安消云消防物联网技术在木结构建筑中的应用
结合消防物联网技术优势和木结构建筑特点及火灾危险性，从火灾防控、监督管理、灭火救援等方面，分别阐述物联网技术在木结构建筑消防安全管理中的应用，旨在降低木结构建筑的火灾风险，提高木结构建筑的消防安全管理水平。
关键词
木结构；火灾危险性；消防物联网
1木结构建筑概述
木材是可再生、生态、环保和气候友好型的材料，这些特质正好与现代人追求绿色健康自然的生活相契合，加上木结构建筑具有节能、低碳、抗震、居住舒适等特征，因此在世界各地被广泛使用。
中国木结构建筑发展历史悠久，许多宫殿、寺庙和少数民族地区民居都采用木结构建筑，北京故宫、丽江古城、应县佛塔、天津独乐寺等木结构建筑在世界上享有盛誉。但是由于国内土地和森林资源匮乏，使得木结构建筑的建设和发展受到限制，相关的技术研究和标准也严重滞后。特别是传统木结构层高受限于建筑规范要求低于三层，限制了多高层木结构建筑的发展。近年来随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，尤其是中国政府积极倡导绿色建筑发展，以及部分国外机构或行业组织的积极推动，中国木结构建筑发展出现了新的局面。
在国外，芬兰、瑞典、美国、加拿大等国家，人们逐渐意识到木材的技术和环保优势，木结构住宅获得了广泛的推广应用，越来越多的高层建筑、体育场馆和路桥等也开始使用木结构。依照日本木材出口协会提供的资料，日本近年来在新建住宅中，木结构住宅所占比例超过50%；在芬兰、瑞典，90%的民居住宅为1～2层的木结构建筑；在加拿大和美国，80%的人居住在木结构住宅里。木结构建筑，正在成为这些国家的国民对诗意居所的一种潮流选择。
伦敦Stadthaus木质公寓楼9层楼30米高，世界上最高的现代木建筑之一
西班牙古城塞维利亚广场“都市阳伞”，近5000平方米高度为28.5米，世界上规模最大的木结构建筑之一
2木结构建筑火灾危险性及原因分析
1、木结构建筑火灾危险性
木结构建筑在火灾初期如果不能及时发现并扑灭火灾，火势就会迅速蔓延，极易发生无可挽回的经济损失和重大的社会影响。木结构建筑火灾危险性主要包括以下几个方面：
（1）建筑耐火等级低火灾载荷大
实地考察中发现，木结构建筑内部承重墙、柱、梁、楼板等构件多为木材，而且多以松树、柏树和杉树这些可挥发性树脂含量较高的木材作为主要建筑材料，耐火等级低；有的用油漆涂刷，极易燃烧，大大增加了木结构建筑的火灾荷载，具有较大的火灾危险性。
（2）建筑密度大防火分隔差
木结构建筑由于技术和年代等原因，在设计建造时没有太多有效的防火保护措施，消防安全设计仍然是薄弱环节。木结构建筑一般成群布置，建筑密度大，建筑内部由于构造原因，无法划分防火分区；建筑之间大多设置较为紧密，防火间距不足；建筑群内没有消防通道，发生火灾时不利于安全疏散，不能满足现今防火分隔和防火间距的要求，增加了火势蔓延的危险。
（3）用火用电管理难度大
木结构建筑用火用电管理难度大，主要表现在用火不慎、雷火、纵火、电气火灾等方面。用火不慎主要指在建筑内日常生活、活动遗留火种而引发火灾，炊煮、乱扔烟头、小孩玩火、宗教活动等增加了火灾险情。雷火及人为纵火，这类火灾一般是不可控的；不少木结构建筑进行商业化开发，电气线路临时乱拉乱接、线路老化、短路、不穿管敷设等，增加了木结构建筑的火灾危险性，此外游客的活动也带来了相当多的不确定性火灾因素。
（4）火灾扑救困难
木结构建筑一般交通不便、远离主城区，距离消防站较远，这些客观条件的限制使消防救援力量不能迅速到达火灾现场及时展开消防扑救；消防水源、消防器材配置达不到规范要求，没有适合的消防车道，火灾发生后，消防车难以靠近，又不能及时取用消防器材灭火，使小火酿成大灾。
（5）消防安全管理不到位。
部分木结构建筑单位负责人消防责任意识淡薄，消防管理职责没有落实；没有设立专职或兼职的消防员；单位消防安全教育宣传培训不到位，员工不熟悉灭火器材和消防设施操作；日常的防火检查和消防设施巡查不到位，不能及时发现整改消防安全隐患等。
2 火灾原因分析
（1）自然原因
木结构建筑受到来自自然界的火灾危险，主要是由雷击造成。通常容易被雷击的木结构建筑都有其建筑自身的原因，主要其所处的地形、地质和建筑物特点有关。可以利用接闪、屏蔽、分流和均压等电位等防护措施对木结构建筑进行现代化改造，能在很大程度避免雷击的危害。
（2）人为原因
用火不慎：木结构建筑内人员的日常生活、商业活动、维护和改建的过程中出现的用火不慎现象，都会带来很大的火灾危险性。吸烟、生活用火不慎、纵火、宗教活动也极易引发火灾；电气因素：随着商业开发，在很多木结构建筑中都增加了大量电气设备，这在很大程度上增加了火灾危险性。
3 火灾案例分析
北京时间9月2日晚，位于里约热内卢北区、有200年历史的巴西国家博物馆突遭大火，馆内藏品超过2000万件考古学和人类学文物，约9成毁于一旦，其文化上的损失无法估量。
虽然起火原因目前还在调查中，但博物馆缺乏维护和必要的消防设备是确定无疑的。大部分原因包括：
1、博物馆建筑物部分为木结构建筑，耐火等级低，防火分隔差；
2、博物馆的大部分藏品、展品本身也存在火灾危险性，棉、麻、文献资料等均为易燃物，急剧加快火势蔓延；
3、消防设施配置不规范，博物馆内部缺乏必要的消防设备及火灾预警体系；
4、博物馆附近的两个消防栓水压都不足，无法及时灭火，约两个小时后才从附近的湖中取水灭火，并调遣水罐车前来协助。
5、博物馆方面坚称，缺乏维护的原因是没有资金。国家博物馆副馆长路易斯·费尔南多·迪亚斯·杜阿尔特说，博物馆已连续多年向政府申请资金进行维护，“但从未得到过修缮这座宫殿的有效和紧急的支持”。
这一惨痛的灾难给我们敲响了警钟，文化遗产的防火工作不容忽视。根据国家文物局的统计，2017年，全国发生文物火灾事故共17起，其中，全国重点文物保护单位发生火灾事故6起，电气引起的火灾事故3起，用火管理不善引起的1起，正在核查调查的2起。为应对火灾隐患，2018年9月3日，应急管理部部署文物建筑博物馆火灾防控措施，立即开展文物建筑、博物馆等消防安全检查。
文物建筑、博物馆多为砖木结构或木结构，具有较大的火灾危险性，将消防物联网技术应用于木结构建筑的防火安全中，保证木结构建筑免受火灾的威胁，应当引起高度重视和深入研究。
3
木结构建筑消防物联网技术应用
可结合木结构建筑自身情况，运用大数据、物联网、移动互联网等先进技术将电气火灾预警、可燃气体泄漏预警、独立式烟感火灾报警和视频监控等信息结合一起，实现平台统一监控，用户手机APP信息提醒。在火灾发生前，有效预测预警；在火灾发生后，及时引导疏散，有效地解决木结构建筑监管不到位的情况，真正做到安全自查、隐患自除、责任自负。系统架构如下图所示：
系统主要包括
（1）热成像火灾监控报警系统
热成像火灾预警系统使用的非制冷氧化钒（VOx）微热探测技术，能够检测出10km距离内4㎡大小温度超过280℃的范围，每8s进行一次检测，对火灾进行预测报警的准确度在97%以上，一旦探测范围内的自然物温度达到或者超过燃烧临界温度，能够智能识别火情进行火灾预警报警。热成像火灾预警系统对烟雾状态的火灾也具有较强的识别预警功能，这些优势都使热成像火灾预警系统在木结构建筑消防安全预警中具有较大的应用价值。
（2）独立式无线可燃气体探测器
独立式无线可燃气体探测器用于检测可燃气体泄漏，预防气体泄漏造成的危害。当探测器监测到有可燃气体泄漏并达到探测器设定的报警浓度时，系统会自动报警，自动切断阀门，有效预防有火灾隐患的场所因燃气泄漏引发的恶性事故。探测器的报警信号将通过NB-IOT或者LORA无线通信方式上传到监控中心，以便及时处理。
（3）吸气式感烟探测器
具有灵敏度高、可早期报警、可区分灰尘及故障等误报、抗气流能力强、抗干扰能力强、适用于高大空间及安装灵活等优点，同时对这种探测器在故宫及布达拉宫、天坛等处进行了相关的试验，效果较好，这是普通点式探测器无法做到的。
（4）独立式无线烟感探测器
结合安防视频监控技术、消防报警技术与物联网无线组网技术，采用独立式无线高清烟感摄像机，实现烟雾火灾报警信息和视频监控联动，用户可通过移动APP实现移动远程监控管理。可支持扩展如可燃气体探测器、红外探测器等其他消防、安防设备。感烟报警器一旦发出报警信号，可实时推送到相关责任人和管理人员手机。
（5）智慧用电安全监控系统
智慧用电安全监控系统通过对配电线路的漏电、电流、温度、电压、故障电弧等引发电气火灾的危险参数实施24小时不间断监控，当线路中的电气参数出现异常达到预警值时，可立即发出报警信号并准确报出故障点，管理人员同步在手机端可获得预警信息，电气专业人员及时排查电气火灾隐患，最大限度的避免电气火灾事故的发生。
（6）消火栓无线远程监控系统
采用LORA无线自组网技术，实时监测建筑物消火栓状态、消火栓管道压力、自动喷淋系统水压、高位消防水箱和消防水池水位、消防供水管道阀门启闭状态等情况，可通过手机APP系统，动态监控单位消防安全状态。
（7）防火门开关监控
防火门监控通过对社会单位防火门加装门开关感应设备，采用物联网无线组网方式，实现防火门开关状态的远程监控，确保火灾逃生时逃生通道畅通无阻，人员及时有效撤离。方案无需额外布线，省去施工成本和管理成本，做到快速有效接入。
（8）NFC智能巡检系统
在单位的消防重点部位及消防设施张贴智能NFC标签，巡检人员利用带NFC功能的手机进行每日防火巡查工作，系统提供标准化的菜单巡查检查，并可以拍照上传，解决了一线巡查员不会查的问题，同时确保时间上和空间上的真实性，实现对消防安全巡查人员的巡更管理和对建筑消防设施设备的检查管理。
（9）智慧消防手机APP
实现单位消防安全状况的全方位感知、全过程监控，提供隐患排查、视频监控、一键紧急报警功能，为管理员、维保单位、主管机构提供闭环消防安全管理模式。
4木结构建筑消防安全管理建议
（1）针对木结构建筑的建筑特征、火灾危险源、发生火灾的可能性与条件、消防安全管理等方面，通过消防安全工程学原理，对建筑进行消防安全评估。通过火灾危险性分析评估，找出并分析消防安全隐患，针对性制定火灾预防措施。
（2）落实消防安全主体责任，加强教育宣传培训，严格落实巡查制度。
（3）消防水源，在木结构建筑群消防规划中，应充分利用天然水源，设置消防车取水口，确保消防车火灾时可以及时补充初期灭火用水。没有天然水源，应当配备消防水池和消防泵，以保证消防用水。对于不能用水灭火的木结构建筑，可以配置推车式灭火器或柜式气体灭火装置等灭火设备，其配置数量和要求需满足建筑的消防需要。
（4）针对不同使用功能的木结构建筑配置自动喷水灭火系统、火灾报警系统、建筑灭火器、消火栓灭火系统等合理、完备的主动消防措施。
（5）加强木结构建筑施工、维护工程中的消防安全管理工作，严格控制火源和各种易燃易爆物品的管理。
关键词
木结构；火灾危险性；消防物联网
1木结构建筑概述
木材是可再生、生态、环保和气候友好型的材料，这些特质正好与现代人追求绿色健康自然的生活相契合，加上木结构建筑具有节能、低碳、抗震、居住舒适等特征，因此在世界各地被广泛使用。
中国木结构建筑发展历史悠久，许多宫殿、寺庙和少数民族地区民居都采用木结构建筑，北京故宫、丽江古城、应县佛塔、天津独乐寺等木结构建筑在世界上享有盛誉。但是由于国内土地和森林资源匮乏，使得木结构建筑的建设和发展受到限制，相关的技术研究和标准也严重滞后。特别是传统木结构层高受限于建筑规范要求低于三层，限制了多高层木结构建筑的发展。近年来随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，尤其是中国政府积极倡导绿色建筑发展，以及部分国外机构或行业组织的积极推动，中国木结构建筑发展出现了新的局面。
在国外，芬兰、瑞典、美国、加拿大等国家，人们逐渐意识到木材的技术和环保优势，木结构住宅获得了广泛的推广应用，越来越多的高层建筑、体育场馆和路桥等也开始使用木结构。依照日本木材出口协会提供的资料，日本近年来在新建住宅中，木结构住宅所占比例超过50%；在芬兰、瑞典，90%的民居住宅为1～2层的木结构建筑；在加拿大和美国，80%的人居住在木结构住宅里。木结构建筑，正在成为这些国家的国民对诗意居所的一种潮流选择。
伦敦Stadthaus木质公寓楼9层楼30米高，世界上最高的现代木建筑之一
西班牙古城塞维利亚广场“都市阳伞”，近5000平方米高度为28.5米，世界上规模最大的木结构建筑之一
2木结构建筑火灾危险性及原因分析
1、木结构建筑火灾危险性
木结构建筑在火灾初期如果不能及时发现并扑灭火灾，火势就会迅速蔓延，极易发生无可挽回的经济损失和重大的社会影响。木结构建筑火灾危险性主要包括以下几个方面：
（1）建筑耐火等级低火灾载荷大
实地考察中发现，木结构建筑内部承重墙、柱、梁、楼板等构件多为木材，而且多以松树、柏树和杉树这些可挥发性树脂含量较高的木材作为主要建筑材料，耐火等级低；有的用油漆涂刷，极易燃烧，大大增加了木结构建筑的火灾荷载，具有较大的火灾危险性。
（2）建筑密度大防火分隔差
木结构建筑由于技术和年代等原因，在设计建造时没有太多有效的防火保护措施，消防安全设计仍然是薄弱环节。木结构建筑一般成群布置，建筑密度大，建筑内部由于构造原因，无法划分防火分区；建筑之间大多设置较为紧密，防火间距不足；建筑群内没有消防通道，发生火灾时不利于安全疏散，不能满足现今防火分隔和防火间距的要求，增加了火势蔓延的危险。
（3）用火用电管理难度大
木结构建筑用火用电管理难度大，主要表现在用火不慎、雷火、纵火、电气火灾等方面。用火不慎主要指在建筑内日常生活、活动遗留火种而引发火灾，炊煮、乱扔烟头、小孩玩火、宗教活动等增加了火灾险情。雷火及人为纵火，这类火灾一般是不可控的；不少木结构建筑进行商业化开发，电气线路临时乱拉乱接、线路老化、短路、不穿管敷设等，增加了木结构建筑的火灾危险性，此外游客的活动也带来了相当多的不确定性火灾因素。
（4）火灾扑救困难
木结构建筑一般交通不便、远离主城区，距离消防站较远，这些客观条件的限制使消防救援力量不能迅速到达火灾现场及时展开消防扑救；消防水源、消防器材配置达不到规范要求，没有适合的消防车道，火灾发生后，消防车难以靠近，又不能及时取用消防器材灭火，使小火酿成大灾。
（5）消防安全管理不到位。
部分木结构建筑单位负责人消防责任意识淡薄，消防管理职责没有落实；没有设立专职或兼职的消防员；单位消防安全教育宣传培训不到位，员工不熟悉灭火器材和消防设施操作；日常的防火检查和消防设施巡查不到位，不能及时发现整改消防安全隐患等。
2 火灾原因分析
（1）自然原因
木结构建筑受到来自自然界的火灾危险，主要是由雷击造成。通常容易被雷击的木结构建筑都有其建筑自身的原因，主要其所处的地形、地质和建筑物特点有关。可以利用接闪、屏蔽、分流和均压等电位等防护措施对木结构建筑进行现代化改造，能在很大程度避免雷击的危害。
（2）人为原因
用火不慎：木结构建筑内人员的日常生活、商业活动、维护和改建的过程中出现的用火不慎现象，都会带来很大的火灾危险性。吸烟、生活用火不慎、纵火、宗教活动也极易引发火灾；电气因素：随着商业开发，在很多木结构建筑中都增加了大量电气设备，这在很大程度上增加了火灾危险性。
3 火灾案例分析
北京时间9月2日晚，位于里约热内卢北区、有200年历史的巴西国家博物馆突遭大火，馆内藏品超过2000万件考古学和人类学文物，约9成毁于一旦，其文化上的损失无法估量。
虽然起火原因目前还在调查中，但博物馆缺乏维护和必要的消防设备是确定无疑的。大部分原因包括：
1、博物馆建筑物部分为木结构建筑，耐火等级低，防火分隔差；
2、博物馆的大部分藏品、展品本身也存在火灾危险性，棉、麻、文献资料等均为易燃物，急剧加快火势蔓延；
3、消防设施配置不规范，博物馆内部缺乏必要的消防设备及火灾预警体系；
4、博物馆附近的两个消防栓水压都不足，无法及时灭火，约两个小时后才从附近的湖中取水灭火，并调遣水罐车前来协助。
5、博物馆方面坚称，缺乏维护的原因是没有资金。国家博物馆副馆长路易斯·费尔南多·迪亚斯·杜阿尔特说，博物馆已连续多年向政府申请资金进行维护，“但从未得到过修缮这座宫殿的有效和紧急的支持”。
这一惨痛的灾难给我们敲响了警钟，文化遗产的防火工作不容忽视。根据国家文物局的统计，2017年，全国发生文物火灾事故共17起，其中，全国重点文物保护单位发生火灾事故6起，电气引起的火灾事故3起，用火管理不善引起的1起，正在核查调查的2起。为应对火灾隐患，2018年9月3日，应急管理部部署文物建筑博物馆火灾防控措施，立即开展文物建筑、博物馆等消防安全检查。
文物建筑、博物馆多为砖木结构或木结构，具有较大的火灾危险性，将消防物联网技术应用于木结构建筑的防火安全中，保证木结构建筑免受火灾的威胁，应当引起高度重视和深入研究。
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木结构建筑消防物联网技术应用
可结合木结构建筑自身情况，运用大数据、物联网、移动互联网等先进技术将电气火灾预警、可燃气体泄漏预警、独立式烟感火灾报警和视频监控等信息结合一起，实现平台统一监控，用户手机APP信息提醒。在火灾发生前，有效预测预警；在火灾发生后，及时引导疏散，有效地解决木结构建筑监管不到位的情况，真正做到安全自查、隐患自除、责任自负。系统架构如下图所示：
系统主要包括
（1）热成像火灾监控报警系统
热成像火灾预警系统使用的非制冷氧化钒（VOx）微热探测技术，能够检测出10km距离内4㎡大小温度超过280℃的范围，每8s进行一次检测，对火灾进行预测报警的准确度在97%以上，一旦探测范围内的自然物温度达到或者超过燃烧临界温度，能够智能识别火情进行火灾预警报警。热成像火灾预警系统对烟雾状态的火灾也具有较强的识别预警功能，这些优势都使热成像火灾预警系统在木结构建筑消防安全预警中具有较大的应用价值。
（2）独立式无线可燃气体探测器
独立式无线可燃气体探测器用于检测可燃气体泄漏，预防气体泄漏造成的危害。当探测器监测到有可燃气体泄漏并达到探测器设定的报警浓度时，系统会自动报警，自动切断阀门，有效预防有火灾隐患的场所因燃气泄漏引发的恶性事故。探测器的报警信号将通过NB-IOT或者LORA无线通信方式上传到监控中心，以便及时处理。
（3）吸气式感烟探测器
具有灵敏度高、可早期报警、可区分灰尘及故障等误报、抗气流能力强、抗干扰能力强、适用于高大空间及安装灵活等优点，同时对这种探测器在故宫及布达拉宫、天坛等处进行了相关的试验，效果较好，这是普通点式探测器无法做到的。
（4）独立式无线烟感探测器
结合安防视频监控技术、消防报警技术与物联网无线组网技术，采用独立式无线高清烟感摄像机，实现烟雾火灾报警信息和视频监控联动，用户可通过移动APP实现移动远程监控管理。可支持扩展如可燃气体探测器、红外探测器等其他消防、安防设备。感烟报警器一旦发出报警信号，可实时推送到相关责任人和管理人员手机。
（5）智慧用电安全监控系统
智慧用电安全监控系统通过对配电线路的漏电、电流、温度、电压、故障电弧等引发电气火灾的危险参数实施24小时不间断监控，当线路中的电气参数出现异常达到预警值时，可立即发出报警信号并准确报出故障点，管理人员同步在手机端可获得预警信息，电气专业人员及时排查电气火灾隐患，最大限度的避免电气火灾事故的发生。
（6）消火栓无线远程监控系统
采用LORA无线自组网技术，实时监测建筑物消火栓状态、消火栓管道压力、自动喷淋系统水压、高位消防水箱和消防水池水位、消防供水管道阀门启闭状态等情况，可通过手机APP系统，动态监控单位消防安全状态。
（7）防火门开关监控
防火门监控通过对社会单位防火门加装门开关感应设备，采用物联网无线组网方式，实现防火门开关状态的远程监控，确保火灾逃生时逃生通道畅通无阻，人员及时有效撤离。方案无需额外布线，省去施工成本和管理成本，做到快速有效接入。
（8）NFC智能巡检系统
在单位的消防重点部位及消防设施张贴智能NFC标签，巡检人员利用带NFC功能的手机进行每日防火巡查工作，系统提供标准化的菜单巡查检查，并可以拍照上传，解决了一线巡查员不会查的问题，同时确保时间上和空间上的真实性，实现对消防安全巡查人员的巡更管理和对建筑消防设施设备的检查管理。
（9）智慧消防手机APP
实现单位消防安全状况的全方位感知、全过程监控，提供隐患排查、视频监控、一键紧急报警功能，为管理员、维保单位、主管机构提供闭环消防安全管理模式。
4木结构建筑消防安全管理建议
（1）针对木结构建筑的建筑特征、火灾危险源、发生火灾的可能性与条件、消防安全管理等方面，通过消防安全工程学原理，对建筑进行消防安全评估。通过火灾危险性分析评估，找出并分析消防安全隐患，针对性制定火灾预防措施。
（2）落实消防安全主体责任，加强教育宣传培训，严格落实巡查制度。
（3）消防水源，在木结构建筑群消防规划中，应充分利用天然水源，设置消防车取水口，确保消防车火灾时可以及时补充初期灭火用水。没有天然水源，应当配备消防水池和消防泵，以保证消防用水。对于不能用水灭火的木结构建筑，可以配置推车式灭火器或柜式气体灭火装置等灭火设备，其配置数量和要求需满足建筑的消防需要。
（4）针对不同使用功能的木结构建筑配置自动喷水灭火系统、火灾报警系统、建筑灭火器、消火栓灭火系统等合理、完备的主动消防措施。
（5）加强木结构建筑施工、维护工程中的消防安全管理工作，严格控制火源和各种易燃易爆物品的管理。
