面向装配式建筑的消防系统深度优化设计及应用探析

作者简介：

艾曈（1997- ）女，汉族，江西新余人，硕士研究生，研究方向：建筑消防技术、消防系统检测与维保。

基金项目：

2023年湖南省教育厅科学研究项目《基于装配式建筑的消防系统优化设计与应用研究》（项目编号：23C0800）；2023年湖南省教育科学研究工作者协会“十四五”规划课题《产教融合背景下高职基层消防专业人才“115”培养模式构建研究》（项目编号：XJKX23B405）。

摘要：

本文以湖南省高职院校课题为依托，针对装配式建筑的消防系统设计与应用问题进行深度探究。研究内容涵盖了消防系统设计标准化、火灾风险评估与预测、智能化消防系统研发以及灭火剂与灭火装置的研究；解决的理论问题包括火灾传播机理、灭火技术与手段、消防安全管理与规范及人员疏散逃生；实践问题则涉及系统集成与适配、检测与监控技术、自动化与智能化和维护与管理等方面。通过装配式建筑火灾特性研究、消防系统集成与优化设计、先进检测与监控技术应用以及自动化管理与维护策略等方案，旨在构建高效、智能、适应性强的装配式建筑消防系统，提升其火灾防控能力。

关键词：装配式建筑；消防系统；设计优化；智能化消防；灭火技术

随着装配式建筑在我国建筑业的广泛应用，其消防系统的科学设计与有效管理愈发重要。本研究立足于湖南省高职院校课题项目，围绕装配式建筑消防系统的深度优化设计及其应用展开全面探讨，旨在揭示装配式建筑火灾特性和应对策略，优化消防系统设计标准，研发智能化消防技术，并提出针对性强、实施有效的消防管理措施，为我国装配式建筑的消防安全提供有力保障。

一、消防系统设计标准化：打造适应装配式建筑需求的新型消防体系

（一）消防设备选型与布局优化

1.设备性能匹配度

针对装配式建筑特殊的结构特点和材料特性，消防设备选型应兼顾高效灭火效能与对建筑结构的影响。例如，优先选择对预制构件无损害或低损害的灭火设备，并充分考虑设备的安装便捷性、维护简便性以及与建筑主体的兼容性[1]。

2.布局科学合理化

基于火灾风险评估结果，消防设备应按照“早期发现、快速响应”的原则进行布局。在关键区域如疏散通道、电气设备集中地、易燃材料储存区等设置适宜的自动灭火装置及探测报警设备，确保火情能在第一时间被发现并迅速得到控制。

3.考虑装配施工工艺

在消防设备布局时，还应结合装配式建筑的模块化、标准化施工特点，确保消防设施与建筑结构的完美融合，避免因装配施工过程中的拆装而影响消防设备的稳定性与功能实现[2]。

（二）管道走向设计与效能提升

1.管网系统集成化

消防管道的设计应遵循一体化、集成化原則，充分考虑预制构件内部预埋空间和预留接口，实现消防管网与建筑主体的有效结合，提高整体防火效率。

2.流量与压力平衡设计

通过精确计算和模拟分析，优化消防管道走向与管径，保证在火灾发生时各喷头和灭火设备处有足够的水压和流量供应，以满足快速灭火需求。

3.防火分区灵活配置

根据装配式建筑设计的灵活性特点，管道走向设计应能满足不同防火分区的独立供给和联动控制要求，既能实现局部火源的快速扑灭，又能防止火势蔓延至其他区域[3]。

二、火灾风险评估与预测：识别隐患，制定精准防控策略

在装配式建筑的消防设计中，深入理解和准确评估火灾风险至关重要。通过对装配式建筑结构、材料的火灾特性进行细致分析，并构建科学的风险评估模型，可以有效识别潜在隐患，进而为防火设计改进提供精确指引[4]。

（一）装配式建筑结构与材料的火灾风险分析

装配式建筑采用预制构件现场组装的方式，其连接节点的密封性、耐火性能以及结构的整体稳定性对火灾蔓延速度和强度有直接影响。因此，需研究分析不同连接方式（如机械连接、胶接等）在火灾条件下的热传导特性、力学性能变化规律以及可能引发的次生灾害风险[5]。

预制构件所使用的新型建筑材料，如保温隔热材料、装饰装修材料等，其燃烧性能、发烟量、毒性释放等特性均是影响火灾风险的关键因素。对此，需通过实验测试和数据比对，全面了解各类材料在火灾中的行为特征，以便采取针对性的防火措施。

（二）火灾风险评估模型构建与验证

结合火灾动力学原理、材料燃烧理论以及建筑结构热响应模型，建立适用于装配式建筑的火灾风险评估模型。该模型应能模拟预测火灾的发生概率、发展过程、火势蔓延路径及危害程度等关键指标，以量化评价整个建筑或特定区域的火灾风险等级。

在模型构建过程中，需采集大量实际工程案例数据和实验室测试结果作为模型输入，包括建筑结构信息、材料性能参数、电气设备分布、人员活动模式等多元数据源。同时，通过对比模型预测结果与历史火灾案例实况，不断调整优化模型参数，确保模型预测精度和可靠性。

运用已建模型对不同类型、规模和使用功能的装配式建筑进行火灾风险评估，并将评估结果与实际情况对比验证，从而检验模型的有效性和适应性。根据验证结果反馈，持续完善模型算法，使其更加贴近实际应用场景，提高风险评估的指导价值。

（三）基于风险预测的防火设计改进措施

针对风险评估揭示的装配式建筑结构火灾风险点，可在建筑设计阶段提出相应的防火设计方案，如改进连接节点的耐火构造、增设防火分隔设施、强化结构热稳定性能等，从源头降低火灾发生和蔓延的可能性。依据材料火灾风险分析结果，优先选择具有优异阻燃性能、低烟无毒的环保建材，并对易燃部位实施必要的防火保护措施，如喷涂阻燃涂料、包裹防火包覆层等，减轻火灾对建筑物主体及其内部环境的影响。

根据火灾风险评估模型预测的火势蔓延趋势，合理布置消防设施与疏散通道，实现灭火资源的有效配置和快速响应。同时，为消防人员提供清晰的火场态势图和应急救援预案，提高灭火救援效率，减少火灾损失。总之，通过开展火灾风险评估与预测，能够深度挖掘装配式建筑在火灾安全方面的短板和隐患，进而推动防火设计的精细化和精准化改革，全面提升此类建筑的消防安全水平。

三、智能化消防系统研发：科技赋能，提升火灾应急处置效率

随着物联网、大数据和人工智能等技术的快速发展，将这些先进技术应用于消防领域，实现消防系统的智能化已成为提高火灾应急处置效率的重要途径。在装配式建筑中，研发并应用智能化消防系统对于早期发现火情、精准定位火源以及高效灭火具有重大意义。

（一）物联网技术在智能化消防系统中的应用

1.实时监测与信息采集

通过部署各类智能传感器（如烟雾探测器、温度感应器、火焰探测器等），实时监测建筑内各区域的火灾风险参数，并借助物联网技术将数据实时上传至云端服务器，形成全方位、立体化的火灾隐患感知网络。

2.数据融合与分析决策

物联网平台对海量的传感数据进行整合、清洗和深度分析，运用机器学习算法识别潜在火灾风险模式，为预警系统提供准确的数据支持。同时，基于物联网技术实现消防设备状态监控、维护保养提醒等功能，确保消防设施始终保持良好运行状态[6]。

3.远程控制与联动响应

物联网技术使消防指挥中心可以远程监控各个建筑内的消防设备状态，并在接收到火警信号后迅速启动应急预案，实现消防资源的优化调度和多系统间的协同作战，有效提升火灾应急处置速度和效果[7]。

（二）智能感知与预警系统的构建与优化

根据装配式建筑的特点及火灾风险评估结果，合理布局各类智能感知节点，确保全时段、无死角覆盖建筑内部各个角落，提高火灾预警的灵敏度和准确性。

利用历史火灾案例数据训练和优化火灾预警模型，使其能够快速准确判断火情发生的可能性及其发展趋势，及时发出预警信号，为疏散人员争取宝贵时间，同时提前激活自动灭火装置或调动消防力量。

构建多级预警体系，依据火情严重程度逐级升级预警级别，确保在火势扩大前及时通知相关人员。同时，联动建筑内的其他智能系统，如安防系统、照明系统、通风系统等，以最大程度减少火灾损失[8]。

（三）自动化灭火装置的研发与效果评价

针对装配式建筑特点，研发适合其结构特征的自动化灭火装置，如智能喷淋系统、定向灭火机器人等，结合物联网技术实现实时监控、自主触发与精准灭火功能。通过实验室模拟实验和实地测试，对自动化灭火装置的灭火效能、响应速度、可靠性等方面进行全面评价，不断改进设计方案和技术参数，确保灭火装置在实际应用场景中发挥最大效能。收集自动化灭火装置在装配式建筑中的应用实例，对其成功扑灭火情的情况进行深入剖析，总结经验教训，进一步优化灭火装置的功能配置与操作流程，不断提升智能化消防系统的实战能力。

综上所述，通过深度融合物联网技术、智能感知技术和自动化灭火技术，研发适用于装配式建筑的智能化消防系统，可显著提升火灾应急处置效率，降低火灾损失，保障人民生命财产安全，推动我国建筑业高质量、高水平发展。

四、灭火剂与灭火装置创新研究：探索高效、环保的灭火新路径

在装配式建筑消防领域，灭火剂与灭火装置的选择和研发是决定火灾扑灭效率及环境保护效果的关键因素。因此，针对装配式建筑的特殊性，开展新型灭火剂的研发以及创新灭火装置的设计与应用成为提升消防安全水平的重要任务。

（一）适用于装配式建筑的新型灭火剂研发

鉴于装配式建筑结构特点和使用材料的多样性，新型灭火剂的研发应充分考虑其对建筑构件的无损或低损灭火特性。例如，开发具有优异冷却性能、能快速抑制火焰燃烧链反应且对预制构件无腐蚀作用的洁净气体灭火剂，或者研制能在固态、液态和气态下均具有良好灭火效能，并能够渗入到复杂构造缝隙中的新型固体微粉灭火剂。同时，兼顾灭火剂在实际使用中的安全性和环境友好性，降低对人员健康和生态环境的影响。

（二）新型灭火装置的设计原理与功能实现

根据装配式建筑空间布局和安装条件特点，新型灭火装置应具备结构紧凑、易于集成的优点，如采用模块化设计，方便在预制构件中预埋安装或灵活适应不同建筑单元的空间需求。通过技术创新，确保灭火剂能够在火源点精确释放并迅速扩散，以达到最佳灭火效果。例如，结合物联网技术，设计智能化感应与控制系统，使灭火装置能够在接收到火警信号后自动激活，实现精准定位喷射。

深入研究各类新型灭火剂与火源物质之间的化学和物理作用机制，优化灭火装置的设计与工作原理，使其能够有效利用灭火剂特性，在短时间内切断火源能量供应，阻止火势蔓延。

（三）灭火技术和装置在装配式建筑中的实际应用与效果评估

通过对已投入使用的含有新型灭火剂和装置的装配式建筑工程案例进行详细调研，收集其在实际火情下的应用数据，包括灭火响应时间、灭火效能、对建筑结构的影响等关键指标。基于工程实践数据，运用科学的方法和技术手段对新型灭火剂和装置的效果进行全面评估，总结成功经验与存在问题，为后续产品的迭代升级提供依据。在积累丰富的应用经验和理论研究成果基础上，推动制定适用于装配式建筑的新型灭火剂和装置相关标准规范，促进其在全行业的广泛推广应用，从而提高我国装配式建筑的整体消防安全水平。

结语

总之，灭火剂与灭火装置的创新研究对于满足装配式建筑独特防火需求至关重要。通过不断探索和发展高效、环保的灭火新技术与新产品，有助于构建更加完善、先进的装配式建筑消防体系，为人民的生命财产安全构筑坚实防线。

參考文献

[1]

韩春艳.建筑机电工程中的消防系统控制技术应用[J].电子技术，2023，52（07）：210-211.

[2]高洁.虚拟仿真技术在建筑消防系统中应用现状及发展[J].建筑结构，2023，53（12）：174-175.

[3]杨婧雯.电子类生产厂房建筑消防系统的设计与选型[J].上海建设科技，2023（03）：18-21.

[4]张照阳.浅谈消防物联网对建筑消防系统的提升[J].现代建筑电气，2023，14（05）：33-38.

[5]杨亚龙，季颀淞，张永明，等.建筑消防系统可靠性研究综述[J].现代建筑电气，2023，14（03）：1-7+24.

[6]邵琳.消防安防云智慧技术在建筑消防系统中的应用[J].今日消防，2021，6（02）：12-13.

[7]孙建刚.BIM技术在装配式建筑机电安装中的应用[J].中国建筑装饰装修，2022（12）：54-56.

[8]朱师翰.BIM技术在装配式建筑机电安装中的应用思考研究[J].中国设备工程，2022，（02）：218-219.