工业消防技术展望

3 当前消防科技发展的重点
当前，全球对火灾科学防治越来越高的要求促使火灾安全工程在技术层面上发生了以下三个转变：
（1）由被动式的灾害防治技术向以“清洁阻燃、智能探测、清洁快速定位”为主要环节的主动式灾害防治技术的转变；
（2）由传统的“处方式”设计向科学的安全工程设计的转变；
（3）由火灾防治的传统管理模式向科学管理和应急预案模式的转变。这三个革命性转变的实现依赖于在火灾安全工程关键技术环节上的创新。
火灾安全工程的关键环节主要包括以下六个方面：
①火灾危险源和隐患的辨识与评价；
②阻燃；
③早期、迅速、准确地探测；
④灭火和救援；
⑤火灾安全工程性能设计；
⑥火灾防治的日常管理与应急预案。

4 工业消防网络技术
随着科学技术的发展，网络体系已广泛体现在工业领域的各大行业系统中 ，如电力行业的电厂、电站和用电单位形成了一个庞大的网络，天然气的气田、各城市气站和用气点形成了一个网络，等等。不同行业庞大网络体系的形成，无疑给消防安全系统提出了更高的要求。网络体系中的一个点出现安全问题可能会危及整个网络，这意味着消防安全不再是一个独立 ，而是与生产工艺体系紧密结合的一个环节。归纳起来讲，工业领域的网络体系结构的形成对消防安全提出了如下急待解决的问题：第一，如何实现消防安全与生产工艺的结合；第二，如何实现计算机、通信、控制与信息 (Ｃ3Ｉ)的有机结合；第三，如何进行消防安全信息的管理。
针对工业消防领域的现行状况和网络发展的要求，建立一套既有利于消防设备的监测，又着眼于未来产品发展的工业消防安全网络应具有以下特点：首先，网络管理器能够在线监测各消防系统的运行状况，避免了消防系统终端本身的故障发生。其次，随着ISP(In System programmable)技术的发展，网络监控指挥系统可以在线为消防终端提供软件升级和服务。
国内一些有实力并长期从事工业消防技术研发的优秀企业相继推出了新技术新产品。例如，首安工业消防安全网络化监控指挥系统(SL-G500)是针对上述需求，按照“工业消防安全网络化信息管理与监控系统”与“工业消防安全网络化远程客户服务中心”的概念进行设计的，是一种包含广泛区域内消防安全系统的监控与管理、防灾决策与消防指挥、人工接警、远程（区域）的客户服务与信息咨询、消防安全系统的远程或近程的故障诊断、广泛的消防安全应用系统的集成、集中管理以及客户服务功能的应用系统。该系统具有下列特点：
a)采用功能强大的地理信息系统 (GIS)显示及处理技术，界面简洁、直观。
b)本系统将整个工业网络体系区域的各工艺系统分区、防火分区、灭火区、报警区等逐层划分，将消防设备、管网直观地显示在地图上，
并可以无极缩放。
c)独有的防灾决策与消防指挥功能，为用户提供强有力的决策支持。提供各种常用消防知识及各区域消防指挥预案，构成完整的知识库，为防灾决策与消防指挥提供有力的支持。另外，通过消防警力配置可以在必要情况下及时掌握周边一定范围内消防警力分布情况，为消防灭火提供有力的保障。特别是系统提供的自我学习功能，使系统中的各种历史记录可以转化为经验不断积累，从而使系统功能随使用时间的推移而越发完善。
d)完善的用户接口和设备与系统管理技术，为用户提供充分的消防管理手段。通过系统提供的维护与配置功能，用户可以灵活地对区域消防设施的数量、种类及分布情况进行调整，从而及时、准确地反映区域内实际情况，而无须进行复杂的程序修改。
e)开放的平台技术，可以兼容各种不同厂家的消防设备。系统采用独立的底层通信和实时数据处理模块，只需要进行简单的配置或修改即可兼容各种不同的通信协议，从而达到兼容不同的消防设备供应厂商所提供的设备的目的。
f)广泛的客户服务，易于扩展。通过公用电话交换网络或其它任何符合TCP/IP协议的通信方式，即可快速接入首安工业消防远程（区域）客户服务系统（SL-C500），及时从公司客户服务中心获得最新的数据服务及技术支持。
g)适用配套的人工接警和语音处理技术，使系统更加完善、严密。采用人工接警电话语音处理技术，使系统对火灾事故的反应更加及时、准确，对事故处理过程的记录更加完整、严密。该系统已经成功应用于三峡水利枢纽自动消防系统。

5 细水雾灭火技术
1998年前，在国内冶金企业的液压站、润滑油库中大量采用了气体、泡沫等化学灭火介质，由于存在无法持续灭火等较大的问题，在1998年后已逐渐为其它先进灭火技术所替代。作为替代水喷淋、水喷雾、气体和泡沫灭火系统的细水雾灭火系统，近10年来得到了深入的研究和长足的发展，在国外已被广泛地应用于工业企业、民用建筑及公共交通等领域。由于细水雾灭火技术具有绿色环保、灭火效率高、用水量和水渍损失小、初期投资及运行维护成本低等诸多优点，近3年来，细水雾灭火技术在国内也有了快速的发展，辽宁省、北京市、浙江省先后制定了细水雾灭火系统的地方规范，一些公司借鉴国外细水雾灭火系统的成功应用经验，经过大量的火灾实验，独家研发推出了针对电气类、可燃液体类、可燃固体类、计算机电气类等火灾的SL-F300系列中、低压专用细水雾灭火系统，提出了专有设计及控制技术，在解决了液压站、润滑油库存在的立体交叉火灾、流淌火火灾及大空间火灾等关键技术问题的基础上，已将细水雾这一绿色、先进的灭火技术成功应用于鞍钢2#冷轧、本钢1700、大连镀锌线等工程的电缆隧道、电气室地下室、液压站、油库等火灾危险场所。正在修订的《火力发电厂及变电所设计防火规范》已将细水雾灭火方式纳入其中。
细水雾灭火技术是目前水介质灭火的最新技术，在国外已普遍采用。其灭火机理如下：
a)冷却作用，细水雾喷向火灾区域时，会大量吸热而蒸发，由此使火灾区域得到充分的冷却。
b)窒息作用，细水雾在蒸发过程中形成的水蒸汽大量充斥火灾区域的氧浓度，当氧浓度低于18%时，火灾便不易继续燃烧。
c)浸湿作用，雾滴会冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃性气体的进一步产生。另外，细水雾灭火系统还可以充分将火灾位置以外的燃烧物浸湿。
d)辐射热隔绝作用，雾滴粒径非常小的部分形成雾化空间，可以大大减弱火灾热量对周围燃烧物的威胁。细水雾灭火系统除具有与水喷雾系统相同的优点如：采用绿色环保物质—水作为灭火介质；在高温下也不产生任何分解物质，对环境、人体无害；水源易获取；便于资源共享等外；
细水雾与水喷雾相比还具有如下优点：
a）灭火效率更高：细水雾具有独特的灭火机理，它除了水喷雾系统的冷却、窒息、稀释和乳化等灭火机理外，还具有浸湿和辐射热隔绝的作用；
b）水量少，水渍损失小：灭火水量仅为水喷雾灭火用水量的30%，消防水池的有效容积仅为60m3，不到水喷雾灭火系统的1/3，可以减少消防水池的占地和土建造价，而且还减少电缆隧道和液压站及润滑油库的水渍损失；
c）应用灵活，可有效解决特殊火灾：细水雾灭火系统可根据保护区域的尺寸和保护对象的摆放位置，采用全淹没、分区保护和局部应用三种型式，这可以解决工程特殊场所的火灾扑救问题，而水喷雾灭火系统只有局部应用这一种型式。
d）灭火分区减少，管网可靠性高，运行维护成本低：细水雾灭火系统的灭火分区数是水喷雾灭火系统的1/2左右，大大减少了设备的数量；同时，主干管采用DN150的无缝钢管（水喷雾主干管需DN250的焊接管），管道的管径、数量减少，而性能却提高了，由于设备及材料用量的下降，使系统的施工费用和维护管理费用大大降低。

6 结束语
本文回顾了消防科学与技术的发展历史，讨论并展望了未来工业领域自动消防技术的发展前景，介绍了几种新型先进的技术或产品。文中部分观点仅为作者自己的一些体会，错误疏漏之处在所难免，希望能得到同行专家的指正。最后感谢文中索引资料的作者们。

2 火灾科学的发展
纵观火灾科学的发展历史，其研究方法的发展大致可分为三个阶段。第一阶段为火灾数据统计与分析阶段。这个阶段的理论基础是人们承认火灾的随机性规律, 并通过整理和分析大量的火灾原始资料，归纳出火灾发生的统计性规律，例如说明在什么季节、什么时间、哪些区域、哪些行业容易失火，并将研究结果用各种图表或曲线的形式表示出来。第二阶段为火灾的统计分析与模拟研究独立发展阶段。从这个阶段开始，火灾研究与现代科学技术紧密结合。人们一方面继续运用先进的概率与统计理论来分析火灾数据的内在随机规律性，另一方面则通过火灾的模拟，研究火灾在一定条件下孕育、发生和发展的机理与规律。模拟研究的理论基础是承认火灾过程遵循确定性的规律，这种规律既可以在小尺寸模拟实验中再现，也可以抽象成描述火灾过程的数学表达式(微分方程或代数方程 )。模拟研究的意义在于，可以通过简化和近似，逐个研究火灾的各个分过程和各主要因素的作用，逐步揭示火灾的机理和规律。模拟研究的成果有较大的普遍性，因为模拟研究常常是针对火灾中的


共性问题而开展的。但是，小尺寸模拟实验研究毕竟是在某种近似的条件下进行的，由于火灾过程的复杂性，严格的相似准则往往很难建立，实验模拟方案所包含的近似必然导致研究结果与实际的偏离。这种近似会带来多大的误差？带有误差的研究结果有没有实际意义？是否有更合理的近似？这些令人感兴趣的问题都需要在实体实验与小尺寸模拟试验以及理论性模拟研究的对比中寻求答案。另一种模拟研究方法是计算机模拟，在计算模拟理论方面，作为三种主要的火灾烟气流动模拟方法，区域模拟、场模拟和场区网模拟的研究都已经获得了很大的进步，其中前两项模拟理论已经相当完善。

20世纪70年代初，美国哈佛大学的Emmons教授将质量守恒、动量守恒、能量守恒和化学反应原理巧妙地运用到建筑火灾的研究上，发展了建筑火灾烟气区域模拟思想。这种模拟方法是将被研究的火灾区域划分为较少的几个部分进行简化模拟，目前基于这种方法的多个通用性程序已经发布，并已开始付诸应用。这种方法的缺点是无法得到流场的细节，同时对诸如气体卷吸等现象予以考虑相当困难。它的优点是对燃烧系统进行较大简化的同时，有可能保留火灾燃烧系统的复杂性机制，从而使得人们有可能以较小的计算代价来揭示火灾系统的复杂性特征。这一点早已经为很多的研究实例所验证。对于场模拟而言，模拟算法本身的复杂性和计算机能力的限制，使这种方法在理论上仍存在不少困难，难以在工程实践当中完全采用这种方法来模拟火灾过程。

在国家自然科学基金八五重点项目“火灾过程和防治中的热物理问题研究”当中，我国火灾科学家针对区域模拟和场模拟各自的不足，创造性地提出了分析建筑火灾烟气流动的场—区—网模拟思想，即对强火源或强通风的区域采用场模拟，对其邻近的区域采用区域模拟，而对相隔较远的区域采用网络模拟。这种模拟思想相对于区域模拟来说提高了模拟的精确性，而相对于场模拟来说降低了算法复杂性，因而被国内外学者认为是适合于高层建筑火灾烟气运动模拟的一种很有前途的方法，并已被英国和日本等国的相关研究机构采用。与烟气运动直接相关的火蔓延过程，其计算模拟理论已经走过了从统计模型到经验性模型，再到物理性模型的科学发展历程。统计模型只对火灾实验进行统计描述，经验性模型则基于能量守恒原理建立火灾系统的数学描述，但不考虑火灾过程中动态的传热传质过程 ；物理性模型则要详细考虑控制火灾过程的热传导、热对流、热辐射、可燃物热解、质量输运和着火过程。
第三阶段为火灾的统计研究与模拟研究有机结合的阶段。火灾的规律既有确定性的一面，又有随机性的一面。例如给定环境和火源条件的室内火灾烟气的运动规律是确定的，这个规律可以通过模拟研究逐步认识，但是在实际的火灾过程中，众多因素 (如风向与风速等环境因素)常常变化，而且这种变化往往带有随机性，从而导致了实际火灾发展过程的随机性。起火过程也是如此，人们不可能预测在一片森林的何处何时一定起火，因此起火研究的目标只能是给出起火的几率 (可能性 )随可燃物和气象等条件的变化趋势，而不是试图预报在一片森林或一个城市起火的确切地点和时间。在火灾系统这个时空范围内，众多影响火灾过程的因素的变化都不可避免地带有随机性，这就决定了火灾发生和发展规律的随机性。火灾具有确定性和随机性这双重规律性，决定了火灾科学在随机性研究和确定性研究彼此分立很长时期以后，必定要走向统一。而今，火灾科学的研究已经逐渐步入这个阶段，在这方面研究的深度和广度正不断扩大。
火灾科学的任务不仅是为了科学地认识火灾过程的规律，而且还要为火灾的科学防治提供先进的技术原理。原理的提出一方面要基于对火灾过程的科学认识，另一方面要合理地利用和发展现有的其它工程学科的技术研究成就。在第83次香山科学会议的主题评述报告《火灾科学的新理论及洁净、智能防灭火技术》中，我国学者根据当前火灾防治技术的国际发展趋势，明确提出“智能与洁净”是火灾防治技术在新的发展阶段所应该追求的目标。所谓“智能化”，是从火灾的防治特性的角度来提出的。火灾发生的随机性与突发性，和火灾发展的迅猛性与破坏性，决定了火灾防治必须具备如下特性：
①火灾监测的长期性和可靠性；
②火灾探测的及时性和准确性；
③火灾扑救的有效性和经济性。
由此，火灾防治技术系统的特征应当是：
①各种技术在火灾系统中所体现的综合性；
②技术之间存在的相互关联性；
③各种技术依据火灾规律而动作的有序性。
研究能够实现这些特征的火灾防治技术系统，其目标必定是具备智能化功能的系统。而“洁净化”则是从火灾的环境特性的角度提出的。
火灾是一个开放系统，与周围的环境存在着能量和质量的交换，这种交换的必然结果是人类生存环境受到污染。直接由火灾造成的污染称为“一次性环境污染”，而对“一次性环境污染”进行控制的手段不当造成的新的污染称为“二次性环境污染”。洁净化火灾防治技术致力于在有效地进行火灾防治的过程中不产生或少产生这两种污染。已经发展和正在发展的火灾安全技术原理贯穿火灾发生和发展的全过程。

例如，从防止火灾发生和发展的角度进行洁净的的阻燃和防火材料的研究，和从火灾扑救过程的角度进行洁净灭火剂的研究，等等。含卤聚合物在阻燃技术发展中曾发挥过很大作用，但因燃烧时产生大量的有毒、有害气体，并且其中的卤化氢物质遇水后极易形成酸性物，造成酸雨，因此是容易造成“二次性环境污染”的一种阻燃技术。低卤阻燃抑烟化技术就成为了目前洁净火灾防治技术的前沿性研究课题。再例如，在灭火剂中，因产生“二次性环境污染”而受到普遍关注的哈龙灭火剂，已经被世界上不少国家限制使用甚至停止生产和使用。要根除灭火剂所造成的“二次性环境污染”，最彻底的方法是采用不发生化学反应的防火或灭火物质。

目前认为，最理想的这类物质可能就是水。先进的水喷淋灭火技术和水雾灭火技术是当前的热门研究课题。除了火灾防治技术原理的研究之外，火灾安全工程设计方法学也是火灾安全科学在技术层面上的重要研究课题。由于火灾过程的复杂性，火灾作为灾害事件的偶发性，以及现有信息资料和理论知识的不完备性，使得火灾风险评估体系不能期望建立在对灾害自身确定性规律的完备认识的基础上，风险评估本身既涉及确定性又涉及不确定性，而其不确定性既包含随机不确定性又包含模糊不确定性。迄今，火灾风险评估的方法学已成为火灾科学基础研究中的另一重要课题，其研究内容同时涉及到灾害的自然属性和社会属性两个方面。在火灾机理和规律已有知识的基础上，运用数值模拟技术，统计理论，随机过程理论和模糊数学理论的火灾风险评估方法已经开始受到学术界的广泛重视，其基础理论方面的研究方兴未艾。
作为消防科学的两项主要内容，科学地认识火灾过程，与科学地发展火灾防治技术，这两方面迄今都已经得到了很大的发展，在发展过程中它们始终保持相互依赖与促进的关系。一方面，对火灾过程的科学认识是发展火灾防治技术的基础，同时也是发展火灾安全工程设计方法和建立火灾系统的科学管理与决策体系的前提。基础层面的理论成果能不断提供新技术发展所必需的新思想和新的理论方法，为技术原理的发展提供科学依据 ；另一方面，实际的火灾防治不断通过技术层面的研究内容对基础研究提出要求，从而刺激和推动火灾安全基础研究的发展。基础研究建立的理论和方法，也必须通过技术层面的研究，进而通过实际的技术应用，在实际的火灾防治当中去得到检验与修正。