1、1智能建筑消防综合软件平台设计火灾自动报警系统设计摘 要随着我国智能建筑（IB）业的发展，高层建筑及建筑群体越来越多，从而也促进消防系统以迅猛的速度向前迈进。在智能建筑的建筑物自动化系统（BAS）中消防系统是非常重要的一个子系统, 担负着保障人员及财产安全的重任。火灾自动报警系统是消防系统的一个重要组成部分，其设计原则既要严格遵守 GB 5011698 火灾自动报警系统设计规范又要适应智能建筑的发展需要。其设计要点包括：探测区域、报警区域的划分与探铡 、报警控制器的设置、消防联动设备的控制等。最关键的部分是利用编程软件对火灾自动报警系统进行模拟仿真，模拟一些故障现象并相应产生故障报警。除此之外
2、仿真系统也可用于课堂教学，使理论和实践紧密结合。【关键字】：智能建筑，火灾探测器，火灾报警控制器，联动控制，编程软件AbstractWith the development of Intelligence Building(IB) industry in our country, high buildings and building community are more and more, and that promote the fire fight- ing system to move forward with swift and violent speed. In Building
3、Automation Sy- stem(BAS) of Intelligence Building,the fire fighting system is a very important sub- system, and its assignment is to protect the safety of people and property. Fire automatic alarming system is an important part in the fire fighting system，its design principle both strictly obeys GB5
4、011698 the Design Norm of Fire Auto- matic A1arming System ， and adapts to development demands of inteltigent architec- ture. Its design points in- clude the detecting and alarming areas division，detection；the setting of the alarming controller；control of the fire interlock equipment and so on；The m
5、ost crucial part is that the design simulation of fire system by using pro- gramming software, besides it simulates some system malfunc- tions and generates corresponding malfunction alarms. In addition simu- lation system can be also used to class teaching and make theory and practice stick togethe
6、r.【Keywords】：Intelligent Architecture, Fire Detector，Fire Manning 2 1Controller，Interlock Control，Programming Software1 绪论1.1 引言为适应信息和经济日益全球化的需要，智能建筑的建设热潮正在国内外兴起。通常认为，智能建筑包括三大基本组成要素：即建筑设备自动化系统BAS（Building Automation System） 、通信网络系统 CNS(Communication Network System)和办公自动化系统 OAS (Office Automation Sys
7、tem)。三者与建筑和结构有机地结合为一体，为人们提供一个安全、舒适、节能、便利、高效的工作与生活空间。智能建筑产业已成为我国经济技术发展中最活跃、最具有生命力的新兴产业之一，作为 2l 世纪建筑技术进步与发展的国际性主流趋势，智能建筑在我国具有广阔的发展前景。由于智能建筑的机电设备采用自动化监控方式，使智能建筑利用先进的综合控制技术成为可能。同时，节能是建设智能建筑的主要目标之一，节省运行和管理费用，是智能建筑高效率和高回报率的具体体现。而楼宇自控系统则是智能建筑的核心所在，将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、安防等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节
8、能管理实行集中监视、管理和分散控制，对建筑物内的能源使用、环境及安全设施等部分进行监测、控制，以提供一个安全可靠、节能且舒适宜人的工作或居住环境。1.2 国内外智能建筑及火灾自动报警系统发展概况智能建筑的概念在 20 世纪末诞生于美国，1984 年第一幢智能大厦-都市大厦在美国哈特福德 （Hartford）市建成。项目的特点是对大厦内部进行改造，采用计算机技术对楼内的空调、供水、防火、防盗及供配电系统等进行自动化综合管理，并为大楼的用户提供语音、文字、数据等各类信息服务，使客户真正感到舒适、方便和安全。此后，智能建筑的概念被广泛传播，智能建筑也在全球范围内掀起了一股热潮。由于智能建筑具有高效、
9、节能、舒适等突出优点，在世界各地迅速发展，而其中又以美国和日本的智能建筑居多。例如美国的 IBM、DEC 公司总部大厦和日本的墅村证券大厦、安田大厦等，都是国外智能建筑的典型代表。而我国智能建筑的起步较晚，直到 90 年代中后期才有较大的发展。在我国步入信息社会和加速建设信息高速公路的今天，智能建筑将成为城市中的“信息岛”或“信息单元”3，它是我国信息社会最重要的基础设施之一。近几年来，在北京、上海、广州等大城市，相继建起了不少具有相当水平的智能建筑，例如北京的发展大厦、上海的金茂大厦、青岛的中银大厦等。据不完全统计国内已建成的智能建筑约有一千四百栋，基本按国际标准设计、施工和管理。而据国外预
10、测，本世纪全世界的智能建筑将有一半以上在中国建成，可见智能建筑在中国有着广泛的前景。智能建筑是大跨度的框架式建筑结构为基础，配以综合布线系统(PDS)将建筑中楼宇自控系统(BAS)、通讯自动化系统(CAS)和办公自动化系统(0As)有机联系在一起的综合性建筑。火灾自动报警系统是搂宇自控系统(BAS)的一个子项：智能建筑一般规模较大，建筑功能齐全，其内部各种设施复杂，机电设备多，这些特点都使火灾的危险性显得尤为突出。随着智能建筑的发展和普及，势必对其中的火灾自动报警系统设计提出更高的要求火灾报警系统用于探测火灾并给出声响警示信号，具体由布放在现场的探测器、传输线路和安放在控制室的控制器组成。探测
11、器感受物质燃烧时现场的各种物理参数，将判断结果或模拟量值通过现场总线传回控制器，控制器做进一步处理后给出报警信号，同时也获取来自监视模块的消防设备的运行状态信息。火灾自动报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，探测器电源由报警系统提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的 CPF火灾报警系统。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能(也为多线制)，如驱动警铃等，其报警器队外围探测器，无故障检测功能，只会对电源线的断线作出故障反应，安装此类
12、系统比较繁锁，特别是校线工作量较大。第二阶段为总线型火灾自动报警系统，己采用微处理器控制。其线制一般为四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其探测器的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的火灾自动报替系统大多数为此类产品。由于此类产品具有先进的报替和控制功能，施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用。第三阶段为智能型火灾自动报警系统，由于采用了先进的计算机控制技术，对传感器输出信号的调理具有智能性，
13、其智能化程度大大提高。探测器的输出形4 1式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.3 研究意义及主要工作1.3.1 研究意义火灾是国内外普遍关注的灾难性问题。它是发生频率较高的一种灾害，在任何时间、任何地区都可能发生. 当前，随着我国经济实力的不断壮大，各地相继出现了一些具有一定智能化的大型建筑物智能建筑。由于建筑物、构筑物应用材料的多样性，各类工业和科学技术的发展，
14、易燃材料增多，加之人们生活环境和生活方式的变革，火灾的危险性日益增加，火灾次数、火灾造成的人员伤亡和经济损失逐渐增多。尤其是近几年来，由于高度和数量都飞速的增长，建筑的高度越高，其火灾危害性就越大，容易造成重大损失和人员伤亡事故，所以智能建筑消防安全是十分必要的，我们必须充分认识到消防系统在整个智能建筑中的重要作用。“消防”己经逐渐形成一门独立的学科，专门研究如何预防和控制火灾的发生和蔓延。当今世界，由于电子技术、自动控制技术及计算机技术的高速发展，有力地促进了消防系统的发展。现代消防系统，无论在结构上还是在功能上，都己达到很高的水平。现代消防系统中采用了先进的火灾探测器探测火情，自动确认火灾
15、并发出火灾报警信号，自动启动灭火设备、指挥灭火。自动化消防系统的设计，涉及到许多领域和学科，如核物理、微电子、信息科学、通讯、网络、图像处理、建筑暖通、电气等，并且已经大量融入计算机技术、电子技术、传感器技术以及现代自动控制技术。总之，现代消防系统适应了高层建筑的需要，是人们高度防火意思的体现，又是现代科技发展的高度结晶。因此，如何针对智能建筑发展过程中存在的问题，研究出解决方案，使智能建筑朝着节约化、系统化、标准化的方向发展，让建筑智能化技术为中国建设提供更加安全、方便、舒适和成本适中的建筑物和建筑群，为人民创造更多无愧于信息时代的高智能化的工作、生活和学习环境，使智能建筑朝着绿色、环保、节
16、能、安全的主流方向发展。而我国正处于创建和谐社会、可持续发展社会的经济蓬勃发展时期，火灾自动报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，是智能建筑中建筑自动化系统的重要子系统，如何实现对智能建筑中火灾隐患的高效控制，5其意义深远。本课题结合强大的编程工具和先进的工业组态技术设计出的智能建筑消防综合软件平台，集消防系统仿真与控制于一体，包括了消防系统中的自动喷水灭火、气体灭火等自动灭火系统，涵盖了消防系统从探测、报警到设备联动控制整个过程，同时相应模拟一些系统故障现象并产生故障报警。通过设计补充理论教学与实践的缺陷，提升学生对智能建筑中消防系统的全面的理性的系统的认识。1.3.2 主要工作智能建筑消
17、防综合软件平台设计采用分块设计，我在这次设计中主要负责火灾自动报警系统设计，作为智能建筑的一个子系统，作为火灾的先期预报、火灾的及扑灭、保障人身和财产安全，起到了不可替代的作用。我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念去做，做好防范工作，我们只有严格按照消防规范规定进行消防设计、施工，才能限制火灾蔓延的范围，及时发现和扑救火灾，减少火灾造成的损失和人员伤亡。本次火灾自动报警系统设计的总体方案主要包括四个部分：(1)、仿真界面的设计：结合工程案例，运用编程软件设计出火灾报警系统的仿真界面。(2)、火灾探测系统的设计：包括火灾探测器的选配、探测区域探测器设置要点 、探测器总数
18、的确定。(3)、火灾报警控制系统的设计：火灾报警控制器的设计选配、报警区域的划分、确定区域火灾报警控制器的容量 、确定集中火灾报警控制器。(4)、联动控制系统的设计：火灾警报装置、消防专用电话、喷淋水泵等等。整个方案重点在于利用编程软件对火灾自动报警系统进行仿真控制，并且联系教学，使工程和实践教学相结合，最终实现教学仿真，模拟一些故障现象产生相应故障报警并记录报警和故障信息。2 火灾自动报警系统简介火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。 火灾自动报
19、警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段： (1)、多线制开关量式火灾探测报警系统。这是第一代产品，目前国内极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。 (2)、总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。这是第二代产品，尤其是二总线制开关量式探测报警系统，目前正被大量使用。 6 1(3)、模拟量传输式智能火灾报警系统。这是第三代产品，目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。 目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或
20、集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。但是在目前的实际工程当中，传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用。火灾自动报警系统一般分三种形式设计：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报警系统。就智能建筑的基本特点，控制中心报警系统是该设计最适用的方式。火灾自动报警系统的工作原理如图 2-1 所示。 灭火联动控制器现场铃声报警显示器报警生光火警按钮火警电话火灾探测器现场正常状态 稳定值烟雾温度图 2-1 火灾自动报警系统的工作原理图（1） 、控制中心报警系统它是由火灾探测器手动火灾报警按钮、区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器以及消防控
21、制设备等组成。一般情况下，在控制中心报警系统中，集中火灾报警控制器是设在消防控制设备内，组成消防控制装置。（2） 、区域报警系统它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器组成，适用于较小范围的保护。（3） 、集中报警系统7它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器和集中火灾报警控制器等组成，其构成的方框图。它适用于较大范围内多个区域的保护。该系统的容量越大，所要求输出的控制程序越复杂，消防设施控制功能越全，发展到一定程度便构成为消防控制中心系统。3 设计准则本次毕业设计参照控制中心式火灾自动报警系统的原理，将整个系统分为三个子系统：1、探测系统。2、报警系统。3、联
22、动控制系统。智能建筑中的火灾自动报警系统设计，首先必须符合 GB50116-98火灾自动报警系统设计规范的要求，同时也要适应智能建筑的特点，各系统的设计标准如下：3.1 火灾探测系统（1） 、火灾探测器的选择：1）对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的场所，应选择感烟探测器；2）对火灾发展迅速，可产生大量热、烟和火焰辐射的场所，可选择感温探测器、感烟探测器火焰探测器或其组合；3）对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量的烟的场所，热应选择火焰探测器；4）对火灾形成特征不可预料的场所，可根据模拟试验的结果选择探测器；5）对使用、生产或聚集可燃气体或可燃液体蒸气的场所，应
23、选择可燃气体探测器。（2） 、探测区域的划分：1）探测区域应按独立房（套）间划分，一个探测区域的面积不宜超过 500；从主要入口能看清其内部且面积不超过 1000的房间，也可划为一个探测区域；2）红外光束线型感烟火灾探测器的探测区域长度不宜超过 100m，缆式感温火灾探测器的探测区域长度不宜超过 200m，空气管差温火灾探测器的探测区域长度宜在 20100m 之间。（3） 、火灾探测器部位的设置：1）应与保护对象的等级相适应；2）应符合国家现行有关标准、规范的规定。8 13.2 控制系统（1） 、控制中心报警系统的设计：1）系统中至少应设置一台集中火灾报警控制器、一台专用消防联动控制设备和两台
24、及以上区域火灾报警控制器，或至少设置一台火灾报警控制器、一台消防联动控制设备和两台及以上区域显示器；2）系统应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号；3）系统中设置的集中火灾报警控制器或火灾报警控制器和消防联动控制设备在消防控制室内的布置应符合 GB50116-98火灾自动报警系统设计规范第6.2.5 条的规定。(2)、报警区域的划分：应根据防火分区或楼层划分、一个报警区域宜由一个或同层相邻几个防火分区组成。3.3 联动控制系统控制消防设备的启停，并应显示其工作状态；消防水泵、防烟和排烟风机的启停，除自动控制外，还应能手动直接控制；显示火灾报警、故障报警部位。(1)、火灾警报装置：1）每
25、个防火分区至少应设一个，其位置宜设在各楼层走道靠近楼梯出口处，警报装置宜采用手动或自动控制方式；2）在环境噪声大于 60dB 的场所设置火灾警报装置时，其声警报器的声压级应高于背景噪声 15dB。(2)、火灾应急广播：1）控制中心报警系统应设置火灾应急广播，集中报警系统宜设置火灾应急广播；2）火灾应急广播扬声器应设置在走道和大厅等公共场所,每个扬声器的额定功率不应小于 1w,其数量应能保证从一个防火分区内的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于 25m,走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于 12.5m。(3)、消防专用电话：1）消防专用电话网络应为独立的消防通信系统；2）消防控制室应设置
26、消防专用电话总机，且宜选择共电式电话总机或对讲通信电话设备；3）消防水泵房、主要通风和空调机房、排烟机房、消防电梯机房及其他与消防联动控制有关的且经常有人值班的机房等部位应设置消防专用电话分机；94）设有手动火灾报警按钮、消火栓按钮等处宜设置电话塞孔；5）消防控制室、消防值班室或企业消防站等处，应设置可直接报警的外线电话。4 设计步骤4.1 火灾探测系统的设计4.1.1 火灾探测器的选择火灾探测器是火灾自动报警系统对象分为感烟火灾探测器、感温火灾探测器、感光火灾烟温复合式火灾探测器以及气体火灾探测器，常用火灾探测器性能特点及适用范围如表 4-1 所示：表 4-1 火灾探测器性能特点及适用范围探
27、测器型 性能特点 适用范围 备注点型离子感烟探测器灵敏度高，历史悠久技术成熟性能稳定，对阻燃火的反应最灵敏宾馆客房、办公楼、图书馆、影剧院、邮政大楼等公共场所点型光电感烟探测器灵敏度高，对湿热气流扰动大的场所适应性好同上易受电磁干扰，散射光型黑烟不灵敏感烟探测器 红外光束 激光 线型感烟探测器探测范围大，可靠性环境适应性好会展中心、演播大厅、大会堂、体育馆、影剧院等无遮挡大空间易受红外、紫外光干扰；探测视线易被遮挡点型感温探测器性能稳定，可靠性环境适应性好厨房、锅炉间、地下车库、吸烟室等造价较高，安装维护不便感温探测器缆式线型感温探测器同上电气电缆井、变配电装置、各种带式传送机构等造价较高，安
28、装维护不便续表 4-110 1火焰探测器对明火反应迅速，探测范围宽广各种燃油机房，油料储藏库等火灾时有强烈火焰和少量烟热场所易受阳光和其它光源干扰；探测被遮挡，镜头易被污染复合探测器综合探测火灾时的烟雾温度信号，探测准确，可靠性高装有联动装置系统等单一探测器不能确认火灾的场所价格贵，成本高智能建筑中应以感烟火灾探测器选用为主，个别不宜选用感烟火灾探测器的场所，应该选用感温火灾探测器。该设计中选用的是离子感烟探测器。4.1.2 探测区域探测器设置要点根据标准规定:火灾探测区域一般以独立的房间划分探测区域内的每个房间内至少应设置一只探测器。在敞开或封闭的楼梯间、消防电梯前室、走道、坡道、管道井、闷
29、顶、夹层等场所都应单独划分的探测区域，设置相应探测器、内部空间开阔且门口有灯光显示装置的大面积房间可划分一个的探测区域，但其最大面积不能超过 1000。探测器的设置一般按保护面积确定，每只探测器保护面积和保护半径确定，要考虑房间高度、屋顶坡度、探测器自身灵敏度三个主要因素的影响，但在有梁的顶棚上设置探测器时必需考虑到梁突出顶棚影响，如表 4-2 所示：表 4-2 梁突出顶棚高度或净距对探测器设置的影响梁的高度或净距 影响程度高度600mm 时 被梁隔断的每个梁间区域至少设置 1只探测器梁间净距时1m 时 不考虑另外，在设置火灾探测器时，还要考虑智能建筑内部走道宽度、至端墙的距离、至墙壁梁边距离、空调通风口距离以及房间隔情况等的影响。4.1.3 探测器总数确定首先确定一个探测区域所需设置的探测器数量，其计算公式为： N=SKA
