高層商業(yè)綜合體消防安全評估與火災預警系統(tǒng)的研究

林樂強

（大連市消防救援支隊，遼寧 大連 116000）

高層商業(yè)綜合體是集高層建筑與商業(yè)綜合體為一體的建筑，一般有整棟建筑全部為商業(yè)綜合體和下部分為商業(yè)綜合體，上部分為辦公、住宅公寓等形式。由于高層商業(yè)綜合體存在諸多不同職能、不同使用單元，導致加大了火災事件的產(chǎn)生概率。建筑高度的增加同時大樓內群眾疏散難度也將大幅度提升，救援工作也越來越難以進行，這就給建筑自身的自救能力帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此，對影響我國高層商業(yè)綜合體火災風險的主要因素進行研究，提出一種綜合、實用的安全評估方法及火災預警機制勢在必行。

1 高層商業(yè)綜合體消防安全影響因素分析

在高層商業(yè)綜合體中，易燃物質的類型與數(shù)量及其燃燒特性從某種意義上體現(xiàn)了其本身的防火風險，將直接關系到引發(fā)火災的可能性和火災大小，其是評價高層商業(yè)綜合體防火性能的關鍵因素。

一般情況下，正確的消防結構設計能起到預防火災擴散、有效控制煙霧、火勢、降低火險等作用。因此，在高層建筑消防設計中，進行建筑物的防火設計是一項必要的工作，同時也是對各種類型的建筑物進行火災風險控制的一項主要措施。

在高層商業(yè)綜合體的滅火救援中，因舉高車輛抬起高度受限，當出現(xiàn)較大的火情時，外界給水難度極大，而隨著高度的提升，其本身的重量、體形也會隨之增大，需要更多的水源，因此很難從外界進行滅火救援。因此，在高層建筑的滅火工作中，更多的是要依賴大樓自身滅火系統(tǒng)。所以，在高層商業(yè)綜合體的防火設計中，其防火設備的配備和效能直接關系到其滅火效率，此也是衡量其防火性能的一個關鍵指標。

高層商業(yè)建筑內部人員數(shù)量眾多，建筑消防安全最核心的問題就是火災時保障建筑內部人員的安全逃生。高層商業(yè)建筑內部疏散樓梯的數(shù)量、寬度，疏散距離，疏散指示標志等安全疏散設施對于保障突發(fā)情況下人員安全疏散具有重要作用。因此，高層建筑安全疏散設施配置情況是評估高層商業(yè)建筑的重要因素。

國內外消防工作經(jīng)驗表明，加強消防安全管理對于減少火災事故發(fā)生和控制火災損失具有重要作用。建成運營的高層商業(yè)建筑按照國家消防技術標準，一般都設有消火栓、火災自動報警、自動噴水滅火系統(tǒng)等設施，若不加強消防管理和維護保養(yǎng)，有些固定消防設施可能出現(xiàn)故障甚至癱瘓，有的消防設施可能被遮擋，不能發(fā)揮防火、滅火的作用。

從國際上的消防實踐來看，加強防火安全的評估工作是降低火災的發(fā)生率，控制火災的損失的必要措施。已竣工投產(chǎn)的商用樓宇，必須根據(jù)國家相關防火技術規(guī)范，通常配備消火栓、自動報警、自動噴水滅火等設備，如不進行有效的防火和維修，部分固定的防火設備會發(fā)生損壞，或發(fā)生故障，或被遮蔽，無法發(fā)揮防火、滅火的作用。

針對高層商業(yè)綜合體發(fā)生的火災事故，雖然目前使用外力滅火很困難，但是在滅火過程中，借助外力滅火是迅速組織人員撤離和有效開展滅火工作的關鍵。所以，在高層商業(yè)綜合體中，外來的消防力量是否能夠迅速到達，并進行高效撲救，對減少火災人員傷亡和經(jīng)濟損失具有重要的影響。從以上的研究結果來看，對高層住宅消防安全的影響因素包括本質火災危險性、建筑防火、消防設施配置和有效性、疏散設施和消防安全管理。

2 高層商業(yè)建筑消防安全評估體系構建

上述內容分析了容易導致高層商業(yè)綜合體發(fā)生火災的各種因素，其中各種因素之間的相互關系是一種復雜的、非線性的、難以用傳統(tǒng)數(shù)學方法來描述的。所以，為了達到對高層商業(yè)綜合體消防安全的客觀評估，本文提出了一種以指標體系為基礎的火災安全評價體系，具體如圖1 所示。

圖1 高層商業(yè)建筑消防安全評估技術體系

3 預警系統(tǒng)方案研究

3.1 高層商業(yè)綜合體火災預警探測方式

高層商業(yè)綜合體火災預警探測主要是依靠火災探測器來實現(xiàn)的。按對現(xiàn)場的信息采集類型，火災探測器可分為感溫火災探測器、感煙火災探測器、感光式火災探測器、氣體探測器4 種。

火災探測器可以在火災發(fā)生初期，探測火災數(shù)據(jù)并傳送給火災報警系統(tǒng)。不同的場所可以根據(jù)其特征選取不同的火災探測器，以期能在火災發(fā)生的第一時間及時反應。但是，火災探測器的探測是在火災發(fā)生后的，而預警系統(tǒng)應該在火災發(fā)生前進行報警，因此，本文利用火災模擬軟件對建筑可能發(fā)生的火災進行模擬，對其結果進行修正，以達到火災預警的目的。

3.2 高層商業(yè)綜合體消防安全隱患的感知

消防隱患管理是結合互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)技術來提供技術防控、監(jiān)督、齊抓共管的消防隱患排查手段，一改傳統(tǒng)的隱患排查模式，通過物聯(lián)網(wǎng)及高層建筑內人員對消防隱患的自發(fā)自查，實現(xiàn)對消防隱患早發(fā)現(xiàn)、早識別、早處理。通過遠程監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)違法占用消防通道的情況，發(fā)現(xiàn)后通過視頻回放取證并給予處罰，確保消防通道保持暢通。物聯(lián)網(wǎng)本質含義是將各種信息傳感設備和互聯(lián)網(wǎng)進行連接，形成一個連接眾多設備的、統(tǒng)一的網(wǎng)絡系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術中最重要的技術包括傳感器、網(wǎng)絡技術、無線通信技術、射頻識別、信息安全技術和嵌入式技術。傳感器網(wǎng)絡技術是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)使用狀態(tài)的核心，解決的是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中的信息感知問題，能夠通過傳感器，對周圍的變化情況進行自動感知，并進行簡單的數(shù)據(jù)分析。

高層商業(yè)綜合體發(fā)生火災時，根據(jù)不同的建筑特征選取不同的傳感器，利用傳感器技術對其各項數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，通過物聯(lián)網(wǎng)形成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)全實時采集、傳遞與綜合匯聚。

3.3 消防安全信息智能感知系統(tǒng)

消防安全信息智能感知系統(tǒng)，以“智慧消防”為理念，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、移動化“四化”融合為特點，通過采集海量火災安全信息，進行實時分析預測預警，對可能發(fā)生的各類火災事故形成預警報告，并通過移動端平臺將預警信息推送至相關人員。它包括前端系統(tǒng)及后端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)是指在建筑內安裝的煙霧傳感器、濃度傳感器、溫度傳感器等監(jiān)測設備，其主要功能為對現(xiàn)場火災安全情況進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)感知；后端軟件包括數(shù)據(jù)采集模塊、管理控制模塊等。它是實現(xiàn)火災智能感知的基礎；后端軟件通過與前端數(shù)據(jù)采集設備結合，形成了面向消防安全的應用模式。主要功能包括通過對前端視頻檢測設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析預測和預警；通過對監(jiān)控中心服務器上接收到的報警信息進行分析對比，形成預警報告；通過對現(xiàn)場信息采集設備上的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析比對形成火災安全情況分析預測報告。消防安全信息智能感知系統(tǒng)作為“智慧消防”中的重要組成部分，在城市公共安全領域發(fā)揮著越來越重要的作用和價值。

對于高層商業(yè)綜合體來說，其建筑結構和建筑材料是不變的，但是一旦發(fā)生火災，建筑內的溫度、CO 濃度、能見度是在不斷改變的，因此，通過數(shù)據(jù)感知和動態(tài)模擬兩方面來實現(xiàn)高層建筑火災智能感知。

數(shù)據(jù)感知通過傳感器技術來實現(xiàn)。高層建筑人員密集，發(fā)生火災時人員的高效疏散至關重要，溫度、CO 濃度、煙氣能見度都會對人員疏散造成影響，因此數(shù)據(jù)感知采用溫度傳感器、CO 濃度傳感器、煙霧傳感器。動態(tài)模擬則通過火災模擬軟件來實現(xiàn)，首先需要進行參數(shù)的選取，將建筑結構和材料這類在模擬過程中不會改變的參數(shù)定為固有參數(shù)，將建筑內溫度、CO 濃度、煙氣能見度定為時變參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)進行火災模擬，得到模擬結果，輸出后將時變參數(shù)和感知數(shù)據(jù)進行對比分析修正，實現(xiàn)信息的智能感知。

綜合火災動態(tài)仿真、消防設施、通道等綜合視頻監(jiān)測與圖像辨識，構建了由傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊和網(wǎng)絡終端構成的數(shù)據(jù)采集體系，使多源數(shù)據(jù)實時采集、傳輸和綜合匯集，并達到數(shù)據(jù)的耦合。

3.4 高精度火災模擬

對目前我國的高層商業(yè)綜合體，采用Pyrosim 消防模擬系統(tǒng)、BIM 模擬程序，利用Revit 構建建筑物的結構，然后將其導入Pyrosim 進行火災模擬。BIM（Building Information Modeling）的理念是在1975 年被Chuck Eastman 教授提出的。Jerry Laiserin 提出，“Building”應當涵蓋整個項目的整個生命周期，在“Information”中，不僅要提供幾何數(shù)據(jù)，還要提供建筑物的相關資料，而“Modeling”中要包含一個動態(tài)的建造管理流程和建造項目的運行情況。

BIM 是一種模式和一種方式，它是一種過程和成果的表現(xiàn)形式。該系統(tǒng)將項目規(guī)劃、設計、施工、運營和維護等全生命周期的數(shù)據(jù)進行全面的記錄和分析，能夠為項目的整體規(guī)劃、設計、施工、運營和維護等提供良好的數(shù)據(jù)支持，從而使項目的效益達到最大。它具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特征。Revit 是BIM 系統(tǒng)中應用最多的一個應用程序，它具有獨特的家族庫，它可以通過對家族數(shù)據(jù)庫進行直接的訪問，并可以對參數(shù)進行調整，從而實現(xiàn)對結構圖、立面圖和Windov 三維建模。

由于傳統(tǒng)的火災模擬方法是在Pyrosim 中進行模擬，因此在建立防火模擬系統(tǒng)時，各個部件都要在模擬過程中加入相應的坐標信息。但這對那些擁有大量室內構造和高層建筑而言，在X、Y、Z 三個方位反復的輸入資料是十分麻煩的；對于具有多層結構的構件來說，例如，樓梯，需采用FDS 軟件的有限元模型建立多層次的單元，并且要多次進行空間坐標的錄入。在此過程中，若沒有輔助性功能，如定位儀，則很難快速構建模型。

相比直接在Pyrosim 中建模后進行模擬，BIM 建模具有以下優(yōu)點。

（1）高精度。在Pyrosim 中，其主要功能就是搭建一個簡單的框架結構，建筑內部一般只定義障礙物用來放置火源，而Revit 則是一個獨立的房間，比如，床、桌子、空調、廚具等，可以最大限度地還原出建筑的內部構造。同時，在BIM 模型中的各個組件都是獨立、具有各自的大小和信息的，可以進行二次開發(fā)，并將其轉換成火災模擬所需的參數(shù)。

（2）優(yōu)化性。BIM 模型是一個不斷升級和優(yōu)化項目的全過程的必要條件，BIM 模型的可視化特性能夠精確地提供完整的建筑物信息。

（3）直觀性。在消防宣傳和培訓方面，三維可視化模型能清晰、直觀地呈現(xiàn)出現(xiàn)場的實際情況，傳達的信息遠比現(xiàn)有的二維平面圖要好得多，不僅能提高設計者的工作效率和工作效率，而且能有效地增強演示教學的趣味性和直觀性。結合各類技術，構建智能火災監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術體系結構分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層三個層次。

4 結語

高層商業(yè)綜合體作為城市進程發(fā)展中新型業(yè)態(tài)，在大中城市發(fā)展日益普及，但也帶來消防難點，通過應用無線傳感網(wǎng)絡ZigBee 構建火災預警監(jiān)控與引導信息管理系統(tǒng)方案，在高層商業(yè)綜合體各火災易發(fā)點，布置各類智能信息采集傳感器，實時采信各類信息，實現(xiàn)了高層商業(yè)綜合體各類信息實時監(jiān)控，當出現(xiàn)火災苗頭時，能實時發(fā)出預警信息，對保障高層商業(yè)綜合體的消防安全具有重要意義。