激光导向型消防应急照明装置的设计与研究

孙楠

摘要：本文设计了一种可通过激光导向引导人员疏散逃生的消防应急照明装置，在LED应急照明灯基础上增设声光警示装置、激光器、衍射器、PLC和投影幕板等构件组成，可联动消防报警联动控制系统运用于各类建筑、场所。调试安装后可提高人员疏散逃生效率，在消防安全应急疏散领域有一定的应用价值。

关键词：消防;激光导向;疏散指示;应急照明

1 引言

消防应急照明和疏散指示系统是现代建筑中必不可少的组成部分。随着我国经济社会的快速发展，各类建筑现代化、智能化程度逐步提高，对建筑火灾中安全、准确、迅速的引导人员疏散也提出了更高要求。建筑火灾发生时会产生烟雾颗粒阻挡视线导致能见度骤减，很大程度影响逃生者辨识疏散方向。目前，国内应急照明灯具、疏散指示标志大多采用LED光源。在发生火灾时的烟雾状态下，应急照明和疏散指示灯具的普通照明光穿透效果较弱，无法达到预设照度，会导致人员疏散受限。提出一种通过激光导向引导人员疏散逃生的消防应急照明装置。该装置在现有消防应急照明灯具的基础上，使用聚焦激光形成穿透性强、可见度高的线性光束引导疏散方向，同时通过激光衍射技术投射辨识度高的疏散指示图像，提升逃生人员疏散效率。

2 激光导向型消防应急照明装置的方案设计

该装置由LED应急照明灯、声光警示装置、532nm激光器、衍射器、PLC和投影幕板等部件组成。以装置安装在疏散走道尽端投射引导至通道拐点，安装高度距地面2.5米为例，工作示意图如图1所示。

装置运行时，由激光导向器主灯聚焦为朝疏散方向投射的可见光束引导人员疏散，主灯激光亦可由PLC控制通过衍射镜片在投影幕板上衍射为静态或动态疏散指示光标。LED应急照明灯朝疏散目标方向照射，为人员疏散提供照明同时指示疏散方向。通过声光警示装置报警并发出语音提示，引导逃生人员沿所述应急照明灯的照射方向和激光影像系统的投射方向疏散。

另外，针对疏散走道两侧存在布房或预设有激光投影区的场所可在该装置基础上增设激光导向器子灯。子灯由PLC发出指令，在两侧墙面或预定区域投射静态或朝疏散方向移动的疏散指示光标，引导人员疏散逃生。工作示意图如图2所示。也可分别在不同方位安装多个激光导向器子灯，由PLC控制子灯组按照一定时间序列工作，形成连续动态的疏散指示光标。

3 激光导向型消防应急照明装置的工作方式

激光导向型消防应急照明装置运行状态分为四种，分别为非运作模式、普通模式、测试模式和应急运作模式。非运作模式运行时，声光警示装置、激光器及应急照明光源保持关闭状态;普通模式运行时，激光灯主灯和子灯可投射显示静态疏散指示光标，应急照明灯处于伺服状态用以辅助正常照明;测试模式运行时，PLC系统启动指令设置功能和自检诊断，应急照明灯、激光灯、声光警示装置以及影像系统启动测试运行;应急运作模式运行时，由PLC预设模块驱动控制激光灯主灯和子灯，其中主灯朝疏散方向聚焦投射可见光束或在投影幕板上衍射为静态或动态疏散指示光标，单个或多个激光导向器子灯朝疏散目标方向衍射静态或者动态疏散指示光标，同时应急照明灯及声光警示装置相应运行。

激光导向型消防应急照明装置由应急照明集中电源或应急电源配电箱提供电源。非火灾状态下，装置保持主电源供电并处于非运作模式或普通模式。火灾确认后，可手动控制该装置启动应急运作模式。设置有消防报警联动控制系统的场所，该装置可与消防报警联动控制系统实行联动，在接收到消防报警联动控制系统的火灾报警输出信号后转入应急电源供电，同时启动应急运作模式。安装调试以及日常检测维护时可将装置设置为测试模式。

4 激光导向型消防应急照明装置的使用场合

（1）适用于各类公共建筑和人员密集场所。在实际工作中，激光导向型消防应急照明装置应当与现有的消防应急照明和疏散指示系统结合使用，使它们形成复合式的导向标志。同时，与建筑物中的消防报警联动控制系统连接，联动使用效果更好。该装置适用于各类建筑物、公共场所、地铁、隧道、对激光镭射线无防范要求的厂房、仓库。

（2）适用于高大空间建筑。目前，激光导向型消防应急照明装置可选用的激光器主灯波长中，以532nm绿色激光在同等功率下射程最远、可视效果最为明显。当室内光照亮度较低时，由于火灾烟气的丁达尔效应和大气分子的瑞利散射作用，5mW（ClassIIIA）输出功率的绿色激光即可在数百米距离形成可见光柱。会展中心、体育场馆、机场、车站等高大空间建筑空间视野较为开阔，且烟羽流形成烟层界面后，相对于受限空间对逃生人员视野阻隔较小，该装置的可视激光光束导向效果更为显著。

（3）适用于使用灯光装饰效果的场所。激光导向型消防应急照明装置的衍射激光具有一定的美观性，可运用于舞台的灯光效果和普通装饰。该装置平时可作为歌舞娱乐场所舞美灯具和家庭装饰灯具使用，发生火灾时起到应急照明和疏散指示标志的作用。

5 激光导向型消防应急照明装置的注意事项

（1）避免聚焦激光直射眼部。由于激光可视效果的需要，当该装置采用ClassIII以上输出功率的激光器时，光束直射眼部将会造成视力下降、暂时性失明等眼部损伤，反而不利于人员疏散逃生。因此，应当在高功率激光镜头前端增设遮光罩。该装置安装位置以及激光照射径向应避免直接照射逃生人员眼部。在满足装置使用功能的情况下，尽量选用低輸出功率的激光器。

（2）避免人员疏散时遮挡激光导向光标。激光导向衍射的图像需投射在相对平整的界面上以方便人员识别。应急状态下，大量人员经疏散通道逃生，激光导向器安装位置较低时疏散指示光标易被流动人群遮挡，不利于逃生人员识别。该装置安装高度应适当高于逃生人员身高，或者预设专用的激光投射区域用于疏散指示光标指引疏散方向。

（3）光学元器件应适当考虑散热条件。激光导向器选用体积小能量消耗小的半导体激光管有利于火灾发生时高温高压环境使用。然而，激光器长时间使用同样会产生大量热量聚集，若不及时进行冷却，则会影响到激光器发射激光的效果和其使用寿命。可适当考虑半导体制冷、风冷等小型制冷设备满足激光器散热需求。最后，装置外壳材料必须要求足够的抗热抗压性能，可以选用高弹性碳纤维和镁铝合金材料组合设计作为外壳。

6 结语

激光导向型消防应急照明装置进过调试，可与现有的消防应急照明和疏散指示系统协同工作。当室内空间照明亮度越低时，激光目视的可见度越高，可有效弥补LED灯照度不足时对人员疏散造成的影响。激光导向器可在地面、墙面、空中形成醒目的光标辅助人员疏散逃生，提升逃生人员的疏散效率和火灾事故中人员的生存几率。装置联动消防报警联动控制系统的运用方式，也可提高建筑物消防安全系统的智能化、现代化水平。

目前，5G通信技术和3D全息衍射技术逐步成熟，为激光导向型消防应急照明装置带来更多的改进空间，使其可以在应急安全疏散领域发挥更大潜能。因此，该装置具有一定的应用推广价值。

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