消防应急照明与智能诱导

　　摘要：消防应急照明是解决现代建筑高层化、大型化、复杂化等技术难题的重要分支，如何使之变静态被动为动态主动，从而发挥智能诱导作用是消防应急疏散指示逃生的新课题。文章从智能传感等视角开展讨论，并就新近出现的消防智能应急照明疏散指示逃生系统及其核心产品做简要剖析。
　　关键词：应急照明；智能诱导；动态逃生；
　　1、概述
　　建筑物的大型化和大量高密度的特大型建筑以及地下建筑的涌现，导致了建筑物的通道更长、更复杂。对于消防疏散来说，怎样在火灾发生时使逃生更安全、更准确、更迅速，正是时代对建筑防灾提出的新课题。为了适应现代化、大型化建筑消防疏散指示的要求，开发了智能消防应急照明疏散指示逃生系统及产品。工程实践证明，消防智能应急照明疏散指示逃生系统完全满足现代化、大型化建筑工程的需要。并受到建筑业的广泛欢迎和好评。
　　2、应急逃生
　　现代建筑越来越趋向于高层化、多功能化及大型化。仅有火灾探测报警与自动灭火系统的设置还不够完整。人们已逐步意识到火灾报警系统在现代建筑中所起的重要安全保障作用，随着人们对自身安全意识的加强，对安全的关注不再仅仅停留在借助外力的防灾和灭火上，在火灾现场，能进行逃生的恰恰是逃生者本人。然而，火灾现场环境恶劣，烟、雾、火以及逃生者自身的恐慌心理等众多因素都有可能在最后一刻使逃生者错失逃生的机会。
　　如果在火灾现场有一套自成一体的火灾逃生系统，利用应急疏散标志灯指引安全的逃生方向，降低人们的恐慌心理，能动地避开烟、雾、火，会使逃生者得到生存的机会。目前，建筑物内的逃生仅仅停留在独立型应急疏散标志灯上，怎样根据现场火警信息，把应急疏散标志灯作为一个整体，辅助人们逃生却是一个空白。
　　3、智能诱导
　　3.1 若干问题
　　3.1.1 城市大型化的问题
　　中国是人口大国，而城市更是人口聚居地。随着人口的集中化，城市会变得越来越庞大，建筑人口居住密度越来越高。因此，如何高效率地利用地上与地下的空间，已成为一个重大的课题。很多大城市，将商业中心、电影院、交通设备等集中到地下空间形成地下城市建筑。地上建筑越来越高层化、大型化、功能化，势必使火灾逃生通道更为复杂，加大了火灾发生时的逃生难度，使得怎样安全引导逃生这一问题更为严峻。
　　现代的建筑已经不再是孤立的单体，错综复杂的建筑群体，即使在日常行走中，也需借助于标志指示灯或是指示牌，毋庸说在火灾发生时的混乱局面。仅把火灾逃生希望寄托在众多消防硬件设备和逃生者的主观判断上是不够的。利用一切可利用的火警信息，做到智能地疏散人员，正是基于这一需求产生了智能火灾逃生系统，也正是研发推广该系统的理念。
　　3.1.3 火灾逃生的最大障碍——烟
　　在火灾发生时，由于烟雾中产生很多二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体，当人吸入这些气体后，会导致人体缺氧、呼吸困难、思维迟钝、视线不清。在这种情况下能保持清醒的时间大约为50s左右，加之现代建筑物通道长而复杂，逃生就更困难。消防智能应急疏散指示逃生系统借助消防报警的火灾信息，结合光流、语音、频闪，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。
　　3.1.4 独立型应急疏散标志灯应用现状
　　目前的应急标志灯在建筑楼宇内作为单体存在，无法做到响应火灾现场的变化，更不能动态地调整逃生方向指示，对现场逃生带来困难，此外，应急标志灯的日常维护和检修上存在着严重地滞后现象，应急标志灯最主要的作用是能在发生火灾时应急启动，而应急启动的关键在于其电池充放电工作是否正常。依靠人力的维护和检修，不能及时发现产品问题，其反作用是在发生火灾时往往会给逃生疏散指示带来许多盲区，满足不了火灾逃生的要求。
　　3.2 解决方案
　　智能消防应急照明疏散指示逃生系统，有效地解决了独立型应急标志灯维护检修盲点，以及无法和报警系统联动，在火灾发生时实时调整应急指示方向的问题。
　　智能消防应急照明疏散指示逃生系统是具有自主知识产权的新一代疏散指示逃生系统。该系统提出了火灾应急疏散指示逃生的完整方案。其中包括独立监控系统，以及和消防报警设备的联动系统。
　　智能消防应急照明疏散指示逃生系统采用集中监控方式，通过信息技术、计算机技术和自动控制技术对楼宇内的消防安全通道进行实时监控，以达到产品维护、安全疏散智能化的目的，不仅解决了产品日常维护的难题，并在获得消防报警火灾联动信息后，对逃生路径进行智能分析，调整疏散方向。消除火灾发生时楼宇内逃生疏散指示盲区，提高大楼的安全系数。
　　智能消防应急照明疏散指示逃生系统采用总线式技术，为用户节省大量重复投资，并使所有产品集成在一个相对开放的协议下。其次，该系统在设计中，充分考虑了用户系统的容量和扩展性，以满足用户对大容量设备的需要。另外，该疏散指示逃生系统可以灵活拓展，采用系统重组，解决火灾现场的各种问题，为使用方提供建议性解决方案。因此，本系统全面地考虑到了消防应急系统及其各个子系统的实际情况，是体现逃生全新理念的疏散指示逃生系统。
　　3.3 监视控制
　　为解决传统应急标志灯日常维护检修的难题，提高楼宇安全系数，本系统具备了底层设备的故障巡检功能，通过系统架构的网络，如发生故障，底层设备以主报式上报到主机，显示在软件操作界面上，同时声光报警提醒监控人员、24小时不间断巡检，节省大量人力物力，消除逃生盲区。
　　为实现在火灾发生时能动地调整应急标志灯指示方向，本系统和消防报警系统联动，借助消防报警系统火灾探测器探测到的火灾信息，对底层设备进行控制，发送指令，实施频闪、语音、光流闪动等动作。这些动作都通过加载在主机中的决策方案，由主机控制。
　　4、系统的组成
　　智能消防应急照明疏散指示逃生系统由以下各部分组成。
　　4.1 火灾探测器火灾报警主机是消防智能应急疏散指示逃生系统进行联动的火警信息的来源。
　　4.2 集中控制应急灯主机由交互式操作软件支持，负责解析底层设备的工作故障状态信息，接收来自消防报警系统的火警联动信息。对火警信息进行分析决策，对底层灯具发送各种指令。
　　主机主要由中心接入器、工控机、逆变器、主机应急电源、液晶显示器、打印机、消防联动节点转换器组成。
　　4.3 主要参数
　　（1）一个中心接入器可以控制30或60个区域汇集器，中心接入器和区域汇集器之间采用总线制连接方式。
　　（2）一个控制柜中可安装100个消防干节点接收器，如需要的接收器超过数量，可另设接收器安装箱。
　　（4）主机控制柜供电功率35W，输入电源AC220V/50Hz，控制柜具有充电状态显示，声光报警，模拟断电试验开关以及消音开关。
　　4.4 区域汇集器负责信息的收集和双向传递，可设置消防联动接点。主要参数如下：
　　（1）一个区域汇集器可接30或60个灯具（母灯）。
　　（3）区域汇集器供电功率5W，输入电源AC220V/50Hz.
　　4.5 安全出口灯型号：LED/0702/A/GQ/Z功能：由主机控制，可带语音、频闪、灭灯，可设置消防联动接点。
　　（1）出口指示灯位于楼道出口处；
　　（2）在安装指示灯的位置需预留86型接线暗盒。
　　4.6 向疏散指示标志灯型号：LED/0702/ZS功能：由主机控制，可频闪、调整指示方向。
　　（1）指示灯的出口方向可根据消防联动信息由主机柜发出指令改变方向；
　　（2）指示灯供电功率3W，输入电源AC220V/50Hz；
　　（3）指示灯应急放电时间≥2h。
　　4.7 光流子母灯型号：LED/0702/GL/QQ功能：由主机控制，以不同方向闪动光流指示逃生方向。
　　（1）光流母灯装于墙体1m线以下，需预留两个86型接线盒，一个通强电，另一个通弱电；
　　（2）光流母灯强弱电设计时，离母灯最近的子灯作为弱电进线通道；
　　（4）总数为30个子灯的供电功率为3W，超过数量的子灯，按比例增大功率。输入电源为AC220V/50Hz.光流灯应急放电时间≥2h。
　　5、系统应用
　　5.2 案例分析现代的建筑运用了各种化学材料，一旦发生火灾，会产生大量的毒烟，这些毒烟是导致人员逃生失败的直接原因。因此，在引导逃生时，除了避火，怎样避烟逃生是本系统解决问题的根本。
　　（1）楼梯口设置了带语音的安全出口灯。功能有灭灯、频闪、语音。
　　（2）楼道内设置可调向疏散指示标志灯。功能有改变方向、频闪。
　　（3）楼道的主干道设置地面光流指示灯。功能有改变方向、闪动，平时不工作。
　　在各楼层的楼梯休息平台，设置感烟探测器的采集点，收集火灾信息。
　　根据相关规定，消防智能应急疏散指示逃生系统消防联动的覆盖范围为火灾本层，火灾发生层的上一层、下一层，以及所有地下层。
　　假设三层发生火灾，通过消防联动，本系统的主机收到火灾信息，通过检测系统，启动系统转入应急。工作过程如下：
　　5.2.1 火灾本层
　　（1）各光流灯启动，方向朝火警点的反方向闪动。
　　（2）各出口标志灯启动，关闭处于火警点的出口标志灯。其他出口标志灯频闪，并语音广播。
　　（3）各可调向疏散指示标志灯启动，改变指示方向，指向火警点的反向，并且频闪。
　　5.2.2 火灾层的上一层视火灾层火势、烟雾的具体走势而定。在案例中，火警发生于楼道内，烟雾走向右，因此火灾层右边的光流灯和出口灯就近指引，而上一层右边的光流灯反向，出口灯关闭，因为该楼梯下面正是烟雾蔓延区。
　　5.2.3 火灾层的下一层及地下层按默认方式启动，即启动应急各出口标志灯及其语音，疏散光流灯、可调向疏散指示标志灯就近指引。
　　所有底层设备都受控于中央主机，其工作状态、应急方案显示在操作界面上并记录于数据库中，异常状态有声光报警，同时打印输出。
　　6、技术优势本系统的网络采用新研发的3S总线技术
　　下面对其主要特性做简要描述。3S总线是一种基于单片机的多机通讯系统，采用通用单片机作为节点的控制芯片，因此具有成本低、可靠性高的特点。
　　6.1 3S网络
　　（1）数据可靠性高采用完善的CRC校验机制，保证数据的准确，发生错误，数据自动重发，严重错误节点自动关闭，线路故障自动报警等。
　　（2）结构灵活计算机接入方式灵活，可以选择RS232、以太网、USB等，网络规模可以根据需要无限扩展，路由器可采用级联结构，网络中任何两个节点之间（RTU、终端设备、路由器、计算机接口等）均可跨网段直接访问。
　　（3）3S网络为多主结构网络中的任何节点都可主动向网络中的其他节点发送数据，节省令牌传递的时间，保证数据能及时到达，网络采用短帧结构和非破坏性的仲裁机制，数据帧包含路由信息，节省通路建立和断开时间，简化路由算法。
　　（4）最高通讯速度可达200kbps（<100m）
　　最远通讯距离为5km（<5kbps），通过中继器则可以达到更远。
　　（5）每个网段可容纳100个节点。
　　3S网络通讯协议的实现采用软硬件结合的方法，因此具有较高的灵活性，在楼宇自动化系统（BAS）和家庭自动化中可以替代国际标准现场总线，且具有突出的价格优势。采用3S总线的RTU具有监控各种电压信号、开关信号，模拟信号及连接各种传感器和执行器的能力，可以方便地构成BA监控系统。采用3S总线替代传统的RS232或RS485，将使系统具有更高的可靠性和更大的网络规模。
　　6.2 原理概要3S网络的基点是，制定一套应用于现场总线系统的局部总线标准，包括局部总线的物理层接口，数据链路层、网络层协议，并且设计与国际标准现场总线的接口，使得整个局部总线能够作为一个子网嵌入到现场总线系统中。局部总线内部节点间能够通讯，并且具有互操作特性。局部总线满足低速、低成本、易于实现的特点。与标准现场总线不同，3S网络局部总线中数据链路层以上均采用软件实现。研究内容包括，物理层设计、硬件接口定义、数据链路层、网络层设计、与现场总线网络的接口设计、低功耗设计、总线供电等特性的实现。
　　其关键技术为：
　　（1）软件实现全部协议，并保证实时性的要求；
　　（2）局部总线能够与不同的现场总线通讯；
　　（2）3S总线路由器兼有路由和汇集器功能，路由器两边均可连接99个节点，路由器可执行广播功能、节点通讯故障诊断功能、自动重发功能等。
　　（3）通用RTU通用的3S总线RTU具有可监控各种电瓶信号、开关信号、模拟量、频率信号等功能，并能将信号自动远传给需要数据的节点或计算机，也可根据接收到的数据及命令执行相应的控制任务，例如启动电动机、打开阀门等。
　　（4）其他终端设备将3S网络嵌入到各终端设备中，利用终端设备的MCU实现3S网络通讯。例如3S门禁读卡机、3S温度传感器、3S液位仪等。利用这些3S终端设备均可以实现各种专用系统如：门禁系统、温度监控系统、液位监控系统等。
　　6.4 3S总线与现场总线、RS485的对比局部总线采用普通单片机通过软件实现协议，虽然在最高通讯速度上不如采用硬件实现的现场总线技术的通讯速度高，但在大多数场合设备距离较远的应用领域，如楼宇自动化、小区自动化等领域，通讯速度不可能过高，此时局部总线和普通现场总线处在同一个水平线上。而局部总线的价格具有非常突出的优势，特别是在量大面广的底层设备，具有突出的优势。
　　6.5 协议优点局部总线在协议的设计上，继承了多种现场总线的优点：
　　（1）采用非破坏式的总线竞争方式，其突出的优点是，在总线负载较重（信息通量大）时，网络不会阻塞。
　　（2）多主结构。不需要专门的主机或令牌，任何节点可主动访问总线内其他节点。
　　（3）组态特性。一经组态，网络中任何两点可以跨越多个网段实现信息的交换，不需主机的干预。
　　（4）采用带有路由信息的变长地址结构。网络可扩展性极强，规模近乎无限。
　　（5）采用CRC校验方式，极低的出错概率。
　　（6）自动通讯故障检出功能。
　　（7）硬件的报文滤波，不会因网络信息量大而影响设备正常运行。
　　由于成本低，使得局部总线可以广泛应用到量大、面广的各种需要在线通讯的设备上，嵌入到设备中，或者应用于大型机器内部通讯网络。例如：BA系统、报警系统、抄表系统、门禁系统等各种监控系统中，也可用于家庭智能化网络及各种工业控制系统中。由于局部总线的实现方案成本远低于现场总线，因此产品的价格将具有突出的竞争力。
　　由于采用具有自主知识产权的局部总线技术，对开发人员的要求较低，只要有普通单片机的开发经验就可，因此特别适合我国传统机电行业的技术改造，将带动我国一批国有、民营企业提升产品技术含量和市场竞争力，对于产品的用户来说有助于提升生产自动化水平和管理水平，因此具有广泛的社会意义和巨大的经济效益。
　　7、结论
　　综上所述，人们有理由相信上述系统及其核心产品在实际应用中是可行的，而且依据变化了的情况会不断地推陈出新，更加适应建筑工程的多样性需求。就其自身的高端品质和开放的技术平台，可以实施针对每个工程的个性化设计，随着系统自身突出的网络优势和无限拓扑的特点，会在使用于各形各色的现代建筑工程项目中突现其亮点。诚然，随着当代科技的进步和建筑工程的多边要求，在这一应急逃生领域中，还需在智能消防应急照明疏散指示逃生系统上做不断的完善提高，以期在火灾应急逃生过程中更加安全、更加智能。