智能建筑火灾自动报警系统的研究

智能建筑火灾自动报警系统的研究内容摘要：

的火焰面积和尖角特征出发，重点研究了数字图像处理技术识别方法第四章主要研究BP神经网络算法在火灾自动报警系统的应用。 首先介绍了神经网络的基本原理，然后对BP神经网络的基本结构做了研究，再次对BP算法的学习算法步骤做了详细的阐述，最后采用BP神经网络算法，对火灾探测进行了视频检测、气体辨识BP网络训练与验证实验和现场实例分析，取得了较好的实验效果。 第五章首先对自己的研究工作进行了全面的总结，然后用科学发展观的眼光，探讨了智能建筑火灾自动报警系统这一领域的发展方向。 59工程硕士学位论文 第二章 智能建筑火灾自动报警系统构成原理第二章 智能建筑火灾自动报警系统构成原理 智能建筑的组成及功能智能建筑是采用系统集成方法将计算机、通讯、信息技术与建筑艺术有机结合的产物。 智能建筑的结构可用图21表示。 它由智能建筑环境内系统集成中心(SIC, System Integrated Center)，利用综合布线系统(PDS, Premises Distribution System)，形成标准化强电与弱电接口，连接3A系统即建筑自动化系统(BAS, Building Automation System)、通讯自动化系统(CAS，Communication System)、办公自动化系统(OAS, Office Automation System)，实现3A功能即建筑自动化、通讯自动化和办公自动化功能。 图21 智能建筑结构示意图综合布线系统综合布线系统(PDS)是智能建筑连接3A系统各种控制及信号必备的集成化通常使用传输系统，它利用无屏蔽双绞线(UTP)或光纤实现建筑物内的语言、数据、监控图像和楼宇控制信号的实现传输。 PDS由工作区（终端）子系统、水平布线子系统、垂直干线子系统组成，是命令运行的可信赖的保证。 PDS克服了传统布线中各系统互不关联、施工管理复杂、缺乏统一标准及适应环境变化灵活性差等缺点。 它采用积木式结构、模块化设计、实施统一标准，满足智能建筑高效、可靠、灵活性强的要求[17]。 建筑设备自动化系统建筑设备自动化系统对智能建筑中的暖通、空调、电力、照明、供排水、消防、电梯、停车场、废物处理等大量机电设备进行有条不紊的综合协调，科学运行管理及维护保养工作[19]。 它为所有机电设备提供了安全、可靠、节能、长寿。 通讯自动化 该系统可分为卫星通讯、图文通讯、语言通讯及数据通讯等四个子系统[20]：(1) 卫星通讯突破了传统的地域观念，起到了零时时差信息的重要作用；(2) 图文通讯在当今智能化建筑中，可实现传真、可视数据检索、电子邮件、电视会议等多种通讯业务。 (3) 语言通讯系统可提供预约呼叫、等候呼叫、自动重拨、快速拨号、转向呼叫、直接拨入、用户账单报告、语言邮政(Email)等上100种不同特色的通讯服务；(4) 数据通讯系统可供用户建立区域网，以联接其办公区内电脑系统及其外部设备，从而完成电子数据交换业务(EDI)。 系统还可使不同型号的电脑相互之间进行通讯。 办公自动化系统OAS用于实现智能建筑中涉及部门多、综合性强、时效性高的行政、财务、商务、档案、报表、文件等信息管理业务。 因此，办公自动化系统被誉为智能建筑忠实可靠的人事、财务、行政、保卫、后勤的总管。 OA系统是在CA系统基础上建立起来的信息系统，主要由日常事务型和决策型两个子系统组成。 前一个子系统是通用的，主要是提高人们的工作效率。 后一个子系统与人们从事的工作领域有关。 如：金融领域的专用信息系统、工业企业领域的专用信息系统、国家宏观经济调控领域的专用信息系统等[21，22]。 智能建筑火灾自动报警系统 基本结构 “火灾自动报警系统”实际上是“火灾探测报警和消防设备联动控制系统”的简称[23]。 其结构示意图如22所示。 从图中可以看出：在火灾报警系统中，火灾探测器长年累月地监控被警戒的现场和对象。 当监测场所或对象发生火灾时，火灾探测器将检测到火灾产生的烟雾、高温、火焰及火灾特有的气体等信号并转换成电信号，经过与正常状态或参数模型分析比较，给出火灾报警信号。 产生报警并通过火灾报警控制器上的声光报警显示出来。 同时，火灾自动报警系统通过火灾报警控制器启动警报装置，告诫现场人员投入灭火操作或从火灾现场迅速逃离疏散；并且启动断电控制器装置、防排烟设备、防火门、防火卷帘、消防电梯、火灾应急照明、消防电话等减灾装置，防止火灾扩散蔓延；一旦火灾被及时扑灭，系统又恢复到原来的监控状态。 图 22 火灾自动报警系统示意图 基本性能 图23为火灾自动报警系统结构及功能关系图。 从图中可以得知：高层建筑及智能建筑中的火灾自动报警系统是以火灾现象为监测对象，根据防火、灭火要求和特点而设计、构成和工作的。 是一种及时发现和通报火情，并采取有效措施控制和扑灭火灾而设置在高层建筑或智能化建筑物中的自动消防设施，是将高层建筑或智能化建筑中的火灾消灭在萌芽状态，减少火灾危害及其损失的有力工具。 随着社会的进步和经济繁荣，火灾自动报警系统作为有效的消防技术手段之一，也越来越显示出它的重要性。 火灾自动报警系统以先进的火灾控测技术和独特的报警装置的高分辨率，不但能报出大楼内火警所在的位置和区域，而且还能进一步分辨出是所连接的哪一个装置在报警以及装置的类型、本大楼消防系统的具体处理方式等；系统可以使大楼的灯光、照明、配电、音响与广播、电梯等装置，通过中央监控装置或系统实现联动控制，实现通信、办公和保安系统的自动化。 所以，从消防安全需要出发，高层建筑或智能化建筑火灾自动报警系统应该采用相关规范要求的系统设计模式[24]。 一般来说，火灾自动报警系统应具备以下几个方面的性能要求：（1）具有模拟量或智能化火灾探测方法和总线制系统结构；（2）现场火灾探测器或传感器能采集动态数据并有效传输；（3）报警控制器具有火灾识别模型，火灾报警可靠及时，误报率低；（4）系统具有报警阈值自动修正、灵敏度高等判优等功能；（5）系统工作稳定，兼容光焕发性强，消防设备联动控制功能丰富，逻辑编程便利；（6）系统具有数据共享、电源与设备监控、网络服务和消防设备管理功能；（7）系统具有良好的人机界面和应用软件，具有综合管理和服务能力。 图23 火灾自动报警系统结构及功能关系图 基本要求 “报警早，损失少”，早期发现火灾和及时扑救火灾是设计火灾自动报警系统的出发点和终极点。 其目的是能将损失控制在最小范围内，满足高层建筑或智能化建筑消防安全方面的性能要求。 正是基于这种思想和高层智能化建筑以自救为主的消防指导原则，我国的消防技术规范《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045——1995)（2002年版）、《建筑设计防火规范》(GBJ161987)（2002年版）、《建筑内装修设计防火规范》(GB50221995)和《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116——1998)等都对火灾自动报警系统及其技术产品提出了以下的一些要求：(1) 确保建筑物内火灾探测和报警功能有效，保证不出现漏报真实火灾；(2) 克服环境因素对系统的影响，减少系统的误报率；(3) 确保系统工作可靠稳定，信号传输准确及时；(4) 要求系统具有设计灵活性和产品成系列兼容性，适应不同工程需要；(5) 要求系统工程适应性强，系统布线简单、灵活、方便；(6) 要求系统应变能力强，为工程调试、系统管理和维护诸方面提供方便；(7) 要求系统的性能价格比高；(8) 要求系统联动功能丰富、联动逻辑多样、控制方式有序有效。 总之，火灾自动报警系统是确保现代高层建筑及智能化建筑免除或减少火灾危害的极其重要的安全设施。 正确合理地设计、安装火灾自动报警系统是现代高层建筑及智能化建筑电气设计、施工的一顶重要内容。 因此，对于从事消防系统工程和建筑电气技术工作的工程技术人员而言，系统掌握高层建筑及智能化建筑火灾自动报警系统的组成原理、结构特点，熟悉火灾自动报警系统主要设备装置的电路原理、技术性能是极其重要的。 火灾探测器原理 火灾自动报警控制器 火灾自动报警系统的所有设备都直接或间接地与火灾报警控制器相连接，火灾报警控制器是火灾自动报警系统的心脏[25]。 虽然各厂家的生产的控制器性能、型号不完全相同，就是同一厂家生产的不同型号的产品性能也有很大的差别，但总的要求都必须符合国标GB4717的标准，控制器的基本功能是：(1) 主备电源 主电源是为火灾自动报警系统提供可靠的供电电源服务， 以保证系统正常运行的条件。 当备用电池的电压低于20V时，控制器报故障，这时应关闭维修，以防蓄电池过放而被损坏，影响火灾自动报警的正常运转和监控。 (2) 火灾报警 这是火灾自动报警系统的关键部份。 当收到探测器（手动报警按钮、消火栓按钮及输入模块）发来的火警信号时，均可在控制器发出声、光报警信号；这时火警指示灯亮；显示首次报警地址号及总数，其余火警可通过键盘操作显示火警地址；锁定时钟显示，直至火警复位，才显示实际时间（年、月、日、时、分）。 (3) 故障报警 故障报警即是我们平时说的“误报”，当出现这种情况时，故障指示灯亮；发出长音故障音；显示首次故障地址号及类型号；锁定时钟显示，直至故障复位，才显示实际时间；故障情况下出现火警时，则由故障报警自动转化为报火警；当火警被清除后，又恢复故障报警。 因此，尽量减少故障报警是提高火灾自动报警系统准确率的极其重要的一环。 (4) 自动巡检 自动巡检功能好像公安巡逻民警巡查社会治安状况一样，当火灾自动报警系统长期处于监控状态，为了检查系统工作是否正常，控制器设置检查键。 处于检查状态时，凡是运行正常的部件均能向控制器发回火警信号，此时控制器做出相应反应，说明整个报警系统工作是正常的。 (5) 自动打印和记录功能控制器能保存供火灾调查用的永久性的火警和故障信息，并可随时调用。 (6) 隔离功能 火灾自动报警系统安装完毕后，电源接通后，系统就开始注册，自动完成对每个部件赋予部位号。 系统运行某个部件出现故障时，为了保证系统正常运行，就对故障部件实行手动关闭（隔离）。 这就是隔离功能。 (7) 联动控制 联动控制有自动和手动两种方式，用功能键进行选择。 （8）火灾报警控制器产品型号编制方法火灾报警控制器产品型号编制方法[26]是按照“中华人民共和国专业标准ZB C8100284”执行的，其编制方法如图24所示。 火灾报警控制器代号号码号JBCQG20主参数结构特征代号分类特征代号应用范围特征代号号码号号消防产品分类代号号⑥⑤④③②①图24 火灾报警控制器型号编制方法 火灾自动报警系统的线制 火灾自动报警系统的线制是指探测器和控制器之间的连线数量及其相应的技术，连线数量的多少关系到设计的工作量、施工的难度、系统的可靠性、系统的运行机制和工程的成本。 多线制系统在大规模集成电路出现之前，出于对探测器体积和质量的限制，探测器本身没有编码器，为了确定大量探测器的位置，将每个探测器的引线直接连到控制器，在控制器的接线处标明该探测器的位置，这就实现了火灾报警到部位的功能。 图25为多线制火灾自动报警系统连线图。 控制器123n 图25 多线制火灾自动报警系统连线制总线制系统20世纪80年代以来，大规模集成电路的出现，使得每个探测器给定一个特定的编码地址成为可能。 编码地址和探测器的平面配置图互相对应，只要知道了编码地址也就知道探测器的部位。 手动报警按钮、消火栓按钮、输入模块和输出模块等部件，也采用同样的方法进行编码。 编码方式有下面几种：(1) 机械编码。 最早的编码器用8位拨码开关设置地址码，拨码开关按二进制方式进行编码，其中第8位不用。 (2) 电子编码。 用电子编码器通过有线的方法对探测器、模块和火灾显示器等进行电子编码。 其原理是：将探测器或模块的两根总线输入端与电子编码器的总线输出端相连，电子编码器可对探测器的地址码、设备类型、灵敏度等进行设定、读出和删除；也可以对模块的地址码、设备类型、状态参数进行设定、读出和删除。 (3) 预置编码。 近年来有的厂家在出厂时，就将探测器的唯一地址码设置好。 现场调试人员只要将所使用的探测器的地址码读出，标在设计图上，然后在相应的地址码上将该部件的位置名称输入主机。 传输系统传输系统的功能是传递现场设备、部件（如探测器）与微处理器之间的所有信息。 一般采用专用的阻燃的双胶线或电缆传输信号，传输距离最大为12001500m。 为了减少导线损耗的影响，常常采用的是间接传输方式：即有频率传输和数字信号传输等。 传统火灾自动报警系统传统火灾自动报警系统是指1995年以前，我国生产的火灾探测器都是开关量火灾探测器，由于探测器的输出只有两种状态，用软件方法进行信号处理也十分简单，人们将这样的系统称为传统火灾自动报警系统。 从设计角度来说，传统火灾自动报警系统设计范围根据工程建设规模的大、小；保护智能建筑的对象（防火等级的二级、一级、特级）；联动功能的简单、较复杂、复杂；消防管理机构设置的形式等等。 传统的火灾自动报警系统规模大小分为区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统三种基本形式[27]。 现代火灾自动报警系统随着微电子技术和计算机软件技术在消防产品中的大量应用，集成化、智能化和网络化程度的不断提高，火灾自动报警系统的结构形式越来越灵活多样，很难精确划分几种固定模式。 而微型计算机极强的运算能力、众多的逻辑功能等优势，对改善和提高系统的快速性、准确性、可靠性方面显示出强大的生命力。 在火灾报警控制器性能改进方面，产生了可寻址开关量报警系统。 模拟量探测器的诞生，使得用软件处理火灾信号的能力大大地提高，产生了许多新的算法，推动了火灾自动报警技术的进步。 为了后续章节研究的需要，这里作重点简介。 工作原理图26是一个以微型计算机为基础的现代火灾自动报警系统的基本原理。 系统中，火灾探测器、消防联动设备等必须通过输出接口才能与微处理器相连。 (a) 基本原理(b) 基本。