论智能建筑中火灾自动报警系统技术应用

陈应周

摘要：本文作者结合多年工作经验，对智能建筑及其火灾自动报警系统进行了分析，并探讨火灾自动报警系统的设计要点及相关技术，并提出了一些建议。

关键词：智能建筑；火灾自动报警系统；消防自动化；智能型

中图分类号： TD75 文献标识码： A 文章编号：

1 前言

随着我国建筑业的高速发展，楼宇的自动化程度不断提高。智能建筑成为建筑群体的主流，符合传统建筑与现代电子等高新技术有机结合的发展趋势，是建筑业发展的重要里程碑。但受制于目前的技术水平，智能建筑要实现高度自控仍需解决众多技术难题。“智能”意味着建筑物可实现优越的自控功能，其内部必然安装有大量技术先进、价格高昂的电子仪器和机电设备，而且测控点多而分散，遍布建筑物的各个角落。同时，建筑规模大，装饰材料种类繁多，人员密集，必然存在不同程度的火灾隐患。一旦发生火灾事故，智能建筑所遭受的生命和财产损失远比一般建筑严重。系统高度智能化的同时，这些特点也伴随共存，对火灾防控提出了更高的要求，其中，设置火灾自动报警系统是保护智能建筑的一项重要措施。

2 智能建筑自动化系统概述

智能建筑是建筑技术与信息技术有机结合的产物，其核心技术方法是系统集成。智能建筑自动化系统是以智能型计算机作为控制核心，由各种功能子系统组成的综合性系统，其工作机制是终端传感器通过信息网络把现场采集的数据传输到管理中心，中央控制器对数据进行运算和趋势分析，再向现场设备发出调度指令，实现对子系统的监控和集中科学管理。

2.1 智能系统的子系统分类

目前，人们一般把现代智能建筑称作“3AS”，即由建筑自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统三大系统组成。而把火灾自动报警系统（FAS）仅作为智能建筑中的建筑自动化系统（BAS）的子系统进行归类。依笔者看，火灾自动报警系统的技术综合性很强，加上其在智能建筑中具有重要的防灾功能，鉴于其特殊性，应当把它视为智能建筑中的一个子系统进行研究。笔者较认同智能建筑的“5AS”构成，分别是：

⑴ BAS 建筑自动化系统（Building Automation System）

⑵ CAS 通信自动化系统（Communication Automation System）

⑶ FAS 消防自动化系统（Fire Automation System）

⑷ OAS 办公自动化系统（Office Automation System）

⑸ SAS 安全自动化系统（Security Automation System）

以上各子系统既相对独立，又相互联系，具有互操作性。通过建筑、微电子、现代通信、自动化和计算机等技术的有机结合进行智能系统设计，对暖通空调、给排水、供配电与照明、安全保卫、火灾自动报警与消防联动控制等系统实行综合管理、统一调度、全天监视、灵活操作，使各子系统有机的构成建筑物的智能化网络。其关键是采用高精度的传感技术，配合兼容性强的接口控制，达到信息资源的有效采集与可靠流通。要保证智能系统的高可靠性运行，除解决各子系统自身固有的稳定问题外，还要求各子系统之间进行合理的综合布线，采用统一的通信协议通过网络硬件进行连接，实现充分的协调互联。

2.2 智能建筑火灾自动报警系统概念

在20世纪80年代初，我国的消防报警技术开始逐步发展起来，从多线制开关量式，到总线制可寻址开关量式，再到模拟量传输式，火灾自动报警系统的产品及其开发技术得到迅速的发展及提高。目前，火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等。随着智能建筑的发展，火灾自动报警系统通过现代通讯、信息集成、软件操作、自动控制等技术与智能建筑的各项子系统实现网络集成。消防报警系统主要由传感器、控制器、联动设备及独立的网络结构和布线系统组成，其运行机制是当报警区域内发生情况时，系统依靠高效可靠的探测方法，通过火灾探测器收集报警区域内发生的火情信息，经消防控制中心的报警控制器准确判断灾区面积及险情级别后，根据预先编好的逻辑程序，发出相应的警报信号并联动相关的消防控制设备。譬如，通过消防联动系统启动声光报警、火灾应急广播、消防水泵、排烟风机等设备工作，控制电动防火门、防火卷帘动作分隔火灾区域，防止火灾蔓延等。除此之外，结合现代网络技术，进行互联网通讯连接，还可以向当地消防部门发出救灾请求，实现城市火灾自动报警系统远程监控功能。

3 智能型火灾探测器的信息采集及分类

3.1 探测器的工作原理

火灾探测器作为火灾自动报警系统的重要组成部分，可以看作系统的“感觉器官”。探测器对报警区域内的现场环境进行监视。出现火情时，空间内必然会产生烟雾、火焰和热量，探测器对这些火灾的特征物理量十分敏感，内部感应元件与它们接触后，引起电流、电压值变化或金属器件发生形变，将火灾参数转换成电信号后，把这些微弱电信号进行放大，并迅速向火灾报警控制器发送报警信号。对火灾早期产生的烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等参数进行报警的探测器，其分类大致如下：

⑴ 按结构造型分为：点型探测器、线型探测器；

⑵ 按响应参数分为：感烟探测器、感温探测器、火焰探测器、可燃气体探测器和复合探测器；

⑶ 按工作原理分为：离子型探测器、光电型探测器、线性探测器；

⑷ 按编码形式分为：编码式、非编码式；编码式分为电子编码和拨码开关编码。

这里就涉及到一个问题，类似火灾参数的干扰出现会使探测器误响应吗？答案是肯定的，非智能型探测器必然会发出误报，而智能型则能很好的解决这一问题。智能型探测器内部采用单片机作为信息处理芯片，内部有固化的逻辑程序，具备强大的分析判断能力，能存储环境参数变化的特征曲线，对采集收据进行比较，自动完成火警、故障的判断，并可根据不同场合修改探测器的报警灵敏阈值，使误报率大大降低。

3.2 探测器的正确选择及应用场所

由于探测器在整个消防报警系统中起到“先知先觉”的作用，因而能否以最快的速度，准确发现智能建筑内的早期火灾，合理选择探测器是关键。在选择火灾探测器种类时，确定探测区域内物体燃烧特性是第一步。然后，火灾的初期形态和发展趋势，室内高度、环境条件以及可能引起误报的原因都是重要考虑因素。在智能建筑内，要有针对性的根据不同场所选择合适的火灾探测器。

⑴ 在阴燃阶段，会生成大量的烟和少量的热的场所，如饭店、旅馆、教学楼、办公室、电子计算机房、电梯机房、封闭楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用前室、走道、坡道等，宜选择感烟探测器；

⑵ 在迅速燃烧阶段，会产生大量热、烟的场所，如大型室内停车库、厨房、发电机房、吸烟室等，宜选择感温探测器；

⑶ 在迅速燃烧阶段，有强烈的火焰辐射和少量的烟、热的场所，应选择火焰探测器；

⑷ 使用管道煤气或天然气的建筑，要求探测器在浓度达到爆炸下限以前报警，这时宜选择可燃气体探测器；

⑸ 用作防火分隔的防火卷帘，其两侧应分别设置感烟探测器和感温探测器；

⑹ 无遮挡大空间的场所，如大型库房、博物馆等，宜选择红外光束感烟探测器；

⑺ 电缆隧道、电缆竖井、电缆夹层、电缆桥架等部位，消防控制室、计算机室的闷顶内、地板下及重要设施隐蔽处等，宜选择缆式线型定温探测器。

以上只列举部分应用实例。总之，火灾探测器的设置应与智能建筑的保护对象相适应，才能发挥出最佳的探测效果。

4 智能建筑中火灾自动报警系统的分析

4.1 系统形式的选择和设计要求

火灾报警控制器是火灾自动报警系统的核心部分，相当于人的大脑，起着指挥所有消防设备的重要作用。设计过程中，既要严格执行规范的技术条文，又要考虑智能建筑的实际需求，所以选择何种形式的报警系统，是能否充分发挥其功能的关键。

随着电子信息技术在消防报警系统中的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式渐趋灵活多样，若继续以几种固定的模式去组建系统，显然不合理。设计人员在设计火灾自动报警系统时，要根据不同保护对象的级别和范围，分别构建区域型、集中型或控制中心型报警系统形式，也可对这几种形式进行深化和扩展，组合成“个性化”系统。不同的系统形式在设计中具体要求有所不同，特别是对联动功能要求有简单、较复杂和复杂之分。

4.2 报警控制器的容量

完成消防报警系统的初步设计后（即完成探测器、编码按钮、模块等电子设备的布置），下一步便要对火灾报警控制器的容量进行选择。为便于日后的系统扩容和管理维护，有必要留有一定余量。统计出火灾探测器、编码点、各种模块的数量后，与容量备用系数 K（一般取 0.8～0.85）进行比值，就可以得出火灾报警控制器的额定容量。这个操作看似简单，但只要考虑不慎，往往会为将来实际施工、系统的扩展等留下较棘手的困难。譬如，施工过程中遇到的室内布局改变而引起监测点增加而超出控制器容量的情况。

4.3 先进的智能化系统技术及改进意见

智能建筑的人性化设计理念，促使火灾自动报警系统由传统型向智能型发展。在组建智能型消防报警系统时，应运用最新的火灾智能算法，使得系统的可靠性和智能化大大提高。经过多年的技术积累，消防报警系统现以一个崭新的姿态展现在智能建筑中。

⑴ 增加屏幕显示内容。目前的智能型火灾报警控制器均配置有LCD屏幕显示，并能与火灾报警显示盘或彩色CRT连接进行外部显示扩展，使操作人员能直观地通过控制器了解报警区域内的情况。即便如此，仍局限在二维显示层面，操作人员只能得到某位置是否发生火情的单一报警内容，但物体燃烧情况，着火面积大小，是否有人员被困等其他信息便无法获知，因而降低了救灾效率。通过对报警区域进行全方位三维建模，在控制器存储模块内置火灾状态数据，由中央处理器分析现场采集数据并运行相关软件模拟现场环境，当某区域发生情况时，控制器通过高分辨率LCD或CRT屏幕把现场灾情立刻显示出来，让操作人员做好充分救灾准备。

⑵ 信息传输路径的变化。过去以“一点一线”方式进行连接的多线制传统型报警系统，不但线路敷设复杂，工程造价高，而且无法满足智能化要求。无极性信号二总线（或三总线）技术出现后，系统的布线大大简化，给工程的设计、安装和维护带来极大方便。与此同时，控制器通过总线与系统内的各种设备实现信息传输，并可根据环境特点随时调节探测器的灵敏度，监测探测器的运行情况，保证系统可靠工作。但在不适宜布线的建筑物内，总线制还是面临着考验。此时消防系统的无线技术便应运而生，以无线电波为传播媒体的火灾自动报警系统由发射设备、接收设备和控制器组成，此模式省去了大量的线路连接，使安装更便捷。随着技术的进一步提高，采用ZigBee技术组建的无线动态路由结合拓扑结构的网络，非常适合用于实现智能建筑内消防报警系统的无线连接和自动控制，增加RF发射功率后更可进行远程监控。ZigBee能嵌入各种设备，通过射频收发模块实现数据的传输，是介于无线标记和蓝牙之间的一种新兴技术，其良好的抗干扰能力，对数据的高级安全保护等众多优点，将会引领火灾自动报警系统迈向新的时代。

⑶ 降低误报率的措施。来自外界的电磁辐射干扰，使得除有用信号外，必然会有一些与被测信号无关的电流或电压串入消防报警系统，造成系统程序混乱，跑飞或陷入死循环，导致整个系统陷入停滞状态。应用WatchDog技术，使控制器内的微处理器可以在无人状态下实现连续工作，倘若遭受电磁干扰也可自动恢复正常。另外，探测器内部电路也采用了噪声抑制技术去消除干扰，使误报率进一步降低。

⑷ 统一通讯协议标准。在同一建筑内使用同一品牌的智能型消防电子产品，可实现良好的互联。但不同厂家的设备却无法互换，在新、旧系统兼容或扩展时，往往要寻找原有匹配型号或甚至更换整套系统，造成资源的浪费，也为日后的区域智能集成制造了无法逾越的障碍。火灾自动报警系统要实现真正的智能化，必然要求形成国家强制标准，规范和统一系统的通讯协议，使不同系统之间可以进行理想衔接，实现资源共享。

⑸ 局域向广域发展。采用广域网技术将分布在不同地区的智能建筑的火灾自动报警系统以星型网络结构互联起来，使较大范围内（几十公里）的局域消防报警系统能与消防监督部门的控制指挥平台进行联网，实现城市火灾自动报警系统的远程监控。同时，操作人员可利用移动设备，通过网络接口远程登陆系统实施监视，了解控制器的工作状态和故障信息，使管理不再受到时间和空间的限制，变得更为灵活。此外，建立向工程技术人员开放的远程维护管理平台，当系统出现故障时，技术人员可以跨地域为消防报警系统提供强大的技术支持，为系统稳定运行提供有力的保障。

5 结束语

智能建筑技术其“人性化”的控制理念对防火提出了较高的要求，消防报警系统实现智能化是智能建筑必须达到的一项重要标准。在系统的设计和选型的过程中，如果生搬硬套系统模式，一套模式走天下，将无法满足不同功能的智能建筑对防火安全提出的多元化要求，并会导致消防设计与智能建筑使用功能互相冲突的情况出现。笔者认为，消防报警系统的设计应该以“个性化”为原则，针对不同建筑物的实际需要，具体情况具体处理，做到技术先进、经济合理。片面强调高智能而忽视了实际的使用，脱离了客观需求，不但会造成投资的浪费，还会增加系统的复杂程度，使得日常的保养工作艰巨而繁重。所以，智能建筑消防报警系统要“个性化”设计，采取适度原则，才能设计出满足规范、造价合理、高效可靠的火灾自动报警系统。