火灾自动报警系统（3）...

第六节  工程设计要点
1  设备选型基本要素
无论火灾自动报警系统规模大小、功能需求不同，系统可靠性与误报率都是设备选型的两大基本要素。在满足性能价格比高的前提下，要求尽可能高的系统可靠性和尽可能低的误报率是所有建设单位业主和设计师、安装施工和使用维护者追求的共同目标。从追求卓越的理想角度出发，应优化设计、选用最先进设备产品，优化施工、使用和维护；但从节省资源的现实角度出发，不妨适当降低追求十分完美的目标期望，选用较佳的设备，却万万不可放松和降低对于系统可靠性和误报率这些基本要求。
火灾自动报警系统可靠性是似真性的测量。换言之，一个火灾报警系统在其使用期限内，对各种条件须做出适当的响应。可靠性是说明一个系统质量的最佳指标。构成火灾自动报警系统可靠性的四大要素为设备、系统设计、系统安装和系统维修。从典型可靠性方程可知，一个系统的可靠性完全取决于系统的设计、组成系统的硬件、系统的安装及维修可靠性因子之积，而设备选型既与设计，又与设备、施工、维护这四个环节都密切有关。下面分别探讨探测器、传输线路和控制器对系统可靠性的影响：
（1）瑞士CERBERUS公司以F910火灾探测器为例认为其平均无故障时间（MTBF）为30年，根据大量的工程实践分析，一个火灾探测器MTBF为30年还是比较符合目前的实际情况。由若干个探测器组成的火灾报警系统，可以看成一个串联系统。若一个探测器出现故障，就可以为系统出现故障。若由几个探测器组成的系统平均无故障时间为单个探测器MTBF的几分之一。例如每个探测器的MTBF为30年计算，100个探测器的小规模系统的Ts=109.5天；500个探测器的中规模系统的Ts=21.9天；1000个探测器的大规模系统Ts=10.95天。系统中火灾探测器的数量越多，则系统的平均无故障时间越短。因此，规模越大的火灾报警系统对火灾探测器可靠性选用要求越高。
从火灾探测器可靠度研究表明，不使用探测器内的灵敏度鉴别电路，而是将正比于烟浓度的电压信号传送到控制器。由此判断环境变化和真实火灾，也就是采用模拟量探测器技术。
因此，笔者认为火灾探测器应用数量较多的大规模系统，尤其是智能建筑中火灾自动报警系统均应选用模拟量火灾探测器。此外，有些建设单位业主或设计师主张模拟量探测器混用于一个系统，国内外有些厂家产品也迎合这种需求有相应的产品，笔者不能苟同这一做法。因为这些开关量探测器混用将使整个系统可靠性降低不少；况且国外同一家厂商模拟量产品比其开关量产品价格约高20%~30%；国内模拟量产品比其开关量产品价格约高10%~20%，甚至相差无几，达到同一价位水平。因此，两者混用技术经济效果不佳，不宜采用。
（2）传输线路（含导线和连接螺丝等）对系统可靠性影响也很大，并随系统规模增大而增大。
显然，多线制传输线路数量很大，合计故障率高；总线制传输线路数量剧减，合计故障率低；二总线传输线路又比三、四总线传输线路更好些；联动控制与报警于一体的二总线方式的可靠性最高。
总线制传输线路大多采用并联总线控制方式，其缺点在于一旦总线回路出现短路，则整个回路失效。为了保证系统的正常运行，不得已在系统中分段增设短路隔离器。这样，不仅使系统变得复杂，设备投资增加，且使用和维护不便。
链式连接回路控制方式主要特点如下：一是回路用线量少；二是可分别识别每只探测器当时的状态（正常、故障或火警状态）；三是回路可连接成环型。因此，回路出现短路故障时，可通过正、反查询，能够保证回路中其他探测器正常工作，即回路具有自我保护能力。先进的火灾自动报警系统具有自适应编址方式，还在探测器中有特殊的保护电路功能，所以不必设置短路隔离器，不仅使系统构成简单、安装调试、使用和维护方便，也进一步提高了系统的可靠性。
（3）报警控制器本身当然是系统可靠性有所影响的重要因素。若报警控制器采用工控机或带双CPU的主机，前者抗干扰性好；后者系统运行有冗余度；系统可靠性提高。
传统的火灾自动报警系统采用集中一区域二级构成方式；先进系统构成方式应为分布式系统，即采用通用控制器构成主机、从机分布式系统；网络采用环形结构或令牌环。各个单体建筑相对独立的消防系统，网络可以实现互联、资源共享、信息传递和操作系统网络化，其可靠性进一步提高。
火灾自动报警系统误报原因很多，其中火灾探测器的误报又是其主要原因。模拟量探测器比开关量探测器误报率一般可降低一个数量级水平。多态探测器给出“正常”或“火警”以及其他非正常状态的大于2个的输出状态，比一般双态探测器的误报率进一步降低。
2  系统的确定和设置
2.1 按照我国现行消防法规进行设计、施工和使用，这是火灾自动报警系统最基本的要求。国标GBJ116-88《火灾自动报警系统设计规范》已修制，同国际是接轨的。按国际标准化组织ISO/TC21发布的ISO7240-1：1988（E）规范性文本明确了火灾报警的控制设备（B）与自动消防设备控制设备（G）和消防设备（H）的联控关系，因此在新《规范》修改制订纳入消防联动控制的技术要求。
2.2 规范设计，适应技术发展。《规范》对火灾自动报警系统的基本形成归纳为三种，并对适用的对象作了相应的规定：
（1）区域报警系统，一般适用于二级保护对象。
（2）集中报警系统，一般适用于一、二级保护对象。
（3）控制中心系统，一般适用于特级、一级保护对象。
《规范》对系统的基本形式规定很原则。我们可在符合这些基本原则的前提下，根据工程大、中、小规模和对联动控制和复杂程度，选用比较好的产品，组成可靠的火灾自动报警系统。
2.3 区域报警系统比较简单，但使用面很广。现在区域系统多数由环状网络构成，也可能是支状网络。在一个区域系统中，宜选用一台通用报警控制器，最多不超过两台。
由于火灾自动报警系统发展史上有区域、集中和通用报警控制器之分，现在国外及国内先进产品制造厂商也无区域与集中机之分，仅有通用机一类。另外，区域系统比较小，只能设置一些功能的联动控制设备。因此，宜选用具备少量联动控制的通用机。
依笔者选型经验与见解，区域系统可选用国产模拟量火灾自动报警系统产品，基于下列考虑因素：
本文已述现代火灾自动报警系统与传统产品相比主要区别在于技术先进性，工作可靠性和误报率低。国外同一家厂商模拟量产品比其开关量产品价格约高20~30%，国内模拟量产品比其开关量产品价格约高10~20%；而有些国内厂家的模拟量产品与国内一般开关量产品价格相差无几，达到同一价位水平。因此，首选国内一些先进模拟量产品性能价格比很高。
2.4 国内集中报警控制系统目前有传统的和现代的两种同时并存，前者为集中区域机形式；后者为报警控制器—区域显示器（楼层显示器）形式，并且是总线制编码传输的集中报警系统；各有其特点，可根据工程的投资情况及控制要求选择，笔者推荐后者。
由于集中报警控制系统较大，可靠性要求高。建议选型如下考虑：
（1）国内现代火灾自动报警系统产品品种越来越多，选用技术先进、质量稳定，经过较长时间工程实践考验的产品。
（2）引进技术或外资合资生产的现代火灾自动报警系统产品不少，而价格比国内自行研制的同类产品稍贵，但比进口原装产品价格低廉。例如中安电子公司的CS11系列引进瑞士西伯乐斯生产线，其模糊逻辑分布智能，性能优越。
（3）建设投资宽裕单位也可直接选用国外进口先进产品。诸如欧、美、日本等国产品均已进入中国市场。其中不乏国际著名品牌的先进产品，例如瑞士西伯乐斯公司Algo—Rex火灾探测系统采用分布智能和神经网络算法以及专用集成电路（ASIC）和数字滤波，代表了当今火灾探测系统的最高水平。
2.5 控制中心报警系统是一项非常复杂的消防工程系统，多用于大型建筑群和大型综合楼工程。每栋楼按其使用性质和管理情况设置消防控制室，由于高度集中管理的模式同分散用户的矛盾，尤其是租售的各用户的档次、级别和利益各不相同，集中控制与管理相当困难。这种高度集中的消防控制室不是唯一的方式。新规范指出：消防控制室的控制设备应根据建筑的形式、工程规模、管理体制及功能要求合理确定其控制方式：单体建筑宜集中控制；大型建筑群宜采用分散与集中控制相结合。
选型建议基本同集中控制系统。由于控制中心报警系统比集中控制系统规模更大（报警与控制点数量），可靠性要求更高。无论选用国内外何家产品，都应采用总线制集散系统，环形总线技术及模块化结构并具有网络功能。采用环形总线网络结构，利用令牌环和NOVELL网操作系统联接。对于各个单体建筑相对独立的消防系统，网络可以实现互联、资源共享、信息传递和操作系统网络化。
2.6 常用的火灾探测器
（1）感烟探测器
离子感烟火灾探测器是应用烟雾粒子改变电离室电离电流原理的感烟火灾探测器。
电离电流形成示意如图1所示。


在图1中，P1和P2是一相对的电极。在电极之间放有α放射源镅-241，由于它持续不断地放射出α粒子，α粒子以高速运动撞击空气分子，从而使极板间空气分子电离为正离子和负离子（电子），这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性，实现这个过程的装置称为电离室。
如果在极板P1和P2间加上电压V，极板间原来做杂乱无章的正负离子，此时在电场作用下做有规则的运动。正离子向负极运动，负离子向正极运动，从而形成了电离电流I。施加的电压V越高，则电离电流越大。当电离电流增加到一定值时，外加电压再增高，电离电流也不会增加，此电流称为饱和电流Is ，如图2所示。