摘 要：常規(guī)系統(tǒng)主要使用環(huán)形二總線接線法傳輸消防報警指令，但該方法易受聯(lián)動控制作用影響，導(dǎo)致部分節(jié)點報警異常，為解決這一問題，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了一種全新的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。硬件部分設(shè)計了二總線煙溫復(fù)合火災(zāi)探測器和SCU火災(zāi)報警控制器，軟件部分首先生成了消防火災(zāi)自動報警通信協(xié)議，再利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了建筑消防火災(zāi)自動報警功能模塊，從而實現(xiàn)了大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，設(shè)計的系統(tǒng)在不同節(jié)點ID下均能正確進行報警，證明了設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)用效果較好。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大型公共建筑；消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；二總線煙溫復(fù)合火災(zāi)探測器；SCU火災(zāi)報警控制器；消防火災(zāi)自動報警通信協(xié)議

中圖分類號：TP311；TU892 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-00-03

0 引 言

在建筑技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，我國的大型公共建筑越來越多，功能越來越復(fù)雜[1]。與其他類型建筑相比，大型公共建筑對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求較高，需要節(jié)約資源，兼顧質(zhì)量，不能對環(huán)境造成嚴(yán)重的負面影響。同時，要根據(jù)具體的建筑目的來設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)[2]，以滿足人們的需要。大型公共建筑內(nèi)部的人員較多，分布較密集，且樓層較高，一旦發(fā)生火災(zāi)，無法短時間內(nèi)完成人員撤離，會造成嚴(yán)重的人員傷亡事故，因此需要預(yù)先進行火災(zāi)報警，提前采取撤離行動[3]。研究表明，大型公共建筑產(chǎn)生火災(zāi)的原因較多，包括電器設(shè)備火災(zāi)、燃氣火災(zāi)、吸煙引發(fā)的火災(zāi)、施工不規(guī)范引發(fā)的火災(zāi)等，因此，為了降低大型建筑的火災(zāi)風(fēng)險，最大程度上減少火災(zāi)造成的損傷，需要設(shè)計一種有效的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)[4-5]。大多數(shù)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)配備有監(jiān)測和記錄功能，能夠記錄火災(zāi)發(fā)生時的各種參數(shù)，如煙霧體積分?jǐn)?shù)、溫度變化等[6-7]。這些數(shù)據(jù)對于事后的火災(zāi)調(diào)查和分析非常重要，有助于了解火災(zāi)發(fā)展過程，改進針對大型公共建筑的防火措施。相關(guān)研究人員也針對自動報警要點設(shè)計了幾種常規(guī)的公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，但大多數(shù)系統(tǒng)易受聯(lián)動控制作用的影響，導(dǎo)致部分節(jié)點報警異常。為了解決該問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了一種全新的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

1 硬件設(shè)計

1.1 二總線煙溫復(fù)合火災(zāi)探測器

本文設(shè)計的系統(tǒng)選取二總線煙溫復(fù)合火災(zāi)探測器作為重要的探測硬件。該探測器具有多樣化探測周期，可以形成規(guī)律的方波脈沖，用于獲取探測結(jié)果。當(dāng)進入自動報警周期后，該探測器可以立即控制內(nèi)部通信狀態(tài)，形成有效的探測規(guī)律。二總線煙溫復(fù)合火災(zāi)探測器見表1。

由表1可知，該探測器可以形成穩(wěn)定的數(shù)字脈沖信號，最大程度降低外界干擾對自動報警造成的影響，以提高自動報警系統(tǒng)的綜合性能。

1.2 SCU火災(zāi)報警控制器

報警控制器可以根據(jù)反饋信號進行聲光報警，有效進行信號傳遞，因此，本文選取SCU火災(zāi)報警控制器作為核心控制器。SCU火災(zāi)報警控制器組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該報警控制器可以有效連接電氣接口，防止電源反接，提高了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的報警靈敏性，符合設(shè)計系統(tǒng)的報警控制要求。

2 軟件設(shè)計

2.1 消防火災(zāi)自動報警通信協(xié)議

本文設(shè)計的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)使用一對多模式進行通信傳輸。消防火災(zāi)自動報警通信協(xié)議如圖2所示。

由圖2可知，該通信協(xié)議主要支持3種不同的身份，即指令的發(fā)布者、報警的代理者、處理訂閱者。在通信過程中，需要利用MQTT進行推動處理，調(diào)整數(shù)據(jù)包的格式，控制自動報警報文的結(jié)構(gòu)，使其滿足有效載荷要求。除此之外，該通信協(xié)議主要利用Socket方式入網(wǎng)，與客戶端和服務(wù)器完成連接，生成雙向傳輸通道，從而快速發(fā)布Keep Ping報警命令，提高報警一致性[8-9]。

2.2 建筑消防火災(zāi)自動報警設(shè)計

本文基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了建筑消防火災(zāi)自動報警功能模塊。首先需要對自動報警原始數(shù)據(jù)進行整合，如式（1）所示：

（1）

式中：wi代表卷積層計算權(quán)值；Bi代表整合偏置值。整合完畢后，可以通過特征值進行計算歸納，此時計算的自動報警權(quán)值ΔW如式（2）所示：

（2）

式中：λ代表預(yù)設(shè)報警值；α代表動量因子；ζ代表相對誤差。通過獲取的自動報警參數(shù)進行自動報警設(shè)計。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，通過體積分?jǐn)?shù)檢測程序、溫度檢測程序等進行數(shù)據(jù)融合計算，將最終的環(huán)境參數(shù)輸入至報警中心。若判斷有火災(zāi)發(fā)生，立即進行聲光報警；反之，則需要持續(xù)觀察。

3 系統(tǒng)測試

為驗證設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的綜合性能，本文選取了符合測試需求的測試平臺，將其與文獻[6]、文獻[7]中常規(guī)的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進行了對比實驗。

3.1 測試準(zhǔn)備

根據(jù)消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)測試要求，本文選取PAN ID進行組網(wǎng)，構(gòu)建了符合測試要求的系統(tǒng)測試平臺。在測試開始前，需要檢查系統(tǒng)的連接狀況，避免出現(xiàn)短路與斷路問題，再將設(shè)計的系統(tǒng)與仿真實驗平臺有效連接，調(diào)整傳感節(jié)點、周期、閾值等參數(shù)，生成系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)處理流程。系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

由圖3可知，在正式啟動測試模式前，需要選擇有效的測試信道。若此時相應(yīng)設(shè)備能有效收到測試信息，證明測試網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成功；若無法收到測試信息，證明測試網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)失敗，需要重新申請權(quán)限，進行二次處理[10]。本文使用Packet Sniffer軟件進行信標(biāo)幀處理，調(diào)整協(xié)調(diào)器接收節(jié)點，重新完成測試入網(wǎng)關(guān)聯(lián)，測試上位模塊采用SQL Sever 2000數(shù)據(jù)庫。測試操作關(guān)系如圖4所示。

由圖4可知，根據(jù)上述的測試操作關(guān)系可以快速編寫MFC/Qt界面，打開SmartRF Flash Programmer測試軟件，上傳測試命令，從而得到可靠的系統(tǒng)測試結(jié)果。

3.2 測試結(jié)果與討論

根據(jù)上述測試準(zhǔn)備，可以進行消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)測試，即在設(shè)置的測試平臺中生成不同的報警測試節(jié)點，記錄各個節(jié)點的擴展信息。此時，分別運行本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、文獻[6]中考慮無線傳感的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，以及文獻[7]中基于LoRa和GPRS的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，記錄3種系統(tǒng)在不同節(jié)點ID下的報警狀態(tài)。消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)測試結(jié)果見表2。

由表2可知，在不同節(jié)點ID下，本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)均能正確完成報警，且報警時延偏低；文獻[6]中考慮無線傳感的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，以及文獻[7]中基于LoRa和GPRS的消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在部分節(jié)點ID下無法正常報警，或報警時延較高。上述結(jié)果證明，本文設(shè)計的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的性能良好，具有較高的可靠性與較廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語

隨著城市化進程的加速和公共設(shè)施的日益完善，我國的大型公共建筑越來越多。然而，這些建筑由于規(guī)模大、人流密集、設(shè)備眾多等特點，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。因此，如何有效地預(yù)防和應(yīng)對火災(zāi)成為了一個亟待解決的問題。大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)作為一種重要的火災(zāi)防控手段，逐漸引起了人們的關(guān)注。因此，本文根據(jù)大型公共建筑的火災(zāi)報警特點，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了一種全新的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，并進行了系統(tǒng)測試。結(jié)果表明，設(shè)計的大型公共建筑消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)性能良好，具有較大的應(yīng)用價值，為降低事故風(fēng)險、保障人民生命財產(chǎn)安全、更好地應(yīng)對城市化進程中面臨的消防安全挑戰(zhàn)做出了一定貢獻。

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作者簡介：傅 玉（1989—），女，江蘇鹽城人，工程師，研究方向為醫(yī)院安全生產(chǎn)及消防安全管理。

收稿日期：2024-01-17 修回日期：2024-02-29