火灾预警与消防设备联动控制系统的研究和发展

黄浩然

（中国人民武装警察部队学院研究生四队，河北　廊坊）

摘要：针对如何推动消防设备的可持续发展，给出火灾自动报警及消防联动系统的相关概念，扼要归纳国内在消防灭火系统及其联动控制方面的原理及相关技术设备的研究与应用现状，分析传统消防联动系统存在的问题，提出火灾预警设备和消防联动系统在报警灭火方面更加完善的对策，展望国内火灾报警及消防联动系统的发展趋势。

关键词：可持续发展；火灾自动报警；消防联动系统；发展趋势

1　引言

随着经济和社会的发展，人类对自身安全提出越来越高的要求。火灾是目前世界范围内主要致灾因素之一。据联合国“世界火灾统计中心”提供的资料，近年来在全球范围内每年发生火灾就有600万～700万起，每年有65000～75000人死于火灾。在我国，根据公安部消防局官方公布的消息，2015年，全国共接报火灾33.8万起，造成1742人死亡、1112人受伤，直接财产损失39.5亿元。由此可见，火灾防治将是人类社会中一项长期而艰巨的任务，火灾预警与消防设备的联动控制将始终是防火工作的重要研究领域。

2　现状

目前国内应用的火灾自动报警系统基本上以区域火灾自动报警系统、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主，其安装形式主要为集散控制方式，报警系统均是现场报警，即当现场有烟雾或高温时，立即发出声、光、电报警信号。这种系统一般都自成体系，自我封闭，不能实现系统间的资源和服务共享，发生火灾时不能自动向城市“119”消防指挥中心报告，不能反映具体起火部位、火势大小等现场情况。而很多发达国家（如德国）和地区（如香港）等，已建立了城市火灾自动报警网络，重点保护单位（如医院、幼儿园、老人院）的火灾自动报警系统控制中心直接与消防指挥中心联网，并由指挥中心负责管理网络和处置报警呼叫。我国此项技术的应用研究起步于20世纪90年代中期，由于近些年计算机、通讯、网络等技术的快速发展，使得消防报警联网得以快速发展。

3　火灾自动报警系统的组成

火灾自动报警系统主要是由触发器件（火灾探测器）、火灾报警装置以及具有其他辅助功能的装置组成，它能在火灾初期将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并发出声、光警报信号，启动消防联动设备。

3.1　火灾自动报警系统工作原理

系统通过火灾传感器探测火灾具体信息，经过处理后传送到主控系统后紧急启动消防联动设备装置进行现场报警与消防控制。同时将此火警信息通过网络送到消防中心经过管理人员研究分析做出准确消防控制决策，实现一方有灾多方支援的综合消防控制系统。通过计算机网络技术，FAS很方便地实现与智能建筑中其他子系统的集成，同时能够通过多种通信方式实现报警与控制。

3.2　火灾探测器的研究

目前，火灾探测器按其工作原理主要分为感温式、感烟式、感光式、气体式和复合式等五种基本类型。按其测控范围火灾探测器又可分为点型和线型二大类。点型火灾探测器只能对警戒范围中某一点周围的温度、烟等参数进行控制，如点型离子感烟火灾探测器、点型感温火灾探测器等，线型火灾探测器则可以对警戒范围中某一线路周围烟雾、温度进行探测，如红外光束式感烟火灾探测器。之后为了解决火灾信息探测处理过程中模拟量火灾探测器数据处理能力单一，火灾报警控制器功能过于复杂和系统内部数据传输量较大等技术问题，出现了分布式智能火灾监控系统。分布式智能火灾监控系统的主要特点是每个探测器上都带有CPU，探测器把采集到的现场信号与在探测器内存储的特性曲线进行比较并进行必要的分析处理，然后进行初步的火灾判断。探测器平时只需向控制器传送正常信号或故障信号，火灾时探测器以中断方式向控制器传送采集处理后的信息数据，由控制器做进一步的分析判断。由于摆脱了传统巡检技术的弊病，数据传输不再受巡检周期的限制，大大缩短了火灾报警和启动消防设备所需的时间。而火灾报警控制器由于免去了大量的现场信号处理负担，可以从容不迫地实现多种管理功能，从根本上提高了系统的稳定性和可靠性。另外火灾报警控制器采用多CPU并行处理技术，除了主CPU外，在每一个回路驱动板上都带有一个CPU，这些CPU并行工作，分别对回路进行扫描，提高了系统信息处理速度。智能建筑中火灾探测器的选择，应根据探测区域内可能发生的初期火灾的形成和发展特征、房间高度、环境条件以及可能引起误报的原因等因素综合确定，采用模拟量火灾探测器或分布智能式火灾探测器。

4　消防联动控制研究

消防联动控制设备是火灾自动报警系统的执行部件，消防控制室接到火警信息后应能够自动或手动启动相应的消防联动设备，并对各设备运行状态进行监控。

4.1　消防联动控制设计要求

（1）当消防联动设备的编码控制模块和火灾探测器底座的控制信号和火警信号在同一总线回路上传输时，其传输总线应按消防控制线路要求敷设，而不应按报警信号传输线路要求敷设；

（2）消防水泵、防烟和排烟风机属重要消防设备，其动作的可靠性直接关系到灭火工作的成败。当采用总线编码控制时，还应在消防控制室设置手动直接控制装置。即建立通过硬件电路直接启动的控制操作线路；

（3）设置在消防控制室外的消防联动控制设备的动作状态信号，均应在消防控制室显示，以便实行系统的集中控制管理。

4.2　消防控制中心

将消防控制中心作为一个分布式数据库系统为中心的综合管理系统，以控制区域的地理位置为索引，以便进行高效的数据查询操作。具有实时信息处理功能：具有显示探测参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、火灾统计和报表、报告打印功能；具有发布指示，宏观调控指挥各区域联防功能等。指挥系统可实现局域网络连接功能，并采用国际通用的TCP/IP网络协议实现中心局域网络与各现场控制中心终端之间的实时通信和实时数据查询。全部实现了可视化和图形化功能，同时具备火灾探测数据的分析评价功能，为管理决策人员提供相关数据和信息提供了技术支持。

4.3　FAS与智能建筑其他子系统的联网

FAS作为BAS的一部分，在智能建筑中可与SAS，其他建筑的FAS联网通信，使整个建筑群或小区建立一个网络化的火灾监控管理系统，并向上级管理系统报警和传递信息。同时向远端城市消防中心、防灾管理中心实施远程报警，也可与BAS的其他子系统以及智能建筑管理中心进行网络通信，并参与城市信息网络中。从我国目前的消防实际出发，各大中城市应逐步形成如下的消防通信调度指挥系统模式：以城市支队调度指挥中心为核心，以各区、县消防中队为基本调度站，形成有线通信与无线通信相结合的灭火指挥系统。在城市119灭火指挥中心，各联网楼宇的灭火预案、整个城市的消防力量部署都存储在中心计算机中。中心将结合城市供水、供电、交通等信息，直接处理火警信息并选择出动预案，模拟显示或计算机图形投影指示警力出动情况，同时不断接收火场信息并通过无线通信系统与中心指挥车交换和共享信息。最终确保及时有效地扑灭火灾，最大可能地减少火灾损失。

FAS采用先进的网络技术在智能建筑中独立运行，完成火灾信息的采集、处理、判断和确认并实施联动控制。此外，FAS还应具有联网和提供通信接口界面的能力，即可通过总线、以太网、电话线、GPRS无线进行网络连接，实施远端报警及信息传递，通报火灾情况和向火警受理中心报警。

5　发展

随着我国经济建设的持续快速增长，建筑业的发展日益加快，建筑结构日趋复杂，形式多样化，规模越来越大，建筑的消防安全引起广泛关注，对火灾自动报警系统提出了更高的要求。同时，电子与信息技术的快速发展，为火灾自动报警系统的发展提供了技术支持。火灾自动报警技术在探测报警信息传输方式、系统联动控制与显示功能、系统规模与构成形式、火灾探测机理与信息处理技术等方面逐步成熟和完善起来，火灾自动报警系统的研究和应用正朝着智能化、网络化、多样化、集成化和人性化等方向发展。

5.1　智能化

人们要求火灾自动报警系统在实现早期可靠报警的前提下，最大限度地减少误报率。为了实现这一目标，在传感技术、微处理器技术的支持下，火灾探测发展了多传感和智能算法处理技术的研究和应用。由于火灾探测是一个非结构性问题，难以用精确的数学模型加以描述，采用人工神经网络和模糊逻辑等人工智能方法对火灾传感器信号进行处理，可以得到更可靠的结果。火灾早期生成物的特征和变化规律是开展智能化探测研究的基础。火灾探测算法研究和开发的前提是要有足够多的数据样本。因此火灾探测应用环境与火灾信息数据库的建设具有重要意义。

5.2　网络化

近年来随着计算机、通信、网络、信息、自动化等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的浪潮。火灾自动报警系统的进一步研究开发还将以网络通信技术、应用软件技术和专用集成电路设计技术为主要手段，来实现火灾现场数据的动态监测与处理、数据传输与共享、网络通信与服务、系统综合管理与系统信息区域联网等自主性与集中性的功能。网络化技术的研究和应用还将促进智能建筑系统的集成，多建筑群的集中管理以及城市管理和城市火灾报警监控网络的进一步发展，对进一步提高消防安全管理工作的质量具有重要意义。

城市火灾报警监控联网技术在国外一些发达国家和地区较早得到应用。我国此技术的应用与研究起步于20世纪90年代中期，在近年得到快速发展，通过研究提出了城市火灾报警监控联网系统体系框架，制定了相应的技术标准和规范，并开发研制了集图像、语音、数据传输于一体的多信息火灾报警监管联网系统，为城市火灾报警监控联网技术的全面应用和发展创造了有利条件。此外，公安行业标准《消防控制室通用技术要求》规定了消防控制室的一般要求、消防安全管理信息、控制和显示要求，信息记录要求、信息传输等要求，为规范各类建筑消防设备的信息管理提供了依据，同时为建筑消防设备的信息管理提供了依据，同时为建筑消防设施远程监控管理奠定了基础。

5.3　多样化

随着技术的发展和防火对象需求的提高，应用于特殊领域的火灾探测技术和系统产品日趋多样化和专用化。同时，还针对石油化工企业、公路隧道等场所的特点，研制开发了线型可燃气体探测报警系统、双波段红外火焰探测报警系统等产品。

5.4　集成化

集成化体现在两个方面，在火灾自动报警系统内部，联动控制设备的动作逻辑将越来越依照探测报警部件来感知到火灾发生和发展的趋势和动态，从而能够正确地联动各类设备开展自动灭火和救援等工作。这一发展趋势也带动了相关联动设备研究的进一步深入开展，如智能疏散指示设备将根据火灾烟气态势信息正确指示人员的逃生方向等等。

5.5　人性化

以人为本将更好地贯彻到产品的设计和应用中。系统的人性化设计，即安装维护的简单化、系统人机界面与接口设计的先进性和功能多样化，对降低系统工程调试和维护人员的技术水平要求，提高工程应变能力具有良好的实际意义。

火灾自动报警系统技术的发展与电子技术、计算机和网络技术的发展息息相关，传感技术、电子器件技术和信号处理、人工智能以及材料科学的发展，都将对火灾自动报警技术的研究和应用起到促进作用。火灾自动报警技术作为火灾防治的重要手段，必须时刻关注本领域和相关行业的技术发展动态。坚持“可靠、高效、环保”的设计理念，并结合消防工作的实际需要，不断实现科技创新与技术进步，为构建平安、和谐的社会环境提供强力保障。

6　结论

随着三网融合、数字城市、物联网、智慧城市等迅速发展，以火灾预警和消防设备联动控制系统为基础的建筑消防自动化必然是向综合化、集成化、智能化、智慧化方向发展，通过现有的“三网”环境，以物联网的传感技术把数字城市中的信息集成整合，进行智能化管理，最终成为智慧城市的重要组成部分。可以说，火灾探测预警与消防联动控制技术的智能化是建筑消防发展的必然趋势和结果，也将为社会的平安与发展做出更加巨大的贡献。

参考文献

[1] 杨文娟. 分布式智能消防报警与联动控制系统[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2012，26（6）：76-79.

[2] 谷剑军. 火灾自动报警及消防联动控制系统设计[J]. 中国高新技术企业，2011，01：23-24.

[3] 陈志勇，陈志翔. 智能建筑火灾自动报警与消防联动系统分析[J]. 科技视界，2012，30：411.

[4] 胡新军. 火灾自动报警与消防联动控制系统浅析[J]. 数控技术，2012，05：22.

[5] 肖峰涛，于铁铮. 智能化楼宇的火灾自动报警与消防联动系统的设计问题探讨[J]. 工业技术，2011，36：62-63.

[6] 张满可，王劲柏. 基于NetLinx网络的火灾报警及联动系统设计[J]. 消防设备研究，2011，06：528-529.

[7] 张文有. 火灾自动报警系统及消防联动控制系统设计[J]. 现代建筑电气，2013，06：52-54.