一号科研楼消防工程学.docx
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一号科研楼消防工程学
1绪论
1.1国内外消防系统现状
随着经济和技术的发展，火灾成为了现代社会非常大的威胁之一，危害也越来越大。
在学校这种人员密集的地区，火灾常常威胁着学生的生命。
学生由于消防知识的了解不多，以及消防意识的淡薄，校园内，如宿舍，教学楼，科研楼，实验楼，图书馆等建筑物火灾的发生越来越频繁，也造成了大量的人员伤亡。
现阶段火灾的特点是，由于人为因素导致火灾信息漏报，迟报，报警设备出现故障没有及时恢复开通，造成火势的蔓延，酿成无法估量的损失。
在我国消防设备和消防通讯设备和国外相比有很大的一段差距，国外政府每年够会投入大量的资金来更新和完善消防系统，以保证这些系统具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的功能，并且保持对消防系统进行定期检查和维护。
许多发达国家采用PC机和传感器相连，实现远程采集和数据的传输，并且能及时处理数据。
在我国，消防设施和通讯设备却相对的落后，火灾发生后，灾情不能及时被相关部门了解，产生漏报、误报或者不报等现象，很大程度上影响了火灾的扑救工作。
火灾的报警只能依靠119调度指挥中心难以实现整个系统的自动化。
一些消防重点包围单位虽然根据要求安全了火灾自动报警系统，但是由于管理维护不善及纸板人员责任心不强，脱岗、睡觉、酗酒等，致使火灾时有发生。
如2002年9月8日21时39分，北京某大学研究生公寓1号楼3层324室发生火灾。
火灾中共有3间宿舍被烧毁，2间宿舍部分被烧，过火面积80余平方米。
经查，火灾原因系该宿舍学生姜某某，于当晚19时30分使用“热得快”在暖壶里烧开水，并请同学沈某某照看，随后就去教室看书，而沈某某洗完衣服后外出，将同学烧水一事遗忘，致使“热得快”长时间通电干烧，导致发生火灾，直接经济损失10万余元。
如今，火灾自动报警系统作为一种火灾预报警系统，在防火中扮演着越来越重要的角色，产品的生产的生产和应用都得到较大的发展。
根据《中华人民共和国消防法》、GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》和GB50045-95《高层民用建筑防火规范》等法律规定，使其成为预防火灾发生的有力保障措施之一。
1.2设计目的及意义
随着我国科学技术的发展及消防事业的发展，计算机和通讯设备已经被广泛引用到期中，使得消防设施的自动化，智能化水平不断提高，做到了险情早发现、早预防，努力将火灾消灭在损失最低的时期，对学校的消防预防有着很重要的意义
本设计采用课程学习的消防监控系统对学校一号科研楼的火灾监控进行设计，当探测器探测到火灾，即刻传输给火灾控制器，利用联通控制系统，启动多个消防设施，如火灾报警系统，广播系统，自动喷水系统等，从而达到疏散群众，扑灭火灾，减少人员伤亡和财产损失。
1.3一号科研楼平面布局
一号科研楼每层结构以及功能都不相同，一下为各层平面布局以及各层的房间功能。
图1-1一号科研楼一层
一层：
流体机械、震动采油、石油机械、材料加工工程、油气罐渗流仿真、液压传动、水力机械、水质控制等实验室。
图1-2一号科研楼二层
二层：
油气成藏地质、岩矿鉴定、普通地质、油气地球化学、原油物性、储存地质、石油天然气等实验室。
图1-3一号科研楼三层
三层：
渗流力学、储层保护、采油（气）工程、油层物理等实验室
图1-4一号科研楼四层
四层：
稠油热采、生产测试、油气层保护技术、微观模拟、高能气体压裂、物理化学采油、电磁采油等实验室。
图1-5一号科研楼五层
五楼：
油库设计与管理、流体力学、钻井岩石力学、钻井信息应用技术、钻井液与完井液、固井水泥浆、输油管道设计与管理等实验室。
2系统总体方案设计
2.1火灾自动报警系统的工作原理及组成
2.1.1火灾自动报警系统的工作原理
火灾自动报警系统的工作原理是：
被保护场所的各类火灾参数由火灾探测器或经人工发送到火灾报警控制器，控制器将信号放大、分析、处理后，以声、光、文字等形式显示或打印出来，同时记录下时间，根据内部设置的逻辑命令自动或由人工手动启动相关的火灾报警设备和消防联动控制设备，进行人员的疏散和火灾的扑救。
2.1.2火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置、电源以及具有其他辅助控制功能的装置所组成。
它能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、光辐射及变化的空气组分等物理量，通过感温、感烟、感光及气体浓度等火灾探测器变成电信号，传输给火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。
一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防烟排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘门、挡烟垂壁等相关系统联动，通过自动或手动方式发出指令，控制外围联动装置的启停并接收其反馈信号。
系统示意图如下：
图2-1火灾自动报警系统的组成
2.2消防系统初步方案设计
消防监控系统选用海湾公司GSTCRT2001彩色显示系统。
该系统是海湾安全技术有限公司最新一代消防控制中心火警监控、管理系统，它用于火灾报警及消防联动设备的管理与控制以及设备的图形化显示。
可与海湾安全技术有限公司所生产的GST200、GST500、GST5000、GST9000等系列火灾报警控制器（联动型）组成功能完备的图形化消防中心监控系统，并且CRT之间可以通过局域网、普通电话线（通过调制解调器）RS-232等方式进行联网，接收、发送、显示设备的异常信息及主机信息，从而实现了火灾报警系统的远程中央监控。
具体系统示意图如下。
图2-2消防监控系统示意图
2.3各部分结构功能
2.3.1火灾探测报警模块
科研楼内共每个房间都有一个感烟感温火灾探测器，每层楼走廊中都有一个消火栓按钮和一个火灾声光警报器，这三类设备都有一个电子编码地址，全部串在一条无极性二总线上接入火灾报警控制器（联动型）。
各个楼层的火灾显示盘也都串在一条有极性二总线上接入火灾报警控制器，唯一不同的是还有伴有两根电源线。
发现火灾有两种情况，一是各个房间感烟感温火灾探测器检测到，这时与之相接的门灯会自行点亮，二是各层大厅中的消火栓按钮被人为按下。
火灾报警控制器在检测到任一种报警信号后，由报警设备的电子编码地址就会知道火灾发生的位置，然后火灾报警控制器按照预定联动控制程序的触发全部或任意几个（由联动控制程序决定）火灾声光警报器进行报警。
由同时各楼层或该楼层（由联动控制程序决定）的火灾显示盘就会显示火灾发生的准确位置，便于人们选择正确的逃生路线。
火灾探测报警模块示意图见图2-3。
2.3.2火灾探测报警模块
系统在每一层走廊都设有一个消防电话分机，由于消防电话分机和消防电话主机通过火灾报警控制器相接，所以主机可通过火灾报警控制器呼叫固定分机；分机摘机即直接呼叫主机，这时，主机振铃直至主机摘机；分机与分机之间不能通信。
主机分机在通话开始时，主机上请求录音灯闪烁提示录音，按放音/录音键后开始录音，并自动记下录音时的时间；录音最多可分两段，总录音时间长度200秒钟；放音时自动显示所放录音段的录制时间，放音结束自动恢复显示实时时间。
录音段最长保存时间为3天，超过保存时间的录音段将被自动抹去以备下次录音。
抹音期间，录音指示灯常亮。
另外主机设有音频输出插孔，供外部保存录音使用。
消防电话模块示意图见图2-3。
图2-3火灾探测报警模块与消防电话模块示意图
2.3.3消防广播模块
紧急广播信号由话筒或警报器播放火警或个人喊话等。
两路信号都接入广播分配盘，未启动广播分配盘时，正常广播输入与输出相连。
启动后广播分配盘将输出切换到紧急广播输入。
广播分配盘有一路正常广播输入信号和五路紧急广播输入信号，有二十路输出信号。
广播分配盘切换方式除手动控制外，还具有联动控制方式，广播分配盘接收火灾报警控制器发出的动作命令，发出切换命令。
广播分配盘可以通过控制器联动控制广播切换，用控制器直接启动广播分配盘上1～20路对应的编码地址，即可切换广播输出，也可以通过联动公式联动控制广播输出。
在遇到火警时，可按联动控制程序的预设选择接通五路紧急广播信号中的哪一路。
例如，如果接通话筒，那么主控室的管理员就可以用话筒对整栋大楼通报火警以及指挥逃生。
消防广播模块见图2-4。
2.3.4喷淋灭火模块
安装在楼顶的消防水泵负责给水箱中供水，每层楼有一个电磁阀控制着该层所有房间中的喷淋头。
当该层楼的任一一个感烟感温火灾探测器发出火警信号给火灾报警控制器（联动型）后，火灾报警控制器会按照预定的联动控制程序先启动消防水泵给水箱供水，同时火灾报警控制器也会打开该层的电磁阀，这时整个楼层的喷淋头都会喷水灭火。
由于消防水泵和电磁阀等设备的电气特性与二总线设备不同，所以对其控制必须通过多线制CPU控制卡、多线制控制卡、多线制转换接口模块进行转换。
自动喷水灭火模块见图2-4。
图2-4自动喷水灭火模块与消防广播模块示意图
3消防系统设备选型
3.1探测器的选用
由于监控场所为实验室，而且有自动联动灭火系统，应该把感烟、感温、火焰探测器结合使用。
火灾探测器选用JTF-GOM-GST601型点型复合式感烟感温火灾探测器，既可以减少探测器的个数，又可以减少误报率，降低误报损失。
该型火灾探测器是由烟雾传感器件和半导体温度传感器件从工艺结构和电路结构上共同构成的多元复合探测器。
它不仅具有点型光电感烟火灾探测器的性能，而且兼有点型定温、差定温感温火灾探测器的性能。
正是由于感烟与感温的复合技术，使得该款复合探测器能够可靠响应国家标准试验火SH3（聚氨酯塑料火）和SH4（正庚烷火）；同时，该款复合探测器也能对酒精燃烧等有明显温升的明火探测报警，扩大了点型光电感烟火灾探测器的应用范围。
探测器为无极性信号二总线制，可接入海湾公司生产的各类火灾报警控制器的报警总线。
而且本探测器与海湾公司生产的其他探测器完全兼容，可混合安装在同一总线上。
编码方式采用十进制电子编码。
主要技术指标：
工作电压：
总线24V；
监视电流≤0.8mA；
报警电流≤2.0mA；图3-1JTF-GOM-GST601型
报警确认灯：
红色，巡检时闪烁，报警时常亮；点型复合式感烟感温火灾探测器
使用环境：
温度：
-10℃~+50℃
相对湿度≤95%，不结露；
编码方式：
十进制电子编码；
外形尺寸：
直径：
100mm，高：
54mm（带底座）
手动报警按钮的选用LD-8403型消火栓按钮，该按钮为编码型，可直接接入控制器总线。
它具有拔插式结构，安装简单方便；可电子编码，可现场改写；采用微处理器实现信号处理，用数字信号与控制器进行通信，工作稳定可靠，对电磁干扰有良好的抑制能力；带有一对常开输出控制触点，可用来做直接启泵开关；图3-2LD-8403
有机玻璃片在按下后可用专用工具复位等特点。
型消火栓按钮
主要技术指标：
工作电压：
总线24V；监视电流：
≤0.8mA；
报警电流：
≤2.0mA；
线制：
消火栓按钮与控制器信号二总线连接，若需实现直接启泵控制箱动作点亮泵运行指示灯，需将消火栓按钮与泵控箱采用三总线连接；
动作指示灯：
红色：
消火栓按钮按下时此灯亮，绿灯：
消防水泵运行时此灯亮无源输出触点容量：
：
DC60V/100mA；
使用环境：
温度：
-10℃~+50℃相对湿度≤95%，不结露；
外形尺寸：
90mm122mm×48.5mm
3.2火灾报警控制器
火灾报警控制器选用JB-QG-GST200型火灾报警控制器（联动型），该型火灾报警控制器是海湾公司推出的新一代火灾报警控制器。
控制器兼有联动控制功能，可与海湾公司的其它产品配套使用组成配置灵活的报警联动一体化控制系统，具有较高的性能价格比，特别适合中小型火灾报警及消防联动一体化控制系统的应用。
JB-QG-GST200型火灾报警控制器（联动型）采用柜式结构，主要指标如下：
（1）液晶屏规格：
320×240图形点阵，可显示12行汉字；
（2）控制器最大容量为242个地址编码点，本设计中用到点数：
①点型复合式感烟感温火灾探测器：
67，编码地址：
1-67图3-3
②消火栓按钮：
每层一个，5*1=5，编码地址：
68-72图3-3JB-QG-GST200型
③火灾声光警报器：
每层一个，5*1=5，编码地址：
73-77
④总线制固定式消防电话分机：
每层一个，5*1=5，编码地址：
78-82
⑤广播分配盘：
每个广播分配盘占用20个地址编码点，编码地址：
83-102
⑥多线制控制盘：
共有14路，每路占有一个编码地址，14*1=14，编码地址：
103-116
（2）控制器最大可外接64台火灾显示盘，火灾显示盘个数：
每层一个，5*1=5
（3）控制器最大可配置14个多线制控制点，多线制控制点个数：
①消防水泵：
1个
②电磁阀：
每层一个，共5个
（4）线制
①控制器与探测器间采用无极性信号二总线连接
②多线制控制点与模块（GST-LD-8302C）之间采用有极性二总线连接，最大接线长度≤1000m
③控制器与各类编码模块采用四总线连接（无极性信号二总线、无极性DC24V电源线）
④控制器与火灾显示盘采用四总线连接（有极性通讯二总线、无极性DC24V电源线）
⑤与彩色CRT系统通过RS-232标准接口连接，最大连接线长度不宜超过15m
（5）电源：
主电：
交流220V；控制器备电：
直流12V/10Ah密封铅电池；联动备电：
直流24V/24Ah密封铅电池
3.3报警装置的选用
在每层走廊布置一个GST-HX-M8501/2火灾声光警报器，这是一种安装在现场的编码型声或声光报警设备，可由消防控制中兴的火灾报警控制器启动，也可通过安装在现场的气体灭火控制盘直接启动。
GST-HX-M8501/2火灾声光警报器具有两种报警模式（模式Ⅰ、模式Ⅱ），可用于区分预警状态和火警状态。
光显示采用多只超高亮红色发光二极管作为光源，显示醒目、寿命长、功耗低。
可通过短路外控端子启动警报器，不受信号总线掉电的影响。
图3-4GST-HX-M8501/2
与信号总线及电源总线分别采用无极性二总线连接，火灾声光警报器
接线方便；具有电源总线掉电检测功能，若电源总线掉电，
可将故障信息传到控制器。
在在每个实验室门口布置一个GST-LD-8314型火灾探测器门灯。
该门灯可与对应的探测器并联使用，并与该探测器编码一致。
当探测器报警时，门灯上的指示灯闪亮，在不进入室内的情况下就可知道室内的探测器已触发报警。
3.4消防电话的选用
消防电话系统选用的主要设备如下：
GST-TS-Z01A智能型总线制消防电话主机，GST-TS-100A总线制固定式消防电话分机和GST-LD-8304总线制编码消防电话专用模块。
通过这个系统可搭建一种消防专用的通讯系统，实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情况及进行其它必要的通讯联络，便于指挥灭火及恢复工作。
3.5消防广播的选用
消防广播选用GST-LD-GBFP-200型广播分配盘，该盘为标准盘式结构，可与火灾报警控制器组装在同一柜中，完成对多路消防广播的切换控制，广播分配盘最多可控制20路消防广播，可根据需要进行选择手动控制消防广播切换，联动控制消防广播切换。
图3-5GST-LD-GBFP-200型
4监控系统详细设计
4.1各消防部件示意图
喷淋头
感烟感温探测器
电磁阀
声光报警器
消火栓按钮
火灾显示器
探测器门灯
多线制转换接口模块
消防电话分机
总线制编码消防
喇叭
电话专用模块
图4-1消防部件示意图
4.2消防监控系统设备清单
表4-2消防监控系统设备清单
序号
类别
设备
型号
数量
备注
1
触发
装置
点型复合式感烟感温火灾探测器
JTF-GOM-GST601
67
每个实验室一个
2
消防栓按钮
LD-8403
5*1=5
每层楼一个
3
报警
装置
火灾显示盘
ZF-GST8903
5*1=5
每层楼一个
4
火灾报警控制器
JB-QG-GST200
1
第一层消防控制室
5
警报
装置
火灾声光警报器
GST-HX-M8501/2
5*1=5
每层楼走廊一个
6
火灾探测器门灯
GST-LD-8314
67
每个实验室门口一个
7
消防电话
智能型总线制消防电话主机
GST-TS-Z01A
1
安装在火灾报警控制器上
8
总线制编码消防电话专用模块
GST-LD-8304
5*1=5
每层楼走廊一个
9
总线制固定式消防电话分机
GST-TS-100A
5*1=5
每层楼走廊一个
10
消防广播
广播分配盘
GST-LD-GBFP-200
1
安装在火灾报警控制器上
11
⑴播音话筒
⑵录音机卡
⑶喇叭
市售适当型号
各1个
第一层消防控制室
12
多线制控制
多线制控制卡
KZK-100
7
安装在LD-KZC-100卡上
13
多线制CPU控制卡
LD-KZC-100
1
安装在火灾报警控制器上
14
多线制转换接口模块
GST-LD-8302C
14
第一层消防控制室
15
喷淋控制
消防水泵
适当型号
1
最高层楼顶
16
水箱
适当型号
1
最高层楼顶
17
电磁阀
适当型号
5*1=5
每层楼一个
18
喷淋头
适当型号
67
每个实验室一个
19
计算机监控系统
监控系统
GSTCRT2001彩色显示系统
1
第一层消防控制室
20
RS-232接口卡
NNET-01RS-232
1
火灾报警控制器与GSTCRT2001彩色显示系统连接
21
其他
导线
适当型号
若干
22
管线
适当型号
若干
23
其他相关材料
4.3消防监控系统设计布局
4.3.1消防监控系统模块总体布局图
将消防报警模块、消防检测模块、消防电话模块、消防广播模块、喷淋控制模块整理连接起来形成总布局图4-3.
图4-3消防监控模块联合图
4.3.2各楼层监控系统布局
由于各楼层布局大体相似，一楼多了一个主监控室，探测器和喷淋系统居中，每一层楼都有各种消防模块，各层的消防布局图如下
图4-4一楼消防布局图
图4-5二楼消防布局图
图4-6三楼消防布局图
图4-7四楼消防布局图
图4-8五楼消防布局图
5结论
本实验设计项目通过运用在学校所学习的知识以及现代先进的消防系统进行一号科研楼的消防监控系统联动设计。
在设计过程中，合理的计算探头和喷头的布置是关键，首先需要对探测器和喷头以及其它的硬件设备进行选型，接下来对一号科研楼的平面布局进行分析，结合科研楼的实际情况进行设计。
在火灾自动报警系统中增加了计算机的联动控制和消防控制室多线控制盘硬件直接控制电路,是消防系统具有灵活性，及时性以及加强系统运行的可靠性，能够及时得接受到火灾信息，同时能够使得群众及时准确的转移，减少人员伤亡和财产损失。
参考文献
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[3].徐竟天，张乃禄《消防工程学》课程设计指导书，2006.
[4].杨琦.自动喷水灭火技术的发展.给水排水,1997,23
（1）:
44-46.
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