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陈宇弘:火灾自动报警技术发展与创新

http://www.fire.hc360.com2017年12月14日18:24 来源:慧聪消防网作者:陈宇弘T|T

    慧聪消防网讯    2017中国消防安全产业大会(CFIC2017)    消防品牌荣耀直击

    日前,深圳市泰和安科技有限公司总经理、首席科学家陈宇弘博士出席“消防中国万里行”南宁站活动,并做主题报告《火灾自动报警技术发展与创新》,以其三十年的行业经验,敏锐的洞察力指出行业发展的问题,提出消防行业发展的技术创新趋势。

陈宇弘

    陈宇弘是中国科学院博士,总线制消防自动报警技术开拓者。1989年研发成功目前被大量采用的“消防二总线”技术,并从此投身消防事业,随后参与了一系列相关创业。现任深圳市泰和安科技有限公司总经理,首席科学家;国家消防标准化委员会第六分委员会委员;中国建筑学会建筑电气分会理事;中国照明学会咨询委员会委员;中国建筑学会建筑防火综合技术分委员会委员。

    以下为现场文字实录:

现场照片

现场照片

    我本人在消防圈里干了差不多30年,从1987年开始,从中科院毕业以后就一直在消防圈里做。在这期间有两次成功的创业经历,一次是1992年创办海湾集团,一次是2008年我们又重新在深圳创办泰和安。这两次成功的经历,还有30年来对于自动报警行业的亲身经历和体会,算是一个行业的老人。引用网上流行的一篇文章,马云写的向“老白兔”开炮,我们这些“老白兔”现在基本上已经退到二线来了。但是我们更多的是关注行业的发展,关注行业的进步,尤其我本身比较担忧的是在这个互联网时代我们的行业如何进步,包括华为等等一些企业,实际上对消防的关注度非常高。

    前天我看了在深圳安博会上传播的一篇华为的文章,我看他写的非常好。他对我们消防行业的分析非常透,它总结几点:消防行业很封闭,技术封闭,标准封闭,技术含量不高,因此华为的技术在其中大有可为。我看了这篇文章,有些毛骨悚然,因为他们分析的很对,理解得也很深。确实我们消防报警行业这些年虽然说在技术上是不断地进步,但是离主流的发展始终保持着一个非常大的距离,所以这是我们特别值得担忧的,尤其在中国这种特殊的国情下,我们的消防报警系统走了一条不太平凡的路,我们找了一些数据来分析一下,我们通过国外的发展,来看看国内的发展。

    一、历史回顾

    (一)国外火灾报警系统发展史

    1941年,瑞士西伯乐斯公司(现已归入德国西门子旗下)发明了第一只离子感烟探测器,开辟了火灾自动报警技术的新纪元,从此人类实现了火灾的早期预警。80年代初期,国外出现了模拟量可寻址的报警系统。从80年代后期,日本国立消防研究所和能美公司开始大量运用模糊数学和神经元分析技术,并结合CO、光电感烟、离子感烟、感温等多物理量探测手段,成功解决了误报与漏报之间的矛盾。90年代初推出了模拟逻辑+人工神经网络算法的智能火灾报警系统,大大提高了探测器的稳定性。

美国的UL和FM、英国的LPCB、德国的VDS

美国的UL和FM、英国的LPCB、德国的VDS

    经过70多年的发展,美国、欧洲、日本等发过国家和地区,已经形成了完备的产品和质量认证体系。目前,在全球比较有影响力的标准体系有美国的UL和FM、英国的LPCB、德国的VDS等。

    当然也包括我们的3C。我认为中国的自动报警系统从标准要求的完备性来看是世界第一的,因为我们包含了11个子系统,也有一说是包含12个子系统,12个是包括水的监控系统。在全球我们的标准最完备,技术监测手段是最完备的,但是发展不太均衡,所以虽然我们触及到所有火灾相关元素的每个方面,几乎每个方面我们都防控到,但是后面看还是有很多的问题。

    (二)国外家用报警产品的推广

    从美国的情况来看,在美国它的公共建筑自动报警的普及率并不高,而是大量的家用。美国1995年的统计数字表明,14户家庭中有13户已安装家用报警产品。每100起家庭火灾事件中,未安装探测器的家庭平均死亡1.04人,安装探测器的家庭平均死亡0.57人,死亡率下降40%~50%。另外,据BRK统计,英国从1983年开始推广普及家用探测报警器,到1995年普及率为75%,并且在1983年~1993年十年间,每年死亡率下降24.5%。1993年的统计数字是每1000起火灾,未安装探测器家庭的平均死亡9人,安装探测器的家庭平均死亡3人,死亡率下降了三分之二。英国80年代后期立法,规定多居室住宅必须安装家用报警产品。欧洲国家挪威普及率是98%(1998年统计),瑞典普及率是80%(1998年通过保险业推广)。法国、德国起步较晚,上世纪末还不足1%。

    (三)国内火灾报警系统发展史

    我们知道早期的家用报警系统大量的采用离子,不像今天我们是通过大量的光电。光电探测器基本是从九十年代初期开始的,而中国的报警探测器基本上是在1993年到1995年开始大量生产的,因此我们跳过离子这个阶段,基本上在我们国家大量推广就是光电探测器。

    接下来简单回顾下国内消防的标准发展。

    消防法规支撑体系

消防法规支撑体系

消防法规支撑体系

    《中华人民共和国消防法》第九条规定:建设工程的消防设计、施工必须符合国家工程建设消防技术标准。建设、设计、施工、工程监理等单位依法对建设工程的消防设计、施工质量负责。

    建筑设计防火规范

建筑设计防火规范

建筑设计防火规范

    建筑防火设计规范,从1982年开始,我们有了第一版。三十多年时间到今天已经用了五版。

    火灾报警通用要求

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火灾报警通用要求

    我们相应的产品标准,也就是火灾报警通用要求,从1984年我们第一个控制器的标准出现,到现在已经是正式的三版。第四版正在编制中,第四版的争议比较大,因为第四版和第三版的跳跃比较多,所以说我们行业有更多的反思,我自己想是这样。1984年基本上把欧洲的EN54直接拿进来,就是欧洲标准直接拿过来用,在1993年的时候,也是跟随着欧洲标准的升级做一个升级。2005版以后,中国的标准做了很大的创新,采用了最新版的电磁兼容国际标准,增加了漏电流实验,提出了软件文件要求,增加了检验规则和使用说明书的要求。

    消防联动技术条件

消防联动技术条件

消防联动技术条件

    有一些标准我觉得非常有价值,包括我们联动控制标准,1997年第一次明确联动要求,规定联动标准,中国火灾自动报警系统进入新纪元。2006年增加了断、短线检测要求,部分标准被列入国际标准,这是中国标准第一次走向世界。

    但同时我们也应该反思一些问题,其实国外有很多先进的经验我们没有把它借鉴过来或者把它继承下去。2005年以后我们标准走向了另外一个方向,走向另外一个方面,我觉得有些方面非常值得我们去思考。后面会说到联动标准的发展,现在也是第三版正在研讨,还在修订中。

    二、现阶段存在的问题及解决方案

    目前这个版本系统从严密性来看的话,确实所有的火灾危险元素都可以监控到。但是主要还存在五大问题:一、消防报警相关系统各自独立,二、系统稳定性差,三、整个消防系统缺少一体化控制界面,四、消防广播系统很难实现现行的“新规范”要求,五、面对物联网技术发展和新型火灾探测手段的出现,缺少整体支撑架构。

    现阶段存在的问题

    (一)消防报警相关系统各自独立

消防报警相关系统各自独立

消防报警相关系统各自独立 

   消防报警相关系统各自独立,主要表现在三个方面:1、系统组织独立:布线、网络、界面架构。2、人机界面无统一风格和规范要求,机箱尺寸不统一。 3、上位机通讯接口无明确通讯协议。

    在现实场景中,消防各个系统都是独立的自成网络,尤其是在同一个项目里,可能会选用不同市场品牌的产品,每家的设计风格不同、操作习惯不同就没有一个统一的界面,这样的话消防控制室会很忙很复杂,而且在消防员文化素质不高的情况下,学习诸多相对复杂的东西更是增加了难度。

    (二)系统稳定性差

    系统的稳定性差主要是由于消防报警联动系统架构不合理、线路复杂互相干扰、传感探测可靠性差三个方面。

    1、消防报警联动系统架构不合理。

    消火栓系统、防排烟系统、喷淋水系统、防火卷帘系统、防火门系统等必须通过报警联动主机实现联动,降低了系统可靠性。

    2、线路复杂、互相干扰

线路复杂、互相干扰

线路复杂、互相干扰

    一个母线槽里面消防系统本身就存在串扰的可能性,电话线、信号总线、广播线放在一个母线槽里面,它们之间功率相差三个数量级,弱小的容易被干扰。现行设备总线大多采用CAN(或RS485)总线,十多年来的工程运用表明,存在速率低、稳定性差的问题。近年来出现的各消防子系统也多采用CAN(或RS485)总线,使得整个系统线路更加复杂,总线之间的互相串扰也成了新的问题。

    3、传感探测可靠性差

    消防传感层问题的标准一直没有大提高。传感器无法识别火灾产生的烟雾、灰尘或者水气,导致探测器误报率高。

    (三)整个消防系统缺少一体化控制界面

    我们缺少一个整体的、标准的操作界面。不同厂家生产的产品,同样是火灾报警控制器,操作风格操作界面都不同。消防员到了现场以后他没法操作,因为今天可能遇到海湾,明天可能是泰和安,每次接触的都是新东西,而且又是很难快速学会。针对这点我们觉得应该学习国外,就是它的控制面板有一个消防员专区专用的操作区,不管是任何品牌的产品,这个区域必须都是一样的,这样就解决了消防员实际操作中遇到的困难,在我们最新版的标准中,就考虑到要搞一个标准界面,标准的一个操作单元。

    (四)消防广播系统很难实现现行的“新规范”要求

    2014年消防广播系统出现了新规范,消防广播系统将从原来的集中大功率功放演变为分布式小功率功放,又出现了广播音源的长距离传送问题,目前还没有品牌能够满足这个要求,现在依然使用的是老的广播。

    (五)面对物联网技术发展和新型火灾探测手段的出现,缺少整体支撑架构

    互联网的发展和新型探测手段出现,使得我们现有的自动报警网络更是狼狈,实际上很多数据传不了,缺少整体支撑架构。

    构建面向未来的物联网化建筑消防系统

    (一)四个步骤走

四个步骤走

四个步骤走

    我们认为要实现消防一体化,构建面向未来的物联网化建筑消防系统,要从四个步骤着手。

    第一步在信息上实现一体化,将各子系统通讯联网,实现数据汇集。就是不同厂家的不同产品,有一个标准通讯接口,使得我们把所有的数据首先能够联通。别说互联网,我们现在局域网都没有实现联通是不是?所以华为那个报告写得很对,同样一个建筑的消防报警系统、应急疏散各个系统互相的信息没法联通,没有一个统一的风格,没有一个统一的标准。那么这一次我们去修订的时候终于有一个标准协议,一个月前在沈阳开会的时候已经把这标准确定了。有了标准的物理接口和标准的总体协议以后,所有的企业不管是做防火门还是做报警的都按照协议走,我们大家都可以连起来,所以我们第一步马上要实现。

    第二步在物理形态上实现一体化,消防控制室各子系统集中机统一设置到同一柜体上。那么第二步我们认为整个或者是控制系统更加便于操作和管理的话,物理形态上应该为一体化。消防控制室各子系统集中机统一设置到同一柜体上。

    第三步实现人机界面的一体化,在同一人机界面上实行所有子系统的信息集中显示和操作控制。现在有一个标准的显示操作单元,下一步最终的发展是要在一块屏上或者在一个界面上要实现全楼的各个系统的操作和控制。

    第四步在系统网络架构上实现一体化,在建筑中建立高速消防设备专用网络,实现包含非电连接消防设施在内的所有消防设备现场接入。我们要建一个公共建筑消防网络,就在一个楼里一定要建一个公共的,现在这个子系统都是自己单拉线过来到消防公司,那么最终要实现一个贯穿整个建筑的一个消防设备。这个就是我们说四步走。

    (二)打破“大联动”思维,报警探测总线分离

打破“大联动”思维,报警探测总线分离

打破“大联动”思维,报警探测总线分离

    另外一个严重的问题是联动的问题,我个人的意见是把报警和联动分开。其实从沈阳所的角度来看他们是想分开的,当时制定联动标准的时候是专门有一个联动控制系统。后来各个厂家搞一搞,就觉着报警和联动可以共用一条主线,共用一台控制器,最后沈阳所那边也妥协了,大家就变成消防报警(联动)控制器,就算解决了又报警又联动。实际上从今天的技术发展来看的话,报警总线和联动总线技术条件完全不同。

报警总线和联动总线的对比

报警总线和联动总线的不同

    报警总线在物联网时代的话,我认为更趋于宽带,因为探测器不再是探测器,我觉得它应该是传感器。传感器要把数据实时上传,所有的分析应该在后台来做,在控制器来做,甚至在云端来做,所以说火灾探测器逐渐要传感器化,还是把更多的数据传过来,这是它的趋势,因此报警总线要求带宽比以前要更宽,功耗可能不会再大,因为现在传感器越做越小,所以传输功率不用太大,耐火要求不高,因为报警总线本身就是一个火灾发生之前起作用的系统。

    那么联动就不一样,联动的话,我们知道联动里面接的都是模块,所以它没有大量的数据,因此传输速率可以窄。但是联动的话它的传输功率功耗就比较大。包括鼎信,我觉得鼎信是一个非常有创新精神的公司,他们把联动模块的四根线变成两条线,供电和信号线合二为一的,这个我觉得是一个趋势。因此在这个联动总线上,既能传输大电流又能传出不用太宽的数据信号,就可以解决问题。最后一个是联动总线有耐火要求,那因为它在整个火灾发生过程中都要起作用。根据我们这个思想的话,我们认为报警控制器和联动控制器将来可能会分开。

    另外从联动本身来看,现在标准里是用的一个联动控制器,所有的联动信号都是经过联动控制器的逻辑运算以后再做具体执行,包括防排烟系统,包括消火栓系统,都是仰仗于这个联动控制器来做。那么联动控制器一旦发生问题的话连轴的所有消防系统全部瘫痪,这个事是非常危险。我了解到国外情况不是这样,国外是各个系统相对独立,它防排烟系统是自成体系的,消火栓系统也可以独立,不需要仰仗于所谓的联动控制器。

未来防排烟系统

未来防排烟系统

    这个是我们构想的一个未来防排烟系统的一个架构,传统的防排烟系统就是一个电控柜,我们叫风机控制柜,风机控制柜很简单,里面都是强电的东西,都是接触器只有风机控制。

    未来的系统我们希望把它做成一个智能的,它不仅要负责风机控制,而且要通过总线去控制排烟阀,剩余控制一些烟温信号,我认为挺好。

    这样的话这个防排烟系统就是完全独立的一个系统,就是联动系统不需要给它发任何指令它也可以独立的去做,但实际上它们跟消防控制中心是有联系的,它们之间有沟通。

    (三)传感器技术严重落后,通过标准提升实现技术升级。

    传感层的问题,我刚才也说了,这问题太大了。简单来说主要是以下三个方面。

    前后向技术

前后向技术

前后向技术

    基于红外光对不同颜色、不同粒径、不同浓度的广谱烟雾颗粒以及诸如水蒸气、油烟灰尘等非烟雾颗粒多角度散射特性和量化规律,将前向散射和与后向散射两种光电感烟探测方式进行优化组合,能有效甄别烟雾、水蒸气、油烟及灰尘,大大降低因环境因素影响而导致的误报。

    短波长

短波长

短波长

    点型光电感烟探测器对粒径较大的白色或灰色烟雾探测灵敏度较高,而对粒径较小的黑色烟雾探测灵敏度却较差,主要是由于点型光电感烟探测器使用的是红色光波,波长在640nm—780nm,接近烟雾颗粒,不能有效探测。而蓝色光波波长在470nm—505nm,准确性会大大提高。

    复合式探测器

复合式探测器

复合式探测器

    单一的点型光电感烟探测器很难甄别烟雾、水蒸气、油烟及灰尘,因此受环境因素影响较大,现考虑通过复合式探测器去减小环境因素对探测器的影响,降低探测器误报率。

    三、火灾自动报警技术的变革

    国内火灾报警空白区域有家用场所、小微场所、古建筑。据相关部门统计,2012年至2016年,全国发生在住宅及“三小场所”(小档口、小作坊、小娱乐场所)的火灾达44.8万起,死亡5238人,受伤2575人,分别占同期火灾总数的37.5%、72.1%和52.3%。

    2016年全国共接报火灾33.8万起,火灾事故造成1742人死亡、1112人受伤,直接财产损失39.5亿元。其中家庭住宅以及“三小场所”火灾11.1万起,造成1213人死亡,虽然起数只占总数的32.9%,但死亡人数占总数的69.6%。

    家用火灾报警安全现状

家用火灾报警安全现状

家用火灾报警安全现状

    小微场所火灾报警系统痛点

小微场所火灾报警系统痛点

小微场所火灾报警系统痛点

    家用场所、小微场所解决方案

家用场所、小微场所解决方案

家用场所、小微场所解决方案

家用场所、小微场所解决方案

家用场所、小微场所解决方案

    那么这里简单介绍下云系统、智能系统在火灾自动报警技术的变革中的六大优势。1、运用物联网+互联网+云计算+高等数学智能分析;2、智能作用,通过云计算技术可以在数秒之内处理千万计甚至亿计的信息,对物体实现智能化的管理;3、全面感知,无线传感网络的节点设置有不同的传感器,能够对当前状态进行识别,能够全方位对本地进行数据收集,用于探测火灾,并及时发出火灾信息;4、协同算法、更专业判断误报及火情;5、后台监控、远程值守、辅助火灾决策;6、可靠传递,信息可以在无线局域网、蓝牙、蜂窝信号等标准之间相互传递,从而达到更大地域范围的网络连接和报警信息传输。这也是未来智慧消防的一个发展方向。

    四、泰和安在行业技术发展与变革中所起的作用

    首先是1990年第一次在中国实现无极性二总线传输,并应用到实际工程中;第二是2008年完善原有二总线技术,将单向数字化传输变为双向数字化传输,解决了控制器与前端双向数字化通信(例如自动识别前端设备类型、报警值等);第三现在正在配合六分委进行GB4715、GB4716、GB4717、GB16806的修订与修编;第四针对消防物联网、消防一体化提了很多建议并实施,协助六分委推进消防一体化技术。也是和消防的同仁一起为行业的发展贡献绵薄之力。

正在配合六分委进行GB4715、GB4716、GB4717、GB16806的修订与修编

正在配合六分委进行GB4715、GB4716、GB4717、GB16806的修订与修编

   我们再思考一个问题,为什么中国发展这么快,但我们的功耗率那么高,其实综合起来看的话,我们重视验收前,轻验证后,就是我们系统的运转情况没多少人关心,或者是关心程度不够,以至于这样的系统交工以后就没人管没人关心这个事。那么在未来物联网时代,我觉得所有的东西都变成透明了。我这两天睡觉都想,如果大家都连起来的话所有的事都捂不住,谁家的产品质量好,谁家的施工质量高,哪个设备工作稳定,一目了然。所有的事情都暴露,都暴露以后怎么办?我觉得作为制造企业来说,从今天开始,我们真的是要好好的研究。如果这个网很快的建起来以后,大家都暴露在桌面上,这个时候怎么看?其实你不需要去宣传,大家都知道好与不好。

    谢谢大家。

责任编辑:王子美

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