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火災監控系統在智能建筑中的應用分析
簡介：為了創造安全舒適便利的生活工作環境，實現設備監控和節能[1]，智能建筑采用了大跨度框架式建筑結構，并以綜合布線系統為聯系紐帶，配置建筑設備自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統。一般認為，火災監控系統是智能建筑中設備自動化系統的一個子系統，是智能建筑防火安全體系的核心與消防系統集成的關鍵。據此，本文分析探討當前火災監控系統的基本結構和應用形式，結合智能建筑特點及其防火安全要求，說明火災監控系統在智能建筑中的應用現狀和發展趨勢
關鍵字：火災監控智能建筑應用分析
1前言為了創造安全舒適便利的生活工作環境，實現設備監控和節能[1]，智能建筑采用了大跨度框架式建筑結構，并以綜合布線系統為聯系紐帶，配置建筑設備自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統。一般認為，火災監控系統是智能建筑中設備自動化系統的一個子系統，是智能建筑防火安全體系的核心與消防系統集成的關鍵。據此，本文分析探討當前火災監控系統的基本結構和應用形式，結合智能建筑特點及其防火安全要求，說明火災監控系統在智能建筑中的應用現狀和發展趨勢。
2火災監控系統的基本結構與性能特點國家標準《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-1998）規定，火災監控系統一般由火災探測器、輸入輸出模塊、各類火災報警控制器和消防聯動控制設備等共同構成，其基本構成原理。由于火災信息探測與數據處理方式、火災探測器與火災報警控制器之間的配合等，決定著火災監控系統的功能與結構形式，因此，火災監控系統根據火災探測器與控制器之間連接方式、火災報警控制器中火災信息處理方式和網絡通信能力、系統設計所基于的技術特征等，可分為下列幾種基本結構形式：
2.1多線制系統結構 多線制系統是基于工業生產過程點對點控制方式開發的傳統型系統，其結構特點是火災報警控制器采用直流信號巡檢各個火災探測器，火災探測器和火災報警控制器之間采用硬線對應連接關系，一般系統線制為an+b（n是探測器數；a=1，2；b=1，2，4）。隨著微電子技術發展，的多線制系統采用數字編碼技術，少線制為n+1.多線制系統由于工程設計、施工布線和系統維護復雜，已逐步淘汰。
2.2總線制系統結構 總線制系統結構的核心是采用數字脈沖信號巡檢和數據壓縮傳輸，通過收發碼電路和微處理機實現火災探測器與火災報警控制器的協議通信和整個系統的監測控制。總線制系統的結構特點是系統線制為an+b（n是探測器數；但a=0；b=2，3，4等），一般是二總線或三總線制，體現了智能建筑中系統集成、綜合布線的技術特點；當火災探測器與火災報警控制器之間、各種功能模塊與火災報警控制器之間都采用總線連接時，稱為全總線制系統，其工程布線靈活，可通過模塊聯動或硬線聯動消防設備，系統抗干擾能力強，誤報率低，總功耗小。
2.3集中智能系統結構 集中智能系統結構一般采用總線制和大容量通用火災報警控制器，其特點是火災探測器主要完成火災參數的采集和傳輸，火災報警控制器采用計算機技術實現火災信號識別、數據集中處理儲存、系統巡檢、報警靈敏度調整、火災判定和消防設備聯動等功能，并配以區域顯示器完成分區聲光報警。顯然，建立在總線制基礎上的集中智能系統能滿足智能建筑中系統集成的基本要求。但是，系統中火災報警控制器要及時處理每個探測器送回的數據并完成一系列設定功能，當建筑規模龐大、探測器及消防設備較多時，單一主機可能出現系統應用軟件復雜龐大、火災探測器巡檢周期過長、系統可靠性降低和使用維護不便等不足。
2.4分布智能系統結構 分布智能系統結構是在集中智能系統優勢基礎上形成的，它將火災探測信息的基本處理、環境補償、探頭污染監測和故障判斷等功能由火災報警控制器返還給現場火災探測器，免去控制器大量的信號處理負擔，使之能從容實現火災模式識別、系統巡檢、設備監控、數據通信等功能，提高了系統巡檢速度、穩定性和可靠性。顯然，分布智能系統結構強調總線上有效數據傳輸，對火災探測器設計提出了及時性和可靠性方面的更高要求，通常是采用專用集成電路設計（ASIC）技術來降低分布智能系統中高性能探測器成本，提高性能價格比。顯然，分布智能系統結構符合智能建筑系統集成思想和綜合布線的性能要求。
2.5網絡通信系統結構 網絡通信系統結構可在集中智能或分布智能系統基礎上形成，之處是將計算機數據通信技術應用于火災報警控制器，使控制器之間能夠通過Ethernet及TokenRing、TokenBus等通信協議，以及專用通信線或總線（RS232、422總線、485總線）交換數據信息，實現火災監控系統層次功能設定、遠程數據調用管理和網絡通信服務等功能。顯然，網絡通信系統結構既可專用通信網絡實現，也可基于開放式的現場總線技術實現，再配以分布智能數據處理方式，能適應高性能火災監控系統的發展需要，為城市消防數據信息網絡系統建設奠定基礎并滿足未來發展需要。
3火災監控系統的設計應用要求國家標準《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-1998）中規定，火災監控系統有三種基本設計形式：區域報警系統、集中報警系統和控制中心報警系統。火災監控系統應根據被保護對象的特點和要求，綜合考慮建筑物的規模性質、火災載荷、火災危險性、疏散和撲救的難易程度、火災事故的可能后果等因素，確定相應的系統設計形式并完成設備配套。圍繞智能建筑，國家標準《智能建筑設計標準》（GB/T50314-2000）強調系統集成及其實現，要求按照智能建筑甲、乙、丙三級設計標準合理配置火災監控系統。因此，綜合考慮智能建筑特點和防火安全要求，其火災監控系統一般采用控制中心報警系統設計形式，并需具備下列性能要求[2]：
（1）具有模擬量或智能化火災信息探測處理方式，實現數據連續采集和有效傳輸；
（2）具有總線制系統結構，便于實現系統集成思想和增強系統工程適應
（3）具有及時可靠的火災探測報警能力，系統誤報率低、穩定性和兼容性強；
（4）具有火災探測器環境補償、靈敏度分時自動調整和基本火災模式識別功能；
（5）具有數據共享、電源及設備監測、網絡化數據通信和消防設備優化管理功能；
（6）具有良好的人機界面和服務于系統的綜合管理軟件。必須指出，智能建筑一般用于高可靠性、高安全性、舒適性強、反映要求靈敏的對象，或是能源消耗高且有很大節約潛力的對象。所以，智能建筑并不強調是否具有的火災監控系統，而是強調在滿足智能建筑提出的火災信息探測處理、系統結構和火災識別三項基本要求前提下，火災監控系統能與智能建筑中各子系統有機地聯系在一起并發揮作用。
4智能建筑中火災監控系統的應用形式根據智能建筑結構形式、保護等級、物業管理方式等的不同，火災監控系統作為智能建筑消防系統及設備的集成中心。 4.1中控機系統形式 中控機系統應用形式如圖2示，它由集中智能式火災報警通用控制器、樓層顯示器、類比式火災探測器及模塊連接的普通探測器構成，總線制，也可支狀布線，系統基本容量500編碼點左右并可擴展成系列。智能建筑要求這類系統中火災探測器能夠采集現場參數及特征，火災報警控制器存儲火災特征數據并可對采集數據集中進行多級類比判斷處理，能夠可靠識別并判定火災。中控機系統形式的典型產品有Simplex4100、NohmiR21Z等。此外，按分布智能系統結構也能構成圖2系統形式。
4.2主子機系統形式 主子機系統應用形式如圖3示，它是由集中火災報警控制器加區域控制器，或是由通用火災報警控制器加功能子機（完成樓層顯示和區域管理功能，或僅完成區域管理功能），并配以類比式或分布智能式火災探測器和模塊連接的普通探測器構成，總線制，一般采用多機大容量，適于大型工程。在智能建筑中，主子機系統形式一般采用小容量標準化火災報警控制器多臺聯網方案，火災信息處理采用集中智能或分布智能方式，數據通信要求高，系統組態靈活，適應性強，典型產品有NittanNF-3E、Simplex2120、FCI7200等。
4.3節點機系統形式 節點機系統應用形式亦如圖3所示，它可基于LonWorks技術實現并采用網絡通信及總線制系統結構，特點是火災探測器一般采用類比式或分布智能式數據處理，火災探測器中可采用Neuron芯片取代原有的CPU；通用火災報警控制器借助LonWorks技術的開放性而形成節點機，實現基本功能或基本配置相同，既可作上級管理主機（需擴展功能）也可作區域報警子機使用；通用控制器之間采用以太網（Ethernet）或專用傳輸網絡（如effeff公司GEMAG網絡，JohnsonControls公司METASYS網絡等）實現數據通信。一般，節點機系統形式中通用火災報警控制器之間采用支狀或環狀聯接，可與樓層顯示器配合分區；通用控制器基本容量多采用99報警地址＋99模塊地址的標準化設計方案，互聯數量可達32～62臺之間，消防設備或由消防中心聯動控制臺集中聯動或是由分散設置的控制器和模塊聯動。節點機系統形式典型產品有Sentrol8000（2～31臺聯網）、MerovaM80（2～27臺聯網）、EdwardsEST3（2～64臺聯網）等。
5智能建筑中火災監控系統應用現狀與發展趨勢綜合考慮火災報警技術現狀和智能建筑實際需要，當前智能建筑中火災監控系統的結構與性能特點可歸納如下： （1）火災探測器采用點狀超薄結構和總線制，具有火災參數連續采集、類比或分布智能數據處理、環境自適應等能力，多參數復合探測和采用ASIC技術是當前技術熱點；
（2）火災報警控制器采用微處理機或工控機結構和標準化功能接口，具有火災參數運算、火災模式識別和數據信息網絡通信能力，可基于微機開發技術或現場總線技術實現功能和容量合理配置，消防設備聯動靈活可靠，當前技術熱點是節點機形式配以視窗化專用應用軟件；
（3）系統整體設計采用總線制和多設備監控方案，多種系統結構形式并存，系統具有多種數據通信方式，系統管理、人員培訓、救災預案制作等軟件化，當前技術熱點是系統數據通信標準化和設備監控管理規范化，實現智能建筑火災監控系統的開放式結構。不難看出，智能建筑火災監控系統技術發展涉及三個方面。在火災探測器技術方面，以二總線制超薄結構、分布智能和專用集成電路（ASIC）技術為基礎，實現探測器環境自適應、多參數探測處理、高可靠性和低誤報率。在控制器技術方面，以通用控制器實現集中智能或分布智能技術方案為核心，火災信息處理采用閾值、趨勢、濾波、相關分析和人工神經網絡等多種探測算法組合[3]，實現火災模式識別和數據通信聯網。在系統整體技術方面，以現場總線技術為基礎實現系統的開放性，重視數據監測分析、工程適應性設計、火災智能判斷、設備優化控制和系統網絡化數據通信，形成專用火警計算機系統及視窗化人機交互界面和應用軟件。特別強調的是，火災報警控制器實現開放性設計和數據通信標準化是火災監控系統與智能建筑數據共享和有機聯系的基礎。智能建筑火警信息數據共享可改變火災監控系統自成封閉體系現狀，促進相應技術和產品發展，實現火災監控系統與建筑設備自動化系統等的系統集成。
6結束語綜上所述，智能建筑的不斷涌現，使火災監控系統向專用集成電路技術（ASIC）廣泛應用和分布智能及網絡通信型結構形式發展，形成靈活多樣、符合防火規范基本要求的節點機系統形式。它在產品方面便于實現低成本、標準化和規模化，在工程方面可使系統應用設計組態靈活，在設備監控方面可適應智能建筑中設備直接數字控制發展要求和視窗化應用軟件趨勢，在信息處理方面能滿足智能建筑數據通信要求和城市火警信息系統組網要求。
