基于建筑智能化技术的消防疏散系统设计与应用

张小玲

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

近年来，随着网络、通信、多媒体技术飞速发展，越来越多的建筑应用高科技的、现代的技术，实现建筑消防系统智能化，其消防系统包括火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、防排烟系统、防火门、防火卷帘、火灾事故广播、消防通信等消防设备。而消控室是其系统的检测控制中心，通过它全天侯的监测多种消防设备的工作状态，保证系统的正常运行，它将成为各种信息汇集、处理且时准确的反馈火情的发展过程，迅速控制多种设备，达到疏导和保护人员及控制和扑灭火灾的目的。本文旨在探讨基于建筑智能化技术的消防疏散系统的设计与应用，以期为提高消防疏散系统的效率和安全性提供有益的思路和方法。

1 基于建筑智能化技术的消防疏散系统设计

1.1 基于视频监控技术的烟雾检测系统

基于视频监控技术的烟雾检测系统是通过安装在建筑物内部的监控摄像头对烟雾的形成和扩散进行实时监测，当系统检测到烟雾时，会立即发出警报，并将警报信息发送到消防控制中心，以便及时采取相应的应急措施[1]。相较于传统的烟雾检测器，基于视频监控技术的烟雾检测系统具有以下优点。烟雾检测器如图1 所示。

图1 烟雾检测器

1.1.1 覆盖面积更广

传统的烟雾检测器只能监测其所覆盖的范围内的烟雾变化，而基于视频监控技术的烟雾检测系统可以通过安装多个监控摄像头实现对整个建筑物内部的烟雾监测。

1.1.2 检测准确度更高

传统的烟雾检测器容易受到温度、湿度等因素的影响，从而导致误报或漏报的情况出现。而基于视频监控技术的烟雾检测系统可以通过对烟雾形态、颜色等特征进行分析，从而大大提高了检测准确度。

1.1.3 实时反馈更及时

基于视频监控技术的烟雾检测系统可以实现实时监测和反馈，当发生火灾等紧急情况时，可以及时发出警报，为人们的生命安全提供更加有效的保障。基于视频监控技术的烟雾检测系统是一种高效、准确、实时的消防疏散系统技术，其应用前景广阔，将为建筑安全管理和消防疏散工作提供有力的支持[2-3]。

1.2 基于智能传感器的实时监测系统

智能传感器的实时监测系统主要由传感器、数据采集器、数据处理器、通信模块和应用软件等组成。传感器可以感知建筑内的温度、烟雾、气体等物理量，将感知到的数据通过数据采集器传输到数据处理器[4]。数据处理器会对传感器采集到的数据进行实时处理和分析，判断是否存在火灾风险，并根据处理结果向消防部门发送警报。通信模块是智能消防传感器实现远程监测和控制的关键。通信模块可以通过无线网络、有线网络或蓝牙等方式与应用软件进行通信，将传感器采集到的数据传输到应用软件中，实现对建筑内火灾情况的实时监测和控制。应用软件是智能消防传感器实现人机交互的重要途径[5]。应用软件可以通过可视化界面展示建筑内的火灾情况，提供实时报警、火灾预警和灭火指导等功能，帮助消防员及时采取措施，降低火灾损失。

该系统具有以下优点：①能够实时监测建筑物内部各个区域的温度、烟雾、气体浓度等数据，及时发现消防安全隐患。②通过先进的智能化算法对数据进行分析和处理，提高监测的准确性和可靠性。③通过无线网络传输数据，方便布局和安装，并可以实现远程监控和控制[6]。

1.3 基于自动控制技术的火灾报警系统

基于自动控制技术的火灾报警系统主要由传感器、控制器和声光报警装置组成。传感器可以通过检测环境中的烟雾、温度和气体等参数来实时监测火灾的发生。当传感器检测到异常情况时，控制器会立即发出报警信号，并触发声光报警装置，向建筑内的人员发出警示，提醒他们尽快疏散。与传统的手动报警系统相比，基于自动控制技术的火灾报警系统具有以下优势。

1.3.1 具有更高的反应速度

传感器能够实时监测火灾的发生，当火灾刚刚开始时，系统就能够迅速发出警报，提醒人员采取措施，避免火灾扩散和伤亡的发生。

1.3.2 能够实现智能化的疏散指引

基于自动控制技术的火灾报警系统可以根据不同的火灾情况，智能地指引人员疏散的路线和安全出口，避免人员出现混乱和堵塞的情况，提高疏散的效率和安全性。

1.3.3 具有较低的误报率

基于自动控制技术的火灾报警系统通过传感器的准确监测，可以有效地区分真实的火灾报警和误报警情况，减少了人为因素对报警系统的干扰，提高了系统的可靠性和稳定性。总之，基于自动控制技术的火灾报警系统在建筑物消防疏散中具有重要的作用。它能够快速响应并提供智能化的疏散指引，从而有效地保护建筑内的人员安全[7]。

2 基于建筑智能化技术的消防疏散系统应用

某商业综合体建筑地上20 层，地下3 层。工程内容包括基于建筑智能化技术的消防疏散系统设计与应用；安装消防报警设备、疏散指示灯、应急广播等设备；设计消防疏散通道、安全出口、防烟排烟系统等；组建消防应急队伍，进行消防演练和培训。工程目标旨在通过建筑智能化技术的应用，提高消防安全等级，确保人员生命财产安全。该工程基于建筑智能化技术的消防疏散系统应用具体内容如下。疏散指示灯如图2 所示。

图2 疏散指示灯

2.1 烟雾检测系统

基于视频监控技术的烟雾检测系统主要由摄像头、视频分析算法和报警系统组成。在系统运行时，摄像头会实时监测建筑内的烟雾情况，并将监测到的视频信号传输到视频分析算法中进行处理。该算法会通过对视频信号进行图像处理和特征提取，识别出烟雾的形态和特征，并判断是否存在火灾。一旦系统发现有火灾情况，将会立即触发报警系统，包括声光报警等多种方式，通知人员进行疏散。烟雾检测系统如表1 所示。

表1 烟雾检测系统

2.1.1 视频采集和图像预处理

使用高清摄像机对建筑物内部进行拍摄，并对图像进行去噪和增强处理，以提高烟雾识别的准确性。

2.1.2 烟雾检测

通过对图像进行分析，检测出烟雾的位置和面积，并计算出烟雾的密度和浓度。其中，烟雾面积的计算公式：

式中：W——烟雾的宽度；H——烟雾的高度。

烟雾密度的计算公式：

式中：m——烟雾的质量；V——烟雾的体积。

烟雾浓度的计算公式：

2.1.3 报警处理

当烟雾密度和浓度超过一定阈值时，系统会自动发出报警信号，并将报警信息发送到消防控制中心和相关人员的手机上，以便及时采取应急措施。通过烟雾检测系统视频分析算法的应用，可以大大提高建筑物内部的消防安全性，保障人员的生命财产安全。

2.2 实时监测系统

该系统采用多种类型的智能传感器，如温度传感器、烟雾传感器、CO2传感器等，实时监测建筑内部的温度、烟雾等指标，一旦发现异常情况，系统便自动启动疏散预案，提醒人员及时疏散。同时，该系统还可与楼层平面图及疏散路线图相结合，实现指示灯、导航标识等功能，帮助人员更快、更安全地疏散。此外，该系统还具有远程监控、自动报警、数据分析等功能，可实现对建筑物消防状况的全面监控、管理和分析，为消防安全提供更加科学、可靠的保障[8]。

该系统对于温度指标的数据计算，系统会实时采集温度传感器的数据，并进行分析。如果温度超过设定的阈值，系统会判断为异常情况，并立即启动疏散预案。对于烟雾指标的数据计算，系统会实时采集烟雾传感器的数据，并进行分析。如果烟雾浓度超过设定的阈值，系统会判断为异常情况，并立即启动疏散预案。对于CO2指标的数据计算，系统会实时采集CO2传感器的数据，并进行分析。如果CO2浓度超过设定的阈值，系统会判断为异常情况，并立即启动疏散预案。系统还会根据传感器数据的变化趋势，进行数据分析和预测。通过对历史数据进行统计和分析，系统可以提供消防预案的优化建议，以提高疏散效率和安全性。基于建筑智能化技术的消防疏散系统的实时监测系统通过多种类型的智能传感器，实时监测建筑内部的温度、烟雾等指标，并根据异常情况启动疏散预案。同时，系统还具有远程监控、自动报警、数据分析等功能，以提供决策支持和优化疏散预案[9]。

2.3 自动报警系统

该系统通过集成感知设备、数据计算和结果分析等技术，实现对建筑物内部火灾等紧急情况的及时监测和报警，图3 为火灾自动报警系统，具体运行过程如下。

图3 火灾自动报警系统

2.3.1 火灾感知数据计算

通过火灾感知设备（烟雾探测器、温度传感器等）获取的数据进行计算，包括检测到的烟雾浓度、温度变化等。计算过程中可以采用算法对数据进行处理，如滤波、平均值计算等，以提高数据准确性和稳定性。

2.3.2 火灾扩散预测计算

基于火灾感知数据和建筑结构、材料等参数，利用数值模拟方法进行火灾扩散预测计算。通过计算火灾蔓延的速度和范围，系统可以提前预警并采取相应的疏散措施，保障人员的安全[10]。

2.3.3 疏散路径规划计算

根据建筑平面布局、人员分布和火灾扩散情况等信息，利用路径规划算法计算最佳疏散路径。计算过程中需要考虑人员密度、疏散通道容量、安全距离等因素，以确保人员能够快速、安全地疏散。

计算结果处理如下。

（1）报警信号。当系统检测到火灾等紧急情况时，会通过声光信号或无线通信等方式向建筑内部和外部发送报警信号，提醒人员及时疏散。

（2）疏散指引。根据计算得到的最佳疏散路径，系统会在建筑内部的显示屏、紧急广播系统等设备上显示疏散指引，指导人员快速、安全地疏散。

（3）警报信息传输。系统可以将火灾报警信息通过网络传输至消防中心或相关部门，以便及时调度消防队伍和救援资源。通过数据计算和结果分析，自动报警系统能够实现对火灾等紧急情况的及时监测和报警，并提供疏散指引，从而提高建筑内人员的安全性和疏散效率。

3 结语

建筑智能化消防技术在消防疏散系统中至关重要，在面对突发情况时，通过智能化控制系统和实时监测设备的协同作用，可以及时发现并处理问题，最大限度地保障人员的生命安全。同时，建筑智能化消防技术的应用也有助于提高消防疏散系统的效率和可靠性，减少对人力资源的依赖，降低人为操作失误的风险。在实践中，需要考虑到不同建筑的特点和实际情况，以及技术的成本和可行性等因素。只有在充分考虑各种因素的前提下，才能真正发挥建筑智能化消防技术的优势，最大限度地保障人们的生命安全。