董禹希

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100000）

1 項(xiàng)目研究背景及意義

火災(zāi)逃生是人們關(guān)注的永恒話題。高層建筑起火因數(shù)復(fù)雜、火勢(shì)蔓延途徑多、消防人員撲救難度大，人員疏散困難。因此，高層樓房火災(zāi)逃生更是關(guān)注的焦點(diǎn)。新建高層建筑從逃生路線、通風(fēng)系統(tǒng)、電梯布設(shè)、消防監(jiān)控、以及消防聯(lián)動(dòng)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性施工、系統(tǒng)性管理。我國(guó)大多數(shù)老舊樓房數(shù)量多、人口密度大，許多樓房室外電梯與室內(nèi)電梯基本結(jié)構(gòu)相似。

因此，系統(tǒng)造價(jià)高、施工難度大、推廣困難?；诶吓f小區(qū)樓房陽(yáng)臺(tái)的一般性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一套活動(dòng)式新型智能逃生梯。正常狀態(tài)下，逃生梯隱藏在各戶陽(yáng)臺(tái)之內(nèi)，不影響正常生活；當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)情況，消防報(bào)警后，智能逃生梯聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)滑落在各陽(yáng)臺(tái)之間，成為一條逃生通道。住戶從墻體外側(cè)智能逃生梯自行下梯，降低在樓道逃生時(shí)，吸入有毒氣體的危險(xiǎn)，為消防系統(tǒng)多加一層屏障，成為一道保衛(wèi)生命的綠色通道。

2 實(shí)施過(guò)程、主要進(jìn)展與成果

一部活動(dòng)式新型智能逃生梯系統(tǒng)由若干環(huán)節(jié)組成，根據(jù)樓層的層數(shù)而定，一層樓配置一個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)由掛梯部分、隔離部分、電控部分三部分組成，其機(jī)電系統(tǒng)相同，所有逃生梯的若干環(huán)節(jié)均由同一個(gè)控制系統(tǒng)控制，與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

無(wú)火災(zāi)時(shí)，活動(dòng)式新型智能逃生梯嵌于樓房陽(yáng)臺(tái)之間，不影響居民正常生活；出現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，活動(dòng)式新型智能逃生梯自動(dòng)滑落，形成逃生通道，以保障應(yīng)急逃生。整個(gè)系統(tǒng)以PLC為控制核心，控制每個(gè)環(huán)節(jié)的電氣部分、掛梯部分、隔離部分的協(xié)調(diào)工作，與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

結(jié)構(gòu)方面通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)達(dá)成研究需要的逃生梯項(xiàng)目，通過(guò)PLC 達(dá)成控制需要，基于PLC 控制的活動(dòng)式新型智能移動(dòng)逃生梯兼各種逃生于一體，在不影響樓宇外觀的前提下，減少了高樓的投資，提高了樓宇逃生的安全性。

2.1 火災(zāi)報(bào)警部分

檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)傳感器在感應(yīng)到高溫和煙霧后產(chǎn)生信號(hào)并傳給PLC 控制中心，再由PLC 控制中心及時(shí)做出判斷的同時(shí)，使用滅火系統(tǒng)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)20s的報(bào)警時(shí)間或者人為按下逃生梯按鈕后，PLC 控制電磁閥打開逃生梯實(shí)施逃生。系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1.1 系統(tǒng)控制要求。當(dāng)高溫和煙霧出現(xiàn)時(shí)，由傳感器傳送到報(bào)警燈和報(bào)警鈴動(dòng)作，如果20s 后沒(méi)有人按下系統(tǒng)復(fù)位的話，電磁閥自動(dòng)放下逃生梯。若有人按下手動(dòng)逃生梯按鈕，則立即接通電磁閥開始滅火。逃生梯會(huì)自動(dòng)放下，形成逃生通道。

2.1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2

2.1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序流程圖如圖3 所示。

圖3 支撐裝置

2.2 逃生梯的結(jié)構(gòu)部分

逃生梯由逃生梯主體、升降固定支撐裝置和升降移動(dòng)支撐裝置組成。高樓一側(cè)外墻的兩個(gè)頂角處裝有升降固定支撐裝置和升降移動(dòng)支撐裝置。

2.2.1 逃生梯的護(hù)欄結(jié)構(gòu)。無(wú)火災(zāi)發(fā)生的情況下逃生梯位于高樓頂部四周用做防護(hù)欄，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。防護(hù)欄包括兩個(gè)護(hù)欄，每個(gè)護(hù)欄又分為上下兩層。護(hù)欄上層包括扶手、扶手柱以及均布安裝于扶手上的照明燈；護(hù)欄下層包括兩個(gè)橫梁、護(hù)欄柱、腳踏板固定梁和護(hù)欄地面支撐滾輪，其中兩個(gè)橫梁平行設(shè)置，且兩個(gè)護(hù)欄的相鄰橫梁通過(guò)護(hù)欄方形鎖在直角鎖定狀態(tài)下固定連接；護(hù)欄柱分為護(hù)欄固定柱與護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱，護(hù)欄固定柱垂直位于兩個(gè)平行設(shè)置的橫梁之間，護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱位于兩個(gè)護(hù)欄連接處的橫梁之間；逃生梯腳踏板固定梁通過(guò)橫梁鎖嵌裝在兩個(gè)逃生梯橫梁里；逃生梯橫梁的底部均布安裝地面支撐滾輪。護(hù)欄上層和下層通過(guò)護(hù)欄方形鎖在平角鎖定下固定連接。

圖4

2.2.2 逃生梯的結(jié)構(gòu)及其工作原理。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)護(hù)欄2 沿著護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱2 向外轉(zhuǎn)動(dòng)90°，同時(shí)護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱2 處的護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱鎖由直角鎖定狀態(tài)變?yōu)槠浇擎i定狀態(tài)，從而使兩個(gè)橫梁處于一條直線上，即護(hù)欄1 和護(hù)欄2 合為一體，隨后護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱1 處的護(hù)欄轉(zhuǎn)動(dòng)柱鎖由平角鎖定狀態(tài)變?yōu)橹苯擎i定狀態(tài)，護(hù)欄下層向外翻轉(zhuǎn)90°變?yōu)槟_踏板，同時(shí)橫梁鎖由零角鎖定狀態(tài)變?yōu)槠浇擎i定狀態(tài)，上層不動(dòng)，此時(shí)護(hù)欄與逃生梯升降移動(dòng)支撐裝置和逃生梯升降固定支撐裝置連接在一起，并通過(guò)逃生梯升降移動(dòng)支撐裝置和逃生梯升降固定支撐裝置的運(yùn)作使逃生梯主體變形為云梯作為居民的逃生通道，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5

2.3 逃生梯的控制部分

逃生梯控制部分由PLC、溫度傳感器、報(bào)警裝置、控制面板、執(zhí)行操動(dòng)機(jī)構(gòu)和電磁鎖組成。PLC 分別與溫度傳感器、報(bào)警裝置、電磁鎖、控制面板及執(zhí)行操動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。逃生梯控制部分結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6

系統(tǒng)控制要求。當(dāng)高溫和煙霧時(shí)出現(xiàn)時(shí)，由傳感器傳到報(bào)警燈和報(bào)警鈴動(dòng)作，如果20s 后沒(méi)有人按下系統(tǒng)復(fù)位的話，電磁閥自動(dòng)放下逃生梯。若有人按下手動(dòng)逃生梯按鈕，則立即接通電磁閥開始滅火。逃生梯會(huì)自動(dòng)放下，形成逃生通道。通過(guò)人為按鍵操作次數(shù)可以達(dá)到對(duì)逃生梯相對(duì)位置比較準(zhǔn)確的控制。因此工作人員可以通過(guò)控制面板控制逃生云梯伸縮變換長(zhǎng)度，上下移動(dòng)到任何發(fā)生火災(zāi)的地方，為解救被困人員提供很大方便，逃生梯控制流程圖如圖7 所示。

圖7

3 研究心得

項(xiàng)目立項(xiàng)以來(lái)，我查閱了大量的參考文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)了PLC編程等相關(guān)內(nèi)容，確定了智能逃生梯項(xiàng)目的主要工作，包括工藝設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟件設(shè)計(jì)。但由于疫情的影響，推遲了原本的計(jì)劃安排。在回到學(xué)校之后我自費(fèi)購(gòu)買了智能逃生梯的組建，組裝好逃生梯的各個(gè)模塊，進(jìn)行了不斷的實(shí)驗(yàn)。在調(diào)試的過(guò)程中，我不斷修改程序，使得當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)每一層逃生梯能有序工作，確保逃離人員安全。

通過(guò)這次項(xiàng)目，我們總結(jié)了一個(gè)成熟的PLC項(xiàng)目所需要的流程：（1）熟悉好現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工藝流程；（2）設(shè)計(jì)出安全可靠的方案；（3）畫出電氣控制原理圖；（4）確定好材料，制作材料物資明細(xì)表；（5）編寫PLC程序；（6）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，并完善工藝控制方案。每一步都需要耐心細(xì)致的完成，在這次研究項(xiàng)目中，我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下熟練的運(yùn)用了所學(xué)知識(shí)，做到了將理論照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的第一步，每個(gè)人的能力都得到了很大的提升。

在創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的實(shí)施研究過(guò)程中，我查閱了大量的參考文獻(xiàn)，學(xué)到了本專業(yè)外的很多知識(shí)，提高了自己的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。我會(huì)珍惜每一次歷練與成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，不斷地努力奮斗，努力提高自己的創(chuàng)新能力，早日成為一個(gè)具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型的綜合性人才。

4 存在的問(wèn)題與建議

4.1 存在問(wèn)題

4.1.1 在結(jié)構(gòu)搭建中，可選擇的角鋼等部件材質(zhì)、種類眾多，搭建初期部分選材不合適，難以匹配到制作適配度最高的零部件，造成時(shí)間與材料成本的浪費(fèi)。

4.1.2 需在控制材料成本與重量的前提下搭建保障承重力的云梯，這一設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)面較廣，且紙面設(shè)計(jì)落實(shí)到實(shí)體模型中的可操作性不足。

4.1.3 整個(gè)系統(tǒng)需多個(gè)模塊協(xié)調(diào)工作，監(jiān)測(cè)實(shí)況，收集數(shù)據(jù)并處理分析，反饋結(jié)果提供報(bào)警與逃生功能，在實(shí)體模型中各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)性不足，且系統(tǒng)運(yùn)用到實(shí)際中的及時(shí)性依舊不足，靈敏度有待提高。

4.2 建議

4.2.1 綜合考慮材料的質(zhì)量，配適度，性價(jià)比等因素，選擇最適合搭建模型的材料。

4.2.2 把實(shí)物模型不便操作的地方進(jìn)一步改進(jìn)，提高整套系統(tǒng)的實(shí)用性。

4.2.3 提高煙霧、溫度傳感器的靈敏度，使逃生梯對(duì)于火災(zāi)的檢測(cè)更加迅速可靠，提高系統(tǒng)的及時(shí)性。