1、某医院综合楼的火灾自动报警系统设计摘 要由于中国社会经济的快速增长，建筑业的发展逐步达到了强劲的水平，一系列的安全问题也随之而生，其中以火灾灾害最为显著。特别是近几年，我国的火灾事故高频发生，有较强的危险性和破坏性，对人身和财产安全造成不可预测的损害，引发了人们对火灾预防和事故处理的高度重视，促使了火灾自动报警系统的产生，而一套良好高效的火灾自动报警系统不仅能提前预知火情，还可以及时处理火灾，以减少人员伤亡和财产损失。到目前为止，火灾自动报警技术发展尤其迅速，应用范围也逐渐变广，但对于医院这个特殊环境来看，普通的系统可靠性、智能化程度低，早已无法满足现状，因此，本设计专门对医院综合楼这个特殊建
2、筑设计了一套系统化、智能化的火灾自动报警系统，以便能快速有效的抵御火灾。 本设计首先了解了医院火灾自动报警系统的应用情况，深入分析了国内外对该技术的研究现状，提出了总的设计思路，其次结合多个消防、建筑标准规范和医院综合楼消防的实际需求开展一系列研究，其主要研究内容如下：(1)确定医院综合楼所需火灾探测器的选型；(2)划分防火分区、报警区域与探测区域；(3)根据现有的医院建筑图纸，将探测系统与控制系统进行联结，最后实现完整的系统联动设计，确保在发生火灾后能及时救援，减少损伤。关键词：自动报警；联动控制；智能设计 第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义 随着医疗行业的快速发展，人们对医院环境的要
3、求也越来越高，导致医院建筑越来越多，建筑的规模也越来越大，与此同时，建筑的标准也越来越高。由于医院是一个设备先进、资料档案较多，人员较为集中的一个场所，一旦发生火灾将引起大量的人员和财产损失，因此，火灾自动报警系统已成为医院消防系统中不可或缺的重要组成部分，可以及时发现火灾，采取扑救措施。本设计针对医院综合楼的消防安全，在已有的建筑图纸上，设计了集火灾探测报警和消防联动控制为一体的综合性系统，旨在为该医院综合楼的消防系统设计提供依据，加强医院综合楼的消防安全建设。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状自1980年以来，国外的火灾报警系统得到了长足的发展，并且已经出现了从传统到智能的趋势
4、。以下是其发展阶段： 在第一阶段，Swiss Siberus公司开发了第一个可寻址的自动火灾警报系统，并引入了用于做出警报决策的控制器，该控制器具有连续监控、对灵敏度变化的自动补偿和用于手动干预的预警功能1。在第二阶段，日本消防研究所和能美公司等在研究了人工智能的应用时，利用烟雾、温度和CO传感器的多传感器应用技术，研发了可以同时处理多个信息的系统，能及早发出火灾警告以确定是否发生了火灾1。在第三阶段，Swiss Siberus公司又推出了智能分布式火灾自动报警系统，该系统使用了模糊逻辑和人工神经网络算法软件来做出报警决策。它的最大优点是可以准确地区分真假火灾，并减少假警报1。在第四阶段，美国
5、的Notifel公司和System Sensor公司联合开发了一系列由智能多传感器探测器组成的AFP-400智能分布式火灾自动报警系统，在探测器灵敏度上有了更大的突破1。到目前为止，部分发达国家如美国、英国、德国、日本等仍在对火灾自动报警系统进行研究，使其更加的智能化，以便更加快速和可靠的探测到火灾，及时扑救。1.2.2 国内研究现状随着科学技术的发展，我国对火灾自动报警系统的设计也不断提高，实现了火灾自动报警系统多线型-总线型-智能型的发展趋势，为了使其进一步的发展，近年来，我国学者针对不同领域建筑火灾自动报警系统做出了以下研究：章梁斌通过分析高校图书馆火灾报警系统的应用需求，提出重要的消防
6、设施应同时设计总线模块联动控制和多线启动装置，并阐明了系统联动控制的思路和方法2。曹嫣提出了地铁站消防联动控制系统的设计方案，并解释了如何操作自动火灾报警、环境与设备监控和综合监控三大系统，成功实现了地铁站的火灾自动报警3。马春英、王亚慧从火灾自动报警系统出发，结合联动控制系统和探测器的选择，从火灾报警、排烟、系统电源等方面对北京一家服装店的火灾报警系统进行了探讨，设计了一个符合建筑物本身特点的火灾自动报警系统4。陈美健提出了高层建筑火灾自动报警系统的设计要点，包括探测器的选择、报警系统及通讯系统的配置要求，确保火灾自动报警系统能够满足使用要求5。 黄玲全面论述了超高层综合建筑火灾自动报警系统
7、的设计，提出除联动控制方法外，消防中心还应设置手动直接控制装置，以确保火灾报警时能尽早发现，然后由联动控制器启动消防泵、排烟器等装置来控制火灾，保障人员财产安全6。贺通京建议以自动火灾报警和联动灭火系统的智能化设计为研究核心，以实现高层建筑火灾状况的监测、控制、报警和抑制，提高火灾预警和处理效率，减少火灾发生，降低损失 7。 综上所述，与西方发达国家相比，我国对火灾自动报警技术的研究起步较晚，发展也比较缓慢, 无论从理论研究还是实际应用来看,西方发达国家都远远高于我国,特别是对医院的特殊环境，我国原有的局部的、自动化程度低的火灾报警系统已经无法满足当前使用的需求，因此，本设计提出了一种系统化、
8、智能化的自动火灾报警系统，可以为医院提供更好的防火保障。1.3 课题的主要任务和内容安排本设计的主要任务是依据火灾自动报警系统设计规范(GB50116-2013)建筑设计防火规范(GB50016-2014)等相关标准，根据已有的医院综合楼的建筑图纸，为其设计一套良好高效的火灾自动报警系统。 本设计的内容结构安排如下：第一章：介绍课题的研究背景与意义、国内外学者对其的研究现状、课题的主要任务和内容安排，了解目前医院火灾自动报警系统的存在的缺陷，并根据现有的某医院综合楼的建筑图纸结合相关的文献资料设计该系统。 第二章：介绍火灾自动报警系统的构成，阐述系统的总体设计框架及相关标准规范。第三章：分析医
9、院综合楼的特性，了解其工程概况，确定防火建筑类别和保护对象的等级，明确系统的结构选型，划分防火分区、报警区域和探测区域，设置火灾探测器、控制器、显示盘、手动报警按钮、消火栓按钮等火灾报警设备。第四章：在已有的基础上，加入消防联动的设计，将火灾探测报警系统与灭火系统、防烟系统、防火系统、消防专用系统和应急系统进行联动联结，确保在发生火灾后能够及时救援，减少损伤。第2章 火灾自动报警系统2.1 火灾自动报警系统概述火灾探测报警与消防联动控制系统简称为火灾自动报警系统，它是一种自动消防设施，可实现早期的火灾探测和报警，然后将信号通过控制器发送到相应的消防设备，并接收反馈信号以实现预测和消防功能。图2
10、1所示的是其基本组成：图21 火灾自动报警系统的基本组成图2.2 系统总体设计框架图22 系统总体设计框架由图22 系统总体设计框架图所示，火灾发生时，处于现场的人员通过触动手动报警按钮报警或是火灾探测器在检测到光、热、烟、气等信号时自动报警，并将报警信号传输到火灾报警控制器，经接收后，由火灾显示盘确认报警的部位，同时报警器发出声光报警，然后再将报警信号传至消防联动控制器，得到确认之后，启动相应的消防设备，实现消防的功能。另外，消防控制室的值班人员在显示器上发现火情后，也可以通过手动操作直接启动系统消灭火灾。第3章 医院综合楼火灾探测报警系统设计3.1 医院综合楼的特性医院综合楼的特点：(1)
11、占地面积广，楼层高，是医院最具代表性的建筑；(2)综合楼内部结构复杂，是集门诊与病房为一体的建筑，增加了系统设计的复杂性，使难度加大；(3)群体密集化较为严重，一旦发生火灾，没有及时采取扑救措施，势必造成大量人员伤亡；(4)医疗设备先进，易燃药品较多，若是发生火灾，经济损失必定无法避免，而且后果十分严重。3.2 综合楼工程概况3.2.1 建筑概况该综合楼是医院的主体建筑，共计二十层（包括地下一层的车库），总建筑面积约3.2万m2，表31所示的是其楼层的建筑概况：表31楼层建筑概况楼层建筑面积(m2)用途屋顶249.12m215191428.58 m2神经外科、脑外科141481.86 m2手术
12、室131481.86 m2ICU病房、输血科11121428.58 m2心血管内科、外科101428.58 m2妇产科91428.58 m2儿科681428.58 m2消化内科、泌尿内科、康复内科、神经内科51428.58 m2呼吸科、血液科42098.43 m2诊室32098.43 m2五官科、皮肤科21991.89 m2诊室12052.41 m2门诊、药房、治疗室-11895.02 m2车库3.2.2 建筑图纸该综合楼的建筑CAD图纸（以第二层为例）如图31所示：图31二层平面图3.3 防火类别与等级的确定3.3.1 建筑防火分类根据建筑设计防火规范，民用建筑根据建筑物的高度和楼层数量可分
13、为单层和多层民用建筑（建筑高度 27m），而高层民用建筑又根据其建筑物高度、使用功能和建筑面积分为一类建筑（建筑高度 54m）和二类建筑（27m 建筑高度 100m）、一级（一类建筑）、二级（二类建筑）和三级（十层以下的居住建筑）。由于该医院综合楼为一类防火建筑，根据分级原则应为一级保护对象。3.4 系统的结构选型火灾自动报警系统形式的选择应如表32所示：表3-2系统形式的区别系统类型系统功能适用场所区域报警控制系统仅探测火灾并发出声光警报，没有联动自动消防设备的能力仅需要报警，不需要联动自动消防设备的场所，一般适用于二级保护对象集中报警控制系统既可以探测火灾，也具备联动自动消防设备的能力系统
14、中设置一台集中火灾报警控制器和两台及以上区域火灾报警控制器，或是设置了一台火灾报警控制器和两台及以上区域显示器，其不仅需要报警，还需要联动自动消防设备的场所，一般适用于一级和二级保护对象控制中心报警系统与集中报警控制系统一致，但系统容量更大配置了两个以上的集中报警控制系统或两个以上的消防控制室的场所，一般适用于建筑群或体量很大的保护对象由于控制中心报警系统更适合建筑群或大体积的保护对象，并且对配置有更高的要求，而该医院综合楼是一个大型单体建筑，为了使其能在成功实现自动报警的基础上，又能节约资源、降低成本，本设计采用了集中报警控制系统。3.5 防火分区的划分3.5.1 防火分区的介绍根据防止火势
15、蔓延到防火区域外的功能分类，可以将防火区域分为水平防火区和垂直防火区。其中，水平防火区是指用防火装置在水平方向上隔开各楼层的防火区域，以防止火灾在水平方向上蔓延，而垂直防火区是指使用耐火性能良好的楼板和隔墙（包括窗户的下墙）来防止多层或高层建筑的地板之间垂直蔓延。3.5.2 防火分区的划分根据建筑设计防火规范第5.3.1条规定，高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，且每个防火分区允许最大建筑面积地上为1500m2,地下为500m2，但因该建筑防火分区内设有自动灭火设备，其最大允许建筑面积应增加一倍，因此该医院综合楼地上允许的最大防火分区面积应为3000 m2,地下应为1000 m2。由此可知，
16、对于本设计，地下一层划为两个防火分区，地上一至十九层（含屋顶）每层划为一个防火分区。3.6报警区域和探测区域的划分3.6.1 报警区域和探测区域的划分为了便于系统的设计与管理，可将系统划为报警区域和探测区域。报警区域是设置区域火灾警报控制器的基本单位。根据系统设计，它是防火区或部分被楼层隔开的局部空间，既可以是一个防火分区，也可以是多个防火分区（同一楼层）组成，其作用是在确定报警和火情的位置后解决系统的联动设计问题。但是，必须注意，同一防火分区不能位于两个不同的报警区域中。同样，同一报警区域也不能保护不同楼层的多个不同防火分区。探测区域是火灾探测部位编号的基本单元，主要功能是快速识别火警的发生
17、部位，并详细描述发出警报的探测器的位置，是对报警区域的进一步划分。但应该提到的是，一个报警回路只能由一个探测区域的火灾探测器组成，并且与火灾报警控制器上的部位号相对应。以下是探测区域划分的规定：(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；从从正门可以看到室内，且面积不超过1000的房间，也可划分为一个探测区域。(2)红外光束线型感烟探测器和缆式感温探测器的探测区域长度不宜超过100m；空气管差温探测器的探测区域长度宜在20100m之间。(3)在某些特殊场所，探测区域应单独划分；如建筑物闷顶、夹层，开放式或封闭式楼梯间、防烟楼梯间，走道、坡道、管道井以及消防电梯前室、
18、防烟楼梯间前室及其合用的前室等。3.6.2 医院综合楼区域的划分根据以上区域划分的规定可知，每一层都是一个报警区域，地下一层可分为10个探测区域，地上一层可分为11个探测区域，第二层可分为10个探测区域，第三至四层每层可分为11个探测区域，第五至十九层每层可分为8个探测区域，屋顶可分为6个探测区域。3.7 火灾探测器的选择、设置及计算3.7.1 火灾探测器的选择火灾探测器是一种在火灾自动报警系统中探测现场然后发现火灾的设备。根据火灾探测的不同特性，可将其分为六种基本类型：感烟探测器、感温探测器、感光探测器、气体探测器、图像式探测器和复合式探测器。以下是对这几种类型的基本介绍：(1)感烟探测器a
19、.定义及作用：一种将检测部位烟气浓度变化转换为电信号的装置，可以在火灾形成的早期阶段检测出烟雾，并达到火灾预警的目的。 b.分类：通常分为离子感烟式、光电感烟式、红外光束感烟式三种类型，其中前两者为点型感烟探测器，后者为线型感烟探测器，其主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接收器分为了两个独立的部分，使用时，它安装在两个相对的位置，中间用光束相连，用起来较为复杂，且易受其他因素影响，通常不采用。c.优缺点比较：离子感烟探测器对小粒子的响应灵敏度高，但是与烟的颜色基本无关，且易受环境干扰，存在放射性污染，而光电感烟探测器虽然对大颗粒有较高的响应灵敏度，但是它对烟雾的颜色具有一定的响应（散
20、射光型探测器可检测到灰色的可见烟雾），而且不易受环境支配，没有污染。(2)感温探测器a.定义及作用：将探测部位温度的变化转换为电信号的一种器件，可对火灾发生时物质燃烧产生的热量进行探测，达到火灾早期预警的目的。b.分类：根据监测温度参数的不同分为：定温式、差温式和差定温式，其中前两者均有点型和线型两种结构，而后者只有点型一种结构。c.优缺点比较：与前两者相比较而言，差定温式结合了定温和差温两种作用原理，能探测到温度升高后的数值和速率是否超过了某个规定值，其应用较为广泛。(3)感光探测器a.定义及作用：一种用于响应火灾的光特征的设备，可以检测发生火灾时材料燃烧所产生的可见或不可见光辐射，以达到预
21、警火灾的目的。b.分类：根据火焰的光特性，分为紫外线火灾探测器和红外线火灾探测器。前者对波长较短的光敏感，而后者对波长较长的光敏感。c.适用范围：瞬间可以产生爆炸的地方，例如石油和炸药等化学制品的生产和储存场所。(4)气体探测器a.定义：用于检测气体浓度的一种器件。b.适用范围：在易燃或有毒气体的危险场所，可以长时间连续检测爆炸下限以内空气中被测气体的含量。(5)图像型探测器a.定义：通过视觉图像实现智能分析控制的一种器件。b.适用范围：室外、隧道和室内有高大空间的特殊场所。(6)复合式探测器a.定义：对多个火灾参数都有响应的探测器。b.分类：有感烟感温式、感烟感光式、感温感光式等几种型式。c
22、.缺点：探测灵敏度不如单一探测器，且显示数据不直观，采集不便。根据该医院综合楼中探测器的使用情况，本设计采用了两种火灾探测器，具体如图32、33所示： 图32光电感烟探测器 图33差定温式感温探测器3.7.2 火灾探测器的设置及安装要求由于本设计采用的两种探测器均为点型探测器，因此其设置及安装应符合下列规定：(1) 探测区域内每个房间至少应安装一个探测器，且感温、感光探测器与光源之间的距离应大于1m；(2)如表33所示，应根据感烟探测器和A1，A2，B型温度探测器的防护面积和保护半径来确定安装位置，而C，D，E，F，G型感温探测器的装置应根据生产企业的设计手册确定，但不能超过下表的要求：表33
23、感烟探测器和A1、A2、B型感温探测器的保护面积和保护半径火灾探测器的种类地面面积S()房间高度 h（m）一只探测器的保护面积A和保护半径R屋顶坡度15153030A（）R(m)A（）R(m)A（）R(m)感烟探测器S80H12806.7807.2808.0S806H12806.71008.01209.9H6605.8807.21009.0感温探测器S30H8304.4304.9305.5S30H8203.6204.9406.3(3) 探测器与墙体，横梁边缘的水平距离不应小于0.5m，且在0.5m以内不应有障碍物；(4) 当房间被书架，设备或隔板隔开，并且从顶部到天花板或横梁的距离小于房间净高
24、度的5时，每个被隔开的部分至少应安装一只探测器；(5) 从探测器到空调送风口侧面的水平距离不应小于1.5m，并且应安装在靠近回风口的位置。探测器与多孔供气顶板孔之间的水平距离不应小于0.5m；(6) 在电梯井道中安装探测器时，其位置应在井道上方机房的天花板上；(7) 至少应在楼梯中的每3-4层安装一个探测器，如果被防火门、防火卷帘等隔开，则应在隔断处安装探测器，并在楼梯的顶部也安装一个探测器。(8) 将探测器安装在天花板上时，探测器边缘与下列设施边缘之间的水平距离应保持为：a. 距灯具的水平净距不应小于0.2m；b.感温探测器与高温光源灯之间的净距不应小于0.5m；c.距不突出得扬声器净距不应
25、小于0.1m；d. 一般与防火门、防火卷帘的净距为1-2m；(9) 不能在无法有效探测火灾的地方，使用和维护不便的地方（关键部件除外）以及潮湿的地方（如厕所和浴室）配备火灾探测器。3.7.3 火灾探测器的计算由于本设计涉及到的楼层较多，房间大小不一，应用的探测器种类和数量均不相同，因此以西药房为例，根据探测器的应用条件，确定其内部应设置点型感烟探测器，然后代入公式3-1，具体计算步骤如下所示：N=S/(KA)N=7.6*7.6（m2）/1.060（m2）N=2（取整数）因此，西药房应设置2只感烟探测器。如上所示，将该医院综合楼的各楼层房间数据代入公式3-1得出其所需的探测器数量，经计算得知，本
26、设计中应用了897个光电感烟探测器和105个差定温式感温探测器。3.8 火灾报警控制器的设置火灾报警控制器是火灾自动报警系统的中枢，其工作原理是当探测器发出火警信号时，由火灾报警控制器确认着火部位后发出音响报警或灯光报警，再将信号传到消防联动控制器，由其启动相应的消防设备，并将有关信息记录下来，实现联动。通过查阅相关资料，本次设计决定将火灾报警控制器放置在消防控制室内，而且为了布局美观，方便管理，采用了琴台式的火灾报警控制器（联动型）。3.9 火灾显示盘的设置火灾显示盘是通过总线连接到火灾报警控制器的警报显示设备，能够处理并显示由控制器传输的数据。它是用单片机设计和开发的，可以放置在每个楼层或
27、分区上，尤其是在入口和出口等明显且易于操作的部位，应予以安装，当安装在墙上时，离地面的底边缘高度应为1.3m1.5m。在该设计中，每个报警区域都设有一个火灾显示盘，以尽快找到火灾报警的位置并及时采取措施。3.10 手动报警按钮的设置手动报警按钮是指手动通知或确认火灾警报的设备。启动后，它将报警信号发送到控制器，控制器接收到它后，将显示其编号或位置并发出警报声。在正常情况下，手动报警按钮可以更可靠地掌握有关是否发生火灾的信息，而且通常不会再次确认，因此其紧急级别比探测器警报更紧急，可以更快的处理火灾。手动火灾报警按钮应在每个防火分区都设置一台，并将其安装在更明显且易于操作的部分，这不仅可以使其底
28、边高度在1.3m1.5m之间，还可以使其从该区域的任何位置到最近的手动火灾报警按钮的步行距离不超过30m。经调查研究，带电话插孔的手动报警按钮更符合本次系统设计，因此被采用。3.11 消防控制室消防控制室是一个特殊的空间，用于接收、显示和处理火灾警报信号，然后控制相关的消防设施。其具体设置要求如下所示：(1)单独设置消防控制室时，其防火等级不得低于二级；(2)在建筑物内设置消防控制室时，应设置在建筑物的一楼或负一楼（采取防水措施），并应布置在外墙附近，且其门应直接与室外或安全出口相连；(3)消防控制室内设备的布置应符合消防控制室通用技术的要求的规定。按照以上要求，本设计将消防控制室在综合大楼的
29、一楼，并靠近外墙，以确保安全进入。第4章 医院综合楼消防联动控制系统设计4.1 消防联动控制系统火灾确认后，消防联动控制器将从火灾探测器或手动火灾报警按钮接收报警信号，并按照预设的逻辑激活相应的消防设备，以达到报警和扑灭火灾的效果。这就是消防联动控制系统。当系统工作时，控制器应采用220V的电压输入，24V的直流电压输出，以便消防设备能够同时启动，实现自动灭火。4.2消火栓泵系统的联动及消火栓按钮的设置4.2.1 消火栓泵系统的联动(1)联动控制方式，消火栓按钮的动作信号作为系统的联动触发信号，由消防联动控制器联动控制消火栓消防泵的启动。(2)手动控制方式，将消火栓泵控制箱的启动、停止触点直接
30、引至设置在消防联动控制器上的手动控制盘，实现消火栓消防泵的直接手动启动、停止。(3) 作为系统联动反馈信号，应将消火栓主管水流量开关的动作信号或消火栓控制箱接触器的辅助触点的动作信号发送到消防控制室，并显示在消防联动控制器上。4.2.2 消火栓按钮的设置此设计使用可重复使用的编码消火栓按钮。发生火灾时，直接按下按钮即可向联动控制器发送火灾报警信号，以启动相关设备。此时，消火栓按钮的红色启动指示灯亮起，确认消防设备启动后，绿色应答指示灯亮起，并正式进行了消火栓泵的联动。此外，设计中使用的编码消火栓按钮与此次使用的手动报警按钮的设置要求一致。4.3 防排烟系统的联动防排烟系统主要包括防烟系统和排烟系统两部分，通常采用机械加压送风、自然通风或机械排烟的方式来防止烟气进入，当接收到联动火警信号后，便开始启动整个系统，来控制空气的调节。本次设计采用的是模块控制的方式，具体的联动操作如下所示：a.联动控制方式，系统主机收到联动火灾报警信号后，发送信号打开对应探测器的防火分区内的加压送风口，到对应送风口的火灾报警联动模块，然后发出命令启动该区域中的所有
