高层商业综合体消防安全评估与火灾预警系统的研究

林乐强

（大连市消防救援支队，辽宁 大连 116000）

高层商业综合体是集高层建筑与商业综合体为一体的建筑，一般有整栋建筑全部为商业综合体和下部分为商业综合体，上部分为办公、住宅公寓等形式。由于高层商业综合体存在诸多不同职能、不同使用单元，导致加大了火灾事件的产生概率。建筑高度的增加同时大楼内群众疏散难度也将大幅度提升，救援工作也越来越难以进行，这就给建筑自身的自救能力带来了很大的挑战。因此，对影响我国高层商业综合体火灾风险的主要因素进行研究，提出一种综合、实用的安全评估方法及火灾预警机制势在必行。

1 高层商业综合体消防安全影响因素分析

在高层商业综合体中，易燃物质的类型与数量及其燃烧特性从某种意义上体现了其本身的防火风险，将直接关系到引发火灾的可能性和火灾大小，其是评价高层商业综合体防火性能的关键因素。

一般情况下，正确的消防结构设计能起到预防火灾扩散、有效控制烟雾、火势、降低火险等作用。因此，在高层建筑消防设计中，进行建筑物的防火设计是一项必要的工作，同时也是对各种类型的建筑物进行火灾风险控制的一项主要措施。

在高层商业综合体的灭火救援中，因举高车辆抬起高度受限，当出现较大的火情时，外界给水难度极大，而随着高度的提升，其本身的重量、体形也会随之增大，需要更多的水源，因此很难从外界进行灭火救援。因此，在高层建筑的灭火工作中，更多的是要依赖大楼自身灭火系统。所以，在高层商业综合体的防火设计中，其防火设备的配备和效能直接关系到其灭火效率，此也是衡量其防火性能的一个关键指标。

高层商业建筑内部人员数量众多，建筑消防安全最核心的问题就是火灾时保障建筑内部人员的安全逃生。高层商业建筑内部疏散楼梯的数量、宽度，疏散距离，疏散指示标志等安全疏散设施对于保障突发情况下人员安全疏散具有重要作用。因此，高层建筑安全疏散设施配置情况是评估高层商业建筑的重要因素。

国内外消防工作经验表明，加强消防安全管理对于减少火灾事故发生和控制火灾损失具有重要作用。建成运营的高层商业建筑按照国家消防技术标准，一般都设有消火栓、火灾自动报警、自动喷水灭火系统等设施，若不加强消防管理和维护保养，有些固定消防设施可能出现故障甚至瘫痪，有的消防设施可能被遮挡，不能发挥防火、灭火的作用。

从国际上的消防实践来看，加强防火安全的评估工作是降低火灾的发生率，控制火灾的损失的必要措施。已竣工投产的商用楼宇，必须根据国家相关防火技术规范，通常配备消火栓、自动报警、自动喷水灭火等设备，如不进行有效的防火和维修，部分固定的防火设备会发生损坏，或发生故障，或被遮蔽，无法发挥防火、灭火的作用。

针对高层商业综合体发生的火灾事故，虽然目前使用外力灭火很困难，但是在灭火过程中，借助外力灭火是迅速组织人员撤离和有效开展灭火工作的关键。所以，在高层商业综合体中，外来的消防力量是否能够迅速到达，并进行高效扑救，对减少火灾人员伤亡和经济损失具有重要的影响。从以上的研究结果来看，对高层住宅消防安全的影响因素包括本质火灾危险性、建筑防火、消防设施配置和有效性、疏散设施和消防安全管理。

2 高层商业建筑消防安全评估体系构建

上述内容分析了容易导致高层商业综合体发生火灾的各种因素，其中各种因素之间的相互关系是一种复杂的、非线性的、难以用传统数学方法来描述的。所以，为了达到对高层商业综合体消防安全的客观评估，本文提出了一种以指标体系为基础的火灾安全评价体系，具体如图1 所示。

图1 高层商业建筑消防安全评估技术体系

3 预警系统方案研究

3.1 高层商业综合体火灾预警探测方式

高层商业综合体火灾预警探测主要是依靠火灾探测器来实现的。按对现场的信息采集类型，火灾探测器可分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光式火灾探测器、气体探测器4 种。

火灾探测器可以在火灾发生初期，探测火灾数据并传送给火灾报警系统。不同的场所可以根据其特征选取不同的火灾探测器，以期能在火灾发生的第一时间及时反应。但是，火灾探测器的探测是在火灾发生后的，而预警系统应该在火灾发生前进行报警，因此，本文利用火灾模拟软件对建筑可能发生的火灾进行模拟，对其结果进行修正，以达到火灾预警的目的。

3.2 高层商业综合体消防安全隐患的感知

消防隐患管理是结合互联网+、物联网技术来提供技术防控、监督、齐抓共管的消防隐患排查手段，一改传统的隐患排查模式，通过物联网及高层建筑内人员对消防隐患的自发自查，实现对消防隐患早发现、早识别、早处理。通过远程监控及时发现违法占用消防通道的情况，发现后通过视频回放取证并给予处罚，确保消防通道保持畅通。物联网本质含义是将各种信息传感设备和互联网进行连接，形成一个连接众多设备的、统一的网络系统。

物联网技术中最重要的技术包括传感器、网络技术、无线通信技术、射频识别、信息安全技术和嵌入式技术。传感器网络技术是实现物联网使用状态的核心，解决的是物联网系统运行过程中的信息感知问题，能够通过传感器，对周围的变化情况进行自动感知，并进行简单的数据分析。

高层商业综合体发生火灾时，根据不同的建筑特征选取不同的传感器，利用传感器技术对其各项数据进行监测，通过物联网形成分布式数据采集系统，从而实现多源数据全实时采集、传递与综合汇聚。

3.3 消防安全信息智能感知系统

消防安全信息智能感知系统，以“智慧消防”为理念，以数字化、网络化、智能化、移动化“四化”融合为特点，通过采集海量火灾安全信息，进行实时分析预测预警，对可能发生的各类火灾事故形成预警报告，并通过移动端平台将预警信息推送至相关人员。它包括前端系统及后端系统。前端系统是指在建筑内安装的烟雾传感器、浓度传感器、温度传感器等监测设备，其主要功能为对现场火灾安全情况进行实时监测和数据感知；后端软件包括数据采集模块、管理控制模块等。它是实现火灾智能感知的基础；后端软件通过与前端数据采集设备结合，形成了面向消防安全的应用模式。主要功能包括通过对前端视频检测设备的监测数据进行分析预测和预警；通过对监控中心服务器上接收到的报警信息进行分析对比，形成预警报告；通过对现场信息采集设备上的现场数据进行分析比对形成火灾安全情况分析预测报告。消防安全信息智能感知系统作为“智慧消防”中的重要组成部分，在城市公共安全领域发挥着越来越重要的作用和价值。

对于高层商业综合体来说，其建筑结构和建筑材料是不变的，但是一旦发生火灾，建筑内的温度、CO 浓度、能见度是在不断改变的，因此，通过数据感知和动态模拟两方面来实现高层建筑火灾智能感知。

数据感知通过传感器技术来实现。高层建筑人员密集，发生火灾时人员的高效疏散至关重要，温度、CO 浓度、烟气能见度都会对人员疏散造成影响，因此数据感知采用温度传感器、CO 浓度传感器、烟雾传感器。动态模拟则通过火灾模拟软件来实现，首先需要进行参数的选取，将建筑结构和材料这类在模拟过程中不会改变的参数定为固有参数，将建筑内温度、CO 浓度、烟气能见度定为时变参数，根据这些参数进行火灾模拟，得到模拟结果，输出后将时变参数和感知数据进行对比分析修正，实现信息的智能感知。

综合火灾动态仿真、消防设施、通道等综合视频监测与图像辨识，构建了由传感器、数据采集模块和网络终端构成的数据采集体系，使多源数据实时采集、传输和综合汇集，并达到数据的耦合。

3.4 高精度火灾模拟

对目前我国的高层商业综合体，采用Pyrosim 消防模拟系统、BIM 模拟程序，利用Revit 构建建筑物的结构，然后将其导入Pyrosim 进行火灾模拟。BIM（Building Information Modeling）的理念是在1975 年被Chuck Eastman 教授提出的。Jerry Laiserin 提出，“Building”应当涵盖整个项目的整个生命周期，在“Information”中，不仅要提供几何数据，还要提供建筑物的相关资料，而“Modeling”中要包含一个动态的建造管理流程和建造项目的运行情况。

BIM 是一种模式和一种方式，它是一种过程和成果的表现形式。该系统将项目规划、设计、施工、运营和维护等全生命周期的数据进行全面的记录和分析，能够为项目的整体规划、设计、施工、运营和维护等提供良好的数据支持，从而使项目的效益达到最大。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特征。Revit 是BIM 系统中应用最多的一个应用程序，它具有独特的家族库，它可以通过对家族数据库进行直接的访问，并可以对参数进行调整，从而实现对结构图、立面图和Windov 三维建模。

由于传统的火灾模拟方法是在Pyrosim 中进行模拟，因此在建立防火模拟系统时，各个部件都要在模拟过程中加入相应的坐标信息。但这对那些拥有大量室内构造和高层建筑而言，在X、Y、Z 三个方位反复的输入资料是十分麻烦的；对于具有多层结构的构件来说，例如，楼梯，需采用FDS 软件的有限元模型建立多层次的单元，并且要多次进行空间坐标的录入。在此过程中，若没有辅助性功能，如定位仪，则很难快速构建模型。

相比直接在Pyrosim 中建模后进行模拟，BIM 建模具有以下优点。

（1）高精度。在Pyrosim 中，其主要功能就是搭建一个简单的框架结构，建筑内部一般只定义障碍物用来放置火源，而Revit 则是一个独立的房间，比如，床、桌子、空调、厨具等，可以最大限度地还原出建筑的内部构造。同时，在BIM 模型中的各个组件都是独立、具有各自的大小和信息的，可以进行二次开发，并将其转换成火灾模拟所需的参数。

（2）优化性。BIM 模型是一个不断升级和优化项目的全过程的必要条件，BIM 模型的可视化特性能够精确地提供完整的建筑物信息。

（3）直观性。在消防宣传和培训方面，三维可视化模型能清晰、直观地呈现出现场的实际情况，传达的信息远比现有的二维平面图要好得多，不仅能提高设计者的工作效率和工作效率，而且能有效地增强演示教学的趣味性和直观性。结合各类技术，构建智能火灾监控系统。该系统的技术体系结构分为感知层、网络层和应用层三个层次。

4 结语

高层商业综合体作为城市进程发展中新型业态，在大中城市发展日益普及，但也带来消防难点，通过应用无线传感网络ZigBee 构建火灾预警监控与引导信息管理系统方案，在高层商业综合体各火灾易发点，布置各类智能信息采集传感器，实时采信各类信息，实现了高层商业综合体各类信息实时监控，当出现火灾苗头时，能实时发出预警信息，对保障高层商业综合体的消防安全具有重要意义。