：TU892? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）04-0032-03

1? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

消防安全問題一直是人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｖ匾膯栴}?；馂?zāi)報警器對于保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)非常重要。然而，傳統(tǒng)的煙霧報警傳感器，僅僅基于閾值法的原理，只有煙霧濃度達(dá)到一定的閾值，才會啟動報警系統(tǒng)，但這時的火災(zāi)可能已經(jīng)造成較大的損失?；馂?zāi)預(yù)警不僅彌補(bǔ)了火災(zāi)報警技術(shù)的不足，還消除了火災(zāi)前的隱患，從而給出及時準(zhǔn)確的預(yù)警。

我國在火災(zāi)預(yù)警方面的研究起步較晚，目前主要分為四個階段[1]：（1）分立元件階段：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時監(jiān)控的功能，但是速度慢，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)警要求。（2）多線制開關(guān)量式階段：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對小型火災(zāi)的監(jiān)控預(yù)警功能，但是布線量大、安裝維護(hù)復(fù)雜，可靠性低。（3）總線制階段：可以控制聯(lián)動設(shè)備，并能夠?qū)崿F(xiàn)自檢、故障檢測等功能，具有易于安裝和調(diào)試、高可靠性和低成本的優(yōu)點(diǎn)。（4）數(shù)字式分布階段：其特征是報警格式采用數(shù)字量，靈敏度可以任意設(shè)置，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對探測器的智能處理，可以實(shí)現(xiàn)智能分析功能，極大程度上能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

目前，我國主要研究的技術(shù)和方法為以下幾種：臘片試溫法或變色漆法、傳統(tǒng)接觸式測溫法、故障電弧探測技術(shù)、電子鼻技術(shù)、紅外熱像技術(shù)、紅外傳感器技術(shù)。國外對于火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究相對較早，主要經(jīng)歷了以下幾個階段：（1）單一傳感器階段：主要運(yùn)用感溫探測器。（2）數(shù)據(jù)融合技術(shù)的多傳感器階段：分為總線式和智能化。其中，智能火災(zāi)報警系統(tǒng)是各種先進(jìn)的激光和空氣采樣技術(shù)的結(jié)合。具有靈敏度高、適應(yīng)性強(qiáng)、處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。（3）當(dāng)前，國外采用無線火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，它的不同之處是用無線設(shè)備來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的上下位機(jī)之間的通信。優(yōu)點(diǎn)是不受場景限制、易于安裝和調(diào)試靈活。

在實(shí)際應(yīng)用方面，國外主要研究的技術(shù)和方法主要包括：多傳感探測技術(shù)、空氣采樣感煙探測技術(shù)、紅外點(diǎn)型可燃?xì)怏w檢測技術(shù)。其中，紅外點(diǎn)型可燃?xì)怏w檢測技術(shù)是國外研究方向中的重點(diǎn)。

2? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)主要有三個部分[2]：（1）火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng);（2）消防設(shè)備電源監(jiān)測系統(tǒng);（3）可燃?xì)怏w探測器報警系統(tǒng)。火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)通常與火災(zāi)報警系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控功能，組成部分有：火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、火災(zāi)監(jiān)控探測器、火災(zāi)聲光報警器。許多火災(zāi)由于停電而導(dǎo)致消防設(shè)備故障，因此有必要安裝消防設(shè)備電源監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控預(yù)警功能。它的組件是電源監(jiān)測主機(jī)、電源監(jiān)測檢測器和監(jiān)測模塊。可燃?xì)怏w探測器報警系統(tǒng)包括可燃性氣體報警控制器、可燃性氣體探測器和火災(zāi)聲光報警器。具體框圖如圖1所示。

其中，多傳感器檢測技術(shù)主要是一種通過在感溫或感煙的基礎(chǔ)上添加一個一氧化碳傳感器或紅外傳感器等方式來增強(qiáng)其探測能力的技術(shù)。精靈S-Quad探測器便是采用了這項(xiàng)技術(shù)，有能夠?qū)崿F(xiàn)快速火災(zāi)探測以及誤報少的優(yōu)點(diǎn)?？諝獠蓸痈袩熂夹g(shù)是一種能夠主動地對空氣中的顆粒物進(jìn)行采樣，對可燃性物體在空氣中燃燒后散布的顆粒物進(jìn)行迅速識別的技術(shù)。該技術(shù)在國外已廣泛應(yīng)用，并開始在國內(nèi)流行。紅外點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測技術(shù)是目前國外消防探測技術(shù)的研究重點(diǎn)，它是一種基于朗伯-比爾定律[3]的氣體探測技術(shù)。

3? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.1? CAN總線技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

CAN是對控制器局域網(wǎng)的一種簡稱，它是在ISO或者國際標(biāo)準(zhǔn)化下的一種串行通信協(xié)議。CAN是一種現(xiàn)場總線，它具有以下幾個優(yōu)勢：周期短、高性能和可靠度高[4]。它是當(dāng)前的一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)發(fā)展成為目前使用最多的技術(shù)。普遍使用分布式控制系統(tǒng)及三級等聯(lián)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)由上位機(jī)、CAN總線收發(fā)器、控制單元、現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成[3]。上位機(jī)負(fù)責(zé)接收環(huán)境數(shù)據(jù)及其狀態(tài)并對報警作出反應(yīng)。CAN總線收發(fā)器負(fù)責(zé)將傳感器接收的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到控制部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并再通過收發(fā)器發(fā)送到上位機(jī)?？刂茊卧?fù)責(zé)處理傳感器接收到的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)就由溫濕度傳感器和煙霧傳感器構(gòu)成，整體組成如圖2所示。

3.2? Zigbee技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

Zigbee技術(shù)是一種無線通信技術(shù)。如今，無線傳輸技術(shù)通常用于構(gòu)建具有早期火災(zāi)警報的大規(guī)模無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)[5]。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步提高了擴(kuò)展性能，從而避免了布線的復(fù)雜性，便于移動和修改以及更多的網(wǎng)絡(luò)模式，靈活可靠。但是，通過該技術(shù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常小，僅適用于小型設(shè)備，無法放置大型模塊。盡管網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的范圍很廣，但是使用了許多設(shè)備并且有局限性，只能用于監(jiān)測。

ZigBee技術(shù)可以使用無線通信將設(shè)備定位在不同的方向上，并在網(wǎng)絡(luò)中對其進(jìn)行檢測。萬一發(fā)生火災(zāi)，可以使用蜂鳴器進(jìn)行提醒，并自動將警報彩信發(fā)送到指定的手機(jī)，而無需任何控制。還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室，以多種方式確保實(shí)驗(yàn)室的安全性，整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3? PLC技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

信息時代的到來，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速發(fā)展，這將會改變火災(zāi)報警系統(tǒng)與單片機(jī)相結(jié)合這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，進(jìn)而改用PLC技術(shù)。它的工作方式是上位機(jī)的配置監(jiān)測軟件和下位機(jī)的PLC控制系統(tǒng)之間的通信使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來檢測電氣設(shè)備的溫度、線路故障和其他數(shù)據(jù)變化并執(zhí)行數(shù)據(jù)[6]，并且能夠做到分析和判斷這些數(shù)據(jù)，可以有效防止火災(zāi)的爆發(fā)。當(dāng)有火警信號時，系統(tǒng)使用溫度、煙霧和其他傳感器檢測系統(tǒng)來確定是否存在危險情況。發(fā)生危險情況時，信號將發(fā)送到PLC，由PLC處理，然后再發(fā)送到更高級別的計(jì)算機(jī)配置監(jiān)測系統(tǒng)。此時，計(jì)算機(jī)將顯示電火警信號的位置。一旦顯示并檢測到火警信號，就會響起警報：蜂鳴聲或指示燈等信號會通知人們危險，但是如果控制室發(fā)生危險情況，則立即檢查是否有任何故障并采取糾正措施。當(dāng)有火警信號時，通常處于休眠狀態(tài)的紅外傳感器會自動開始檢測人員位置，同時顯示位置的配置界面，會通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備。系統(tǒng)框圖如圖4所示：

4? 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展趨勢

如今，人工智能和深度學(xué)習(xí)的研究進(jìn)行地如火如荼，火災(zāi)預(yù)警技術(shù)也在邁向智能化時代。提高火災(zāi)監(jiān)測準(zhǔn)確率以及預(yù)警速度對于整個系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。各種有關(guān)新型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究層出不窮，發(fā)展趨勢主要有以下幾點(diǎn)：

4.1? 融入消防安防云智慧技術(shù)的消防系統(tǒng)

智能化的消防系統(tǒng)結(jié)合了許多先進(jìn)技術(shù)，在對火災(zāi)的管控力度和防控力度上都更加優(yōu)秀。其中包括的技術(shù)有[7]：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、視頻數(shù)據(jù)傳輸并處理技術(shù)、信息傳輸和處理技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和自動報警技術(shù)。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)自動報警、預(yù)警報道、監(jiān)管報警等功能，還能夠進(jìn)行防盜報警以及發(fā)揮消防滅火執(zhí)行系統(tǒng)的消防功能，通過與現(xiàn)場數(shù)字視頻智能控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時聯(lián)動的方式。

4.2? 構(gòu)建智能型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

智能型火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是將現(xiàn)代無線通信技術(shù)與消防工程融合所構(gòu)成的。整個系統(tǒng)由火警探測器、地區(qū)影像監(jiān)視器、整合裝置主機(jī)、廣播喇叭以及其他聯(lián)動裝置構(gòu)成[8]。能夠?qū)崿F(xiàn)的新功能有：利用廣播喇叭進(jìn)行逃生避難引導(dǎo)，向消防人員提供救災(zāi)信息等。

4.3? 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

結(jié)合人工智能的方法[9]，分析煙霧以及溫度的變化，判斷是否會發(fā)生火災(zāi)，進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，具有不再依賴閾值、能夠做到提前預(yù)警、誤判率小等優(yōu)點(diǎn)。

4.4? 基于計(jì)算機(jī)視覺的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，利用該技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)圖像信息提取，在火災(zāi)監(jiān)測問題以及預(yù)警問題做出了改進(jìn)[10]，能夠有效提升火災(zāi)檢測準(zhǔn)確率、降低誤報率和減少反應(yīng)時間，提高預(yù)警速度。

5? 結(jié)語

本文針對建筑電氣的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)做了比較系統(tǒng)的研究，總結(jié)了幾類火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的典型應(yīng)用及技術(shù)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率以及預(yù)警效率不高等問題，分析后得出可利用融合新型技術(shù)和消防工程的方法來解決這兩個問題。未來方向主要分為智能化和性能化兩個方面：智能化相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)添加了許多現(xiàn)代功能，性能化是為了提高火災(zāi)探測準(zhǔn)確率以及減少預(yù)警時間。

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