| 火灾报警消防联动控制系统的漏报率和误报率及系统设计的研究 |
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| 作者：温翠英 刘振河
2004-9-22 15:11:00 |
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摘 要: 探讨了火灾报警系统的漏报率和误报率, 并针对火灾报警系统的漏报率和误报率提出了火灾报警消防联动系统设计数学模型和设计方法。
关键词: 火灾报警 漏报率 误报率 系统设计 数学模型
引 言
在科学技术的不断发展, 人类社会的不断进步,社会财富的不断积累和人民生命价值的不断提高的今天, 如何防止火灾对社会财富和人民生命安全造成危害是当前社会管理者的一大课题。我国早在八十年代末就颁布了消防法。新消防法规定在高大建筑(十二层以上, 五千平方米以上) 的宾馆、酒店、歌厅舞榭、车站码头、商厦超市、医院公寓等群众活动场所以及档案室、图书馆、银行、仓库、文物古迹等要害部门, 必须加强火灾早期报警与消防控制。因此,火灾报警消防联动控制系统的产品生产、系统设计和工程施工很快成为我国一个新的产业和九十年代的热门行业, 这造就了一些捷足先登者成为当代大亨和富翁。同时也使许多有识之士关心这个产业的发展与成长。
1 系统的一般组成
火灾报警消防联动控制系统主要由五大部分组成。分述如下:
1.1 火灾信息探测
主要由对火灾物理因素(烟雾, 火光和温度等)敏感的元件组成。主要有火灾烟雾探测器、火灾温度探测器以及人工报警器等。它是火灾报警系统的重要组成部分, 也是火灾报警系统的关键技术。
1.2 火灾信息传输
火灾报警消防联动控制系统的信息传输方式很多, 目前在工程中常用的有如下几种:
1.2.1 总线传输制式
这是目前工程中用的最普遍的一种。它用两根普通导线将供电、认址、传讯三件事集为一身。一对总线最多可以联结500 个各种火灾探测器和各种监测控制模块。
1.2.2 (n+ 1) 线传输制式
这是小型工程中早期常用的一种传输方式, 顾名思义, 它是一个探测(或控制) 点用一根导线, 再加一根共用线组成, 它能将供电与传讯一次完成。
1.2.3 无线传输制式
这是目前工程中一种辅助信息传输方式, 适合于远距离分散监控点的信息传输。
1.3 火灾信息处理
火灾信息处理是火灾报警消防联动控制系统的心脏。它主要由专用计算机和专用软件组成, 主要有火灾报警控制器和火灾报警消防联动控制器等。
1.4 消防监控模块
消防报警监视控制模块是现代火灾报警消防联动控制系统实现点报点控的中间单元。是火灾报警消防联动控制器实现对火灾报警设备和消防设备进行闭环控制的专用部件。
1.5 报警消防设备
火灾报警消防设备主要由火灾报警器和防火、灭火设备组成。火灾报警设备主要有消防广播系统、声光报警器等; 防火设备主要有防火门、防火卷帘、防火隔栅和防火水幕等; 灭火设备主要有气体灭火设备(如灭火弹等) 和液体灭火设备(如水工灭火, 泡沫灭火等) 设备。
1.6 火灾报警消防联动控制系统原理框图
火灾报警消防联动控制系统原理框图如图1:
2 火灾报警消防联动控制系统的漏报率和误报率的探讨
火灾报警消防联动控制系统与其他类型监测控制系统一样, 都存在着漏报、误报和控制不确定度问题。对火灾报警消防联动控制系统来说主要是该报不报如漏报问题, 不该报乱报(误报)、该动不动(漏控) 和不该动乱动(误控) 的问题。目前火灾报警消防联动控制系统存在这些问题就严重影响着其有效的使用, 已经引起火灾报警消防联动控制系统产品生产者、系统设计者和工程施工者们的密切注意, 正作为一个新的技术课题进行研究和探讨。
2.1 漏报率
所谓火灾报警消防联动控制系统的漏报率就是在火灾监视现场发生N 次火情有M 次未能报出,记作PL, 其计算公式为:
PL= M/N ×100% (2—1)
我们通过n 重贝奴里试验可知, 上述漏报率的概率分布属二项分布。经现场n 重试验, 出现K 次漏报的概率记作PO , 其计算公式如下:
 (2—2)
式中:
经过代入转换(2—2) 式即变为:
 (2—3)
利用(2—3) 式可以验算出当一个监控点出现1000 次火情时, 出现1 次漏报的概率。
即: K=1,N=1000, PL=10-4等。将各值代入(2—3)为:
就是说1000 次火情出现1 次漏报的概率约1/10。
对火灾报警消防联动控制系统来说一般不是单点监控。如果一个系统有m 个监控点其系统漏报概率就是单点漏报概率的m 倍, 其计算公式为:
由(3—4) 式可知, 当系统有1000 个监控点时,在1000 次报警时出现10 次漏报的概率都是100%。所以, 火灾报警消防联动控制系统的理论误报概率是系统设计的重要技术课题。
2.2 误报率
所谓火灾报警消防联动控制系统的误报率就是系统报出N 次火警, 其中M 次不是火警、记作PW ,其计算公式为:
PW = M/N ×100% (2—5)
误报率的概率分布规律与漏报率概率分布完全相同, 其计算公式如下:
误报率的理论值与漏报率有相等的数量级。但在工程实践中, 误报率出现的概率是很高的, 甚至有的火灾报警系统视因误报过高而无法开通使用。究其原因, 主要是火灾探测器, 特别是火灾烟雾探测器就存在着原理性误报问题, 它无法识别烟离子还是其它离子。因此, 外界环境影响是造成系统误报的重要原因。
对火灾报警消防联动控制系统的产品生产者来说是如何采用新技术、新原理进行火灾探测器技术改进的问题; 对系统设计和工程施工来说则是如何针对系统漏报率和误报率提高系统设计和工程施工质量问题。
3 火灾报警消防联动控制系统设计与数学模型
火灾报警消防联动控制系统的系统设计, 既要考虑监控系统共有的漏报率和误报率等技术问题,又要考虑火灾报警消防联动控制系统工程特有的技术问题。现对火灾报警消防联动控制系统工程设计方法和数学模型介绍如下:
3.1 声光报警系统设计要求和设计数学模型
火灾报警系统的声光报警信息既不能有漏报,也不能常误报。在火灾报警系统工程设计时, 既要把火灾信息送入控制器, 这同时要对火灾信息的性质和来源进行区别对待。如手动报警按钮信号, 消火栓按钮信号等具有人工智能性质, 应给予特别考虑, 一旦有信息就应启动火灾声光报警系统; 又如水流指示器, 压力开关信号在同一消防点它们是相关信号,就必须按“与”的关系处理; 同一监控点的火灾温度探测器与火灾烟雾探测器同时报警的信号也应具有“与”的优先权; 其他火灾探测器的信号应进行人工确认处理等等。因此, 火灾报警系统工程的报警设计中数学模型应该为:
式中: R1—手动报警按钮信号;
R2—消火栓按钮信号;
R3—水流指示器信号;
R4—压力开关信号;
R5—与烟感同用的火灾温度探测器信号;
R6—与温感同用的火灾烟雾探测器信号;
R7—火光探测器信号;
R8—单用火灾温度探测器信号;
R9—单用火灾烟雾探测器信号;
B—人工确认报警信号等。
R7·R7、R8·R8、R9·R9 是R7、R8 和R9 报警后经控制器再次查询确认的报警讯号; R10是人工键入信号。
3.2 火灾报警消防联动控制系统中防火设备控制系统设计与数学模型
多数防火设备的启动均不产生二次灾害, 且不影响正常生产和生活, 其控制条件可以放宽设计。例如: 消防电梯降至底层, 防火卷帘落半(距底1.5 米)以及防火门关闭等都可以与声光报警同步控制。因此, 防火设备控制系统设计的数学模型可以用声光报警控制的数学模型来描述, 其数学模型如下:
公式(3—3) 与(3—2) 和(3—1) 中各符号的意义完全相同。
3.3 火灾报警消防联动控制系统中灭火设备控制系统设计与数学模型
多数灭火设备的启动均影响正常生产和生活,并且还产业二次灾害, 其系统设计必须小心从事。例如: 水工灭火中干式喷淋灭火系统一旦误把喷淋泵启动, 没有发生火灾, 却会发生水灾。因此, 灭火设备控制系统设计既要考虑“该动必须动”, 又要考虑“不该动不能乱动”。根据工程实践和消防工程验收规范的要求选择如下系统设计数学模型是可行的。
式中: R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10各符号所代表的意义与公式(3—1) 所代表的意义完全相同;M 则是灭火设备启动人工确认信号。
式中: R7·R7·R7、R8·R8·R8和R9·R9·R9是R7 及R8 和R9 是控制器多次确认均存在的报警信号。
由公式(3—5) 可知灭火设备控制必须确认确有火灾信息并且具备灭火条件才能发出启动信号。
3.4 火灾报警消防联动控制系统的综合设计与数学模型
前三种系统设计及其数学模型考虑的侧重点还是防止误报和误动的问题。因为误报和误动, 特别是误报是工程实践中经常遇到的问题, 非常棘手, 用户对此也反映强烈。
对火灾报警消防联动系统来说, 不怕一万, 就怕万一, 是用来预防万一的。漏报在日常使用中虽然不常见, 但都是系统的致命缺陷。因此, 在进行火灾报警消防联动控制系统综合设计时, 漏报问题仍然是考虑的重点。目前在工程实践中常用的技术手段有如下几种:
3.4.1 对关键部位和要害部门采用多手段监控
在进行火灾报警消防联动控制系统综合设计时, 对诸如档案室、图书馆、物资仓库等关键部位和要害部门同时设计火灾温度探测器和火灾烟雾探测器, 使火灾报警消防联动控制系统的灭火设备控制数学模型中R5·R6 火灾信息增大优先权, 使M(R7+ R8+ R9 ) 减弱其作用, 将系统设计的数学模型改成为:
式中n 是监控点数。
由公式(3—6) 可知, 这种控制数字模型不仅减少了漏报率, 而且也减少了误报率。但其主要问题是增大了工程费用。在系统综合设计时应全面考虑。由于工程实践需要, 许多生产厂家已推出火灾感温感烟复合探测器, 但其价格却居高不下。
3.4.2 对消防监控场所采用多布点工程技术
对一些只可能出现一种火灾因素的监控场所,如汽油库、化学品仓库等在发生火灾时, 火光反映最快、不产生烟雾, 温感也来不及。在系统设计时, 对监控场所宜多布置火光探测器, 将火灾报警消防联动控制系统中对灭火设备控制的数学模型改成为:
式中m 为火光探测器在同一个监控场所的布点个数。
由公式(3—7) 可知, 这种数学模型完全可以减少系统漏报率。设计得法也能减少误报率。当然工程费用也会增加。
火灾报警消防联动控制系统设计同其他监控系统一样, 其工程实践是相当复杂的, 在系统设计时只能相机而定。当前火灾报警消防联动控制系统不论在产品, 还是在工程设计, 已经呈现出“系统工程化,和规模堆叠化、硬件积木化、软件模块化及传输总线化、配置网络化、控制智能化”等等特点, 已经成为典型的现代化系统工程。本文只介绍了一些系统设计的基本设计思路和主要设计方法、望同仁指正。
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