大空间移动式智慧消防报警灭火系统设计分析

熊忠荣

（福建省博意建筑设计有限公司，福建 厦门 361000）

建筑物火灾每年给国家和人民造成了巨大的损失，如何有效防止火灾发生，或在发生火灾后的最短时间内将火扑灭，是急需解决的问题。而且高层、超高层建筑及大型商场、医院等公共场所等的消防报警灭火系统尤为重要。目前，火灾预警及灭火方式除了人力灭火，最主要的就是应用火灾自动报警联动控制系统和自动喷淋系统。在大空间的防火分区内，一旦出现火情，在着火范围不大的情况下，应立即用大空间移动式智慧消防报警灭火系统迅速将火扑灭；因为一旦形成大面积、大范围的火情，扑救难度将成倍增加，即使火灾扑灭了，造成的损失也是巨大的。大空间移动式智慧消防报警灭火系统由火警探测器与轨道式、地面式及无人机智慧灭火机器人构成。

1 灭火系统概述

1.1 自动灭火系统和消火栓灭火系统的缺陷

目前，自动灭火快速方式主要还是以自动喷淋为主（或大面积采用水炮自动灭火方式）；消火栓必须由专业人员手动操作，灭火方式基本属于被动式。早期的大面积灭火方式是通过自动喷淋方式，当燃烧位置的温度达到68℃时，自动喷淋喷头内的水立即喷洒向着火处进行灭火；而当消控中心接受火警信号后，立即启动相关报警及联动系统，当相关消防专业人员根据火灾报警情况到达火场，操作消火栓，启动消火栓泵时，已经花费了较长的时间，火势很可能已经快速蔓延，而火势一旦扩大就很难得到有效控制。而且很多建筑内的喷淋及消防管道因为长期没有使用，存在积脏或腐蚀现象，使发电机无法正常启动，或需要较长时间才能正常启动；还有水泵损坏、电缆接头损坏、控制屏线路损坏等问题，使整个系统不能正常运行，无法及时进行灭火。尤其在老旧建筑物中，消防灭火系统老化，如果任何一个环节维修不到位，都无法进行有效灭火。

1.2 智慧消防报警灭火系统的优点

如何应对突发火警，可以通过在同一个防火分区内建立多个独立灭火系统的主动式灭火装置，在防火分区内的某个地方发生火情时，这些灭火装置立即主动出击，能在极短时间内进行智能判断且快速灭火。在日常生活中，这些智慧灭火设备在各防火分区中处于充电待命状态，一旦接收火警指令，就会以秒计时，迅速到达现场对火情进行智能化判别，再采用合理的方式灭火，使火情在极短时间内得到有效控制。

2 智慧型多功能综合灭火机器人的主元件组成

智慧型多功能综合灭火机器人可分成三类：空中轨道式、地面行走式以及无人机值守型等。在实际使用过程中，三类机器人各有千秋，这三类智慧灭火机器人均拥有独立灭火系统，可自主设定自动智慧模式，或在消防控制中心统一控制协调下（消防中心指令可设优先级）协同灭火。三类机器人的外观和内部元件均为耐火或防火型材质（防爆区内机器人均由防爆元件制成），保证在有效灭火时间内，设备均可正常工作；三类智慧灭火机器人均由3个关键主元件组成。

2.1 全方位旋转追踪主元件基本构件

（1）红外热成像光电技术检测传感器；（2）单点式红、紫外探测器或红紫外复合探测器；（3）小水柱雾化喷头（喷射小水柱及颗粒雾）；（4）消防泡沫喷头（或其他灭火器材，如超细干粉、二氧化碳等）；（5）高清摄像头（摄像头上方同时安装LED高光束灯光）；（6）与消防相关的各种传感器（如温度探测传感器、气体探测传感器等）；（7）人体感应探测器、人脸识别系统、抓捕绳及喷射剂。以上所有元件均为全方位旋转追踪器的重要构件。

2.2 中央控制装置与EPS、UPS电源主元件

中央控制装置与EPS、UPS电源主元件包括中央微计算机系统，自备电源系统，广播喇叭、红蓝火警灯闪烁装置，液位传感器（检测自身水池水位），系统自巡检故障检测系统，无线信号接收、发射系统等等。

2.3 消防灭火器材主元件

消防灭火器材主要包括小型加压泵（或双加压泵）、超小型消防水箱、泡沫消防元件、超细干粉、二氧化碳等小型、轻型灭火器材。

3 智慧型多功能综合灭火机器人

3.1 轨道式智慧灭火机器人

在商场、营业厅、地下车库等大空间场所的顶棚上均匀分布网格轨道（或平行轨道），每个防火分区的顶棚上均匀分布平行天棚轨道或磁力天棚轨道，磁力轨道天棚为铁质金属板路网，智慧灭火机器人在工作时产生电磁力，吸附在金属天棚面上（金属天棚轨道宽度为60cm，且可结合灯具设计），可快速在金属天棚路网中行走。平行轨道还可以采用鱼骨式设计，节点处采用上下移动式或支点旋转后接通式。平时智慧灭火机器人行走在快速主通道中，一旦发生火警，由地址编码定位着火点并控制机器人（或机器人自行智慧判断）快速进入灭火平行轨道中，到达着火点附近并进行智能灭火。如果楼层内有多个防火分区，各防火分区之间有快速互通的直达轨道，使各防火分区的灭火机器人能互相支援灭火。

每个防火分区内，根据工艺设置4～5个智慧型灭火机器人（机器人为智慧型，可采用轨道式、地面式或飞行式，所有数据及相关音频视频均与消控中心的无线或有线连接）。

（1）机器人的基本配置。①每个机器人配置超小型灭火水箱，水箱的存水量依工艺确定（初定为20～30kg），以细水柱＋颗粒雾为主，以抖动或小范围扫描式喷水柱雾为辅助，机器人对着火点采用近距离喷洒小水柱或颗粒雾。②每个机器人配置视频监控及音频接收系统，对现场无死角监控，画面及音频实时上传消控中心，并接收消控中心的优先指令信息。③每个机器人配置有热源监控捕捉系统，在接近火源时，精准捕捉着火点，从而快速有效地灭火。④每个机器人配置有独立的EPS电源，一旦接到火警信号后，立即启动EPS供电电源，灭火时间可初设定为30～100s，以此决定EPS容量及小型水箱容量（或由轨道在线供电，EPS电源辅助供电）。水箱的加压泵为双泵系统，功率为100～200W。⑤每个机器人配有多种灭火设备，如消火栓式细小水柱加颗粒雾灭火系统、超细干粉灭火系统、泡沫灭火系统、二氧化碳灭火系统等，可根据现场工艺情况配置相应的灭火系统。⑥每个机器人配置有多种分析传感器，在接近火源的过程中，各传感器自动进行智能判断，分析各种数据后，自动判别宜采用何种灭火系统，或两种（多种）灭火系统同时启用。

（2）机器人的功能。①机器人能快速到达现场灭火。一般情况防火分区最大面积约为10000m2，每个灭火机器人在网格行驶距离最远不超过120～150m，设计行驶速度为5m/s（18km/h），其从待命区至着火最远点的行驶时间约30s。②机器人能及时接收着火点信号。主要由烟雾火警探测器（或其他报警器），在确认火警地址后，智慧机器人及时依据定位辅助自行判别出警位置及启动相关灭火系统程序，并结合火焰探测器、红外探测器等传感元件，在行驶过程中捕捉火警信号，以更准确地定位，从而快速行驶至着火点。③机器人除了具有火灾灭火多功能，还具备有其他安全防范巡更功能，如夜间巡视防盗功能、人脸识别功能、移动式监控系统终端及紧急广播功能等。

3.2 地面式智慧灭火机器人

地面式智慧机器人主要技术功能与轨道式基本一样，但由于运行轨道线路不一样，因此在技术层面上略有差别。

（1）轨道式机器人在天棚上运行，储水体积不宜过大，水柱颗粒雾灭火时间略短一些。地面式机器人储水体积较大，水雾（喷水）时间更久。

（2）地面式行驶速度更快。地面式机器人采用轮胎运行（防火防爆轮胎），机动性更强（亦可采用坦克履带式，行走更方便、可靠）。

（3）由于地面式机器人承载的负荷比较大，因此在EPS电池配置时，可配置更大功率的电池组，火警联动灭火工作时间更长久。

3.3 无人机智慧灭火机器人

无人机智慧灭火机器人的主要技术功能与轨道式、地面式一样，但是由于其具有飞行性，因此在技术层面上略有不同。

（1）由于无人机智慧灭火机器人具有飞行性，因此理论上飞行重量不宜太重。飞行机器人的EPS电源及装载灭火装置均按较短灭火时间考虑。在接收灭火指令后，快速飞行几秒至十几秒内即可达火源上空，进行火灾初期快速精准定位灭火。若短时内火势未全扑灭，地面式机器人会协助进行灭火。

（2）无人机智慧灭火机器人可在防火分区上空飞行，具有巡航检测功能，可实时监视防火分区内火情情况，当接收地址编码火灾探测器的报警信号时，具有一定技术范围内的自主性。在无人机智慧灭火机器人技术成熟的情况下，存在取消固定式火灾探测器的可能性。例如，在一防火分区内配置两台或多台飞行无人机，可直接巡航扫描防火区域是否有火警状况，发现火警后快速到达着火点并与消控中心进行信息互动，并同时灭火。备用的无人机灭火报警机器人可处于待命状态，与飞行工作的无人机互为备用。

（3）无人机智慧灭火机器人还兼备有监控、报警（与值班室无线连接）、广播等功能。可进一步拓展该类型机器人在外观设计及多功能设置方面的灵活机动性。

3.4 智慧灭火机器人的互相支援

不同防火分区的机器人，可互相支援，在某个防火分区着火状况下，相邻防火分区机器人立刻处于紧急待命状态，随时可以支援着火区的机器人。多个灭火机器人可以在消控中心的指令下（或自行判断），前往着火点对着火点同时灭火，以提高灭火的效率。

4 独立式火灾探测器

目前，在建筑防火分区内，火灾探测器是固定式均匀布置的，在火警发生时进行报警，存在一定的滞后性，如何解决这一问题，文章提出如下解决方案。

（1）高灵敏复合型火灾探测器。它是一个独立式的火灾报警小系统，将高灵敏探测器及地址定位编码与防火分区内的区域火警系统中心无线连接。它由多种复合型火灾探测器、定位装置、自备电源及接收发射器等元件组成，底座可以临时安装或固定安装。在防火分区内，针对火灾危险等级比较高或火灾隐患比较大的场所，高灵敏复合型火灾探测器可以实现火警快速定位与报警。

（2）无人机飞行式火灾探测器。其工作原理与高灵敏复合型火灾探测器一样，但它的机动性更强，火灾报警的瞬间响应更快。飞行式火灾探测器可编程设定巡航高度及自动避开障碍物，如在夜间、无人的空间，可依需求，设置在2～2.5m处进行巡检。此外，其配置上还增加了一些元件，如人脸识别系统、警示灯、麦克风与报警广播喇叭等，可进一步安全保卫巡检机器飞行器。

（3）壁挂式负压型摇头火灾探测器。针对一些空间比较高的区域，待烟上升至顶棚时，所需时间较长，火势已经发展到一定规模。如何快速探测燃烧产生的烟雾，设计一种壁挂式负压型摇头火灾探测器，主探测器固定在设备的中央处，其采用高灵敏多种复合型探测器，并配置摄像头，主探测器周边为叶片式风扇，叶片旋转产生负压。在室内无风情况下，可布置此类探测器，在探测器附近产生负压小空间，若附近产生烟雾，由于负压存在，烟雾快速到达火警探测器位置，探测器可在短时间内迅速完成报警。监控视频可远传监控室或消防控制室，以便管理人员观察现场情况。

（4）落地式可移动火灾探测器。落地式可移动火灾探测器安装在支架上，在室内根据家具灵活放置。主支架类似为照相机三角支架，顶端为高灵敏复合型火灾探测器。探测器可依现场情况加配摄像头、麦克风等设备，与区域中心报警器无线连接（自备定位装置及UPS电源）。

5 结论

（1）轨道式、地面式或无人机智慧机器人都有一个共同特点，均为独立式智慧灭火系统设备。机器人均采用防火及耐火性能比较好的产品，可接近火源，在接到火警信号时，以最短时间到达着火点，在火势处于萌芽状态时把火扑灭。

（2）在高科技产品日新月异发展情况下，各种形式的高可靠性智慧灭火机器人的技术在不断完善。智慧灭火机器人在高大空间建筑及人员密集公共场所可以发挥非常重要的作用，而且在数字城市、智慧城市的发展建设中，设置智慧型多功能综合报警灭火系统，可以实现快速报警、快速灭火，防止火灾蔓延，更有效地保障人员及财产安全。