CN111754738B - 基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法，抵达起火建筑现场，火情侦查员输入基本信息至建筑及屋盖结构信息输入模块，屋面破拆人员刺穿探测点位处屋面并至少安装三个探测部，处置部接收探测部发出的信号三个探测部形成三角形包括屋面严重受影响区域中心，或使用投射设备，救援人员的无线通讯机与消防救援人员位置动态获取模块连接，坍塌预警监测过程中，火场救援指挥人员注意现场火情发展情况信息，预警分级模块实时自动确定预警级别并向预警发出模块传输预警指令，光显示高程助识组件显示探测点位变形，最后，受坍塌威胁人员撤离至安全区域。本发明为灭火救援及相关实验提供了装置及方法，有巨大的社会公共安全效益。

Description

基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法
技术领域
本发明涉及建筑火灾事故应急救援(处置)领域，具体涉及一种基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法，是针对大空间场所屋盖结构基于建筑内部空间近屋面温度场和屋面严重受火灾影响区域空间定位的屋盖结构火灾下坍塌预警装置及相应的使用方法。
背景技术
火灾事故中，建筑结构有发生坍塌(倒塌)的风险，将威胁未及时疏散的使用人员和灭火救援人员的安全，同时将会增加财产损失。对于建筑结构火灾事故中坍塌的预测是当前建筑火灾事故应急处置的现实需求，但也是世界性的难题。在一般的工程、灾害监测中，多种传感器可以在灾害发生前与建筑被监测部位接触布置，且安置于可以预计的关键位置，如申请号：CN201811485370.3中使用了轴力传感器、水平及相对位移传感器；申请号：CN201220315799.X使用了倾角传感器；申请号：CN201911135600.8使用了多个激光光感原件来准确计算光束偏移距离；申请号：CN201921586546.4在监测坝石坍塌时使用振动传感器；申请号：CN201910732356.7在监测煤矿坍塌时使用压力传感器；申请号：CN201620344377.3使用红外线发射器、横向反光镜、红外线接收器；申请号：CN201320478138.3使用应变仪，等。但火灾的随机发生无法有目的的提前布设监测坍塌用的仪器设备，发生火灾后的环境条件不同于常温，带来的高温、浓烟、蔓延环境成为现场操作的最大难点，人员无法靠近起火区域布设相关仪器及配件，还可能发生现有设备适用性、可靠性降低、信息传输受干扰等情况，天气因素亦可能增加观察的难度。
针对火灾建筑坍塌事故处置的需求和挑战，当前技术从不同侧重进行了多方尝试，简要概述如下：
(1)针对位移(速度、加速度)的测量技术，包括：变形、倾斜、挠度等。
A、利用激光全站仪获得单点三维坐标的方法。全站仪广泛的应用于建筑、公路桥梁等领域的工程质量控制、维护中，属于视觉测量技术，辅助以激光及自动跟踪技术，增加了目标的辨识度。但一台仪器连续观测时仅能跟踪一个单点目标，且易受高温烟气干扰。申请号：CN201711067894.6为解决激光发射器用于建筑物变形测量昂贵以及使用普通全站仪替代虽有优势但监测、数据换算又耗费人工的问题，提出了一种有效利用全站仪监测建筑变形的设备和方法。分析发现：所述及的从火灾建筑的前后左右或更多方向进行监测、监测建筑上监测点的三维坐标数据、监测点为建筑上的标定点或者自身的固定点、警告阈值、危险阈值等涉及本技术实施的关键问题无一是明确的。火灾中无法判断建筑的那个部位是关键的监测点、能不能连续监测到这个关键点、如建筑自身的固定点不适合，如何为起火建筑的监测点临时安装标定物，将是本技术的实施关键。同时所述及的全站仪无疑需要为自动跟踪型，相比于激光发射器无价格优势，况且为多台使用，且一旦初始跟踪目标超出全站仪视野将无法继续自动跟踪，可能不具备全过程实时性。而所述全站仪与监控平台之间的无线传输，为桥梁监测、房屋测量等领域早已公知的技术。总体而言无法实现为消防人员的生命安全提供可靠保证的目标；
B、利用视觉观察建筑标志相对激光阵列位置变动的方法。申请号：CN201720777637.0针对火灾中提前检测到建筑将要发生的变形，保障消防救援人员生命安全的目的，提供了一种采用激光圆斑横向近似等间距阵列的较低成本、较高精度非接触监测手段。分析发现：其装置应用还依赖于建筑已有固定参考物(进一步申请号：CN201710519707.7指出这些作为参考物(线)的建筑特征包括窗户边沿、门边沿、建筑外侧边沿、梁柱或建筑外表面棱)，这就给装置的应用带来了困难，一方面参考物可能和建筑率先坍塌部位相距甚远，不能反映出易发生的变形(进一步申请号：CN201710519707.7指出火场建筑倒塌前的变形主要为整体或部分横向倾斜)，另一方面参考物的选择将依赖于操作人获得的火场情报及个人经验，这都给准确监测带来了困难；其所属的激光虽可以避开明显火苗、烟气位置，降低外部环境对监测结果的影响，但实际上建筑的局部坍塌正是从这些部位开始发生的，浓烟、高温气体将不可避免的对激光的路径产生影响。综上可见，该装置在预测火灾现场建筑坍塌方面存在较大的可行性问题；
C、利用多角度测量单目标点在直线方向上距离变化进而解析出空间三维坐标(三个线性测距仪器同时观测一点)相对变化的方法。申请号：CN201710378861.7公布了一种长距测量探头为雷达探头或激光测距探头的监测点微小位移监测系统。距离探测组件用于探测被测量点至探测装置的距离，通过持续记录，可以计算被测量点的距离变化情况；为了提高上述系统的测试精度，减少误报行为，(申请号：CN201710378847.7)还公布了相配合的第二探测单元(短距探测组件)、第三探测单元(中距探测组件)一同构成的预警系统；申请号：CN201710378847.7公布了上述位移监测系统的使用方法，即首先将被监测点位的坐标作为建筑的结构结构模型信息，并与存储的预警参数阈值或通过预警参数阈值计算方法得到的阈值进行比较，然后将不小于阈值的坐标测量值作为预警参数进行标记，并对已标记的预警参数进行组合，最终若组合后形成的预警参数集合包含任一预警参数模型时，将生成警报；同时由公知技术可知：使用雷达探头时，仅能对发射局部球域内同半径上信号反射最强点进行跟踪测量，因此需要在建筑表面布设信号增强反射锥(雷达信标)，申请号：CN201710377888.4即公布了相配合的雷达信标通过运输及磁吸、冲击、粘贴等方式固定于建筑物表面的方法；考虑到火灾时的高温可能对电磁波产生干扰(申请号：CN201720777637.0)，因而申请号：CN201710893850.2、CN201710894123.8针对雷达信标分别公布了微小水平、竖向位移变形的标定系统和方法；
D、利用摄影测量技术。申请号：CN200710303966.2强调依靠跟踪着火层上层室内的目标点运动的照片，判断底层柱子的失效；申请号：CN201611191037.2强调对比火灾前(建筑防火审核时)和发生火灾后建筑的照片，判断变形是否大于承载能力极限状态，还需要在起承重作用的立面上设置人工标志；
E、基于中国北斗卫星导航系统(BDS)、美国全球定位系统(GPS)的三维定位监测系统。申请号：CN201821985439.4公布一种针对高层建筑物，在高层建筑物的易变形区域设置多个虚拟位移监测器的火灾下建筑位移监测系统。同时顺带提及了高层楼宇、输电塔、大跨空间结构等建筑物；为了提高定位精度，申请号：CN201210398744.4公布了不同于辅助全球定位系统(AGPS)和差分全球定位系统(DGPS)，利用手机惯性导航技术或自组织网络所提供的局部定位信息，通过一些列坐标变换提高GPS定位精度的方法。
(2)针对其它物理特征进行测量
A、针对建筑结构的振动特征。申请号：CN201910566956.0公布了一种使用加速度传感器获取振动加速度信号及在PC机终端解析频率—时间曲线来对多层钢框架结构建筑进行倒塌预警的系统及方法，该方法利用了框架结构火灾下临近坍塌时(局部)振动频率可能发生突变的现象，但在实际操作层面缺乏可行性，表现在：框架建筑中的钢结构不是裸露的，集成的磁力座无法在紧急情况下固定在其表面；受到火灾下高温的作用，磁力座的磁性会减弱，进而无法与建筑结构有可靠固定；按照火灾蔓延发展的特性，消防员难以在高温、浓烟、黑暗环境中找到火源附近的位置固定加速度传感器；建筑内部进深大、火灾现场的内部无线通信不畅可直接导致加速度信号无法获取；解析得到的多位置处的多条频率—时间曲线该以哪一条为主要参考，何种曲线变化属于频率出现“急剧下降”，均制约了本技术实际应用；申请号：CN200810064763.7公布了一种将振动传感器连接于建筑结构构件上的火灾时建筑结构倒塌振动监控系统；
B、针对火灾中建筑结构的声发射特性。申请号：CN200810064762.2公布了一种分析建筑结构火灾时的声发射参数，建立与建筑结构构件断裂及稳定性等的关系，进而判断结构是否处于安全状态的监控系统及方法，且重点在混凝土结构的失稳模式同声发射间的关系。
总结以上相关现有技术可以发现：
1、在火灾建筑坍塌事故预测方面，现有技术均聚焦于多层、高层建筑的倒塌(侧向变形)，除申请号：CN201821985439.4顺带提及外，未有针对大空间场所屋盖结构的火灾下坍塌(在屋盖结构发生坍塌前，周边墙体的水平侧向变形很小，难于从四周立面探测)预警装置及方法；
2、现有技术大都针对建筑的位移(速度、加速度)、振动特性等，均属于火灾失效判断中的承载能力法。而近屋面温度场及屋盖结构构件内的温度场这一判断建筑结构耐火性能失效的临界温度法，一直未有相应的应用技术提出；
3、现有技术均意识到非接触测量的重要性，但抵达火场后仍需采取在建筑表面找寻固定点或布设标定点(使用激光全站仪时)、安装雷达信标(使用雷达探头时)、布设带有磁力座的无线加速度传感器等手段。即均属于单点测量，又很难找准与初始坍塌发生点密切相关的关键位置。即便人为的将建筑划分为若干区域，每个区域都进行单点监测(申请号：201710378847.7)，单点也无法完全代表所在区域的变形行为，且未有将单点连成域的计算方法。出于对救援人员安全的考虑，最为关键的起火区域也无法靠近布设，且当前未有能够实现对大跨度屋盖燃烧物上方局部区域进而到整个屋盖的坍塌监测技术和方法，也无法掌握、判断建筑内部火灾的蔓延情况；
4、部分方案在技术原理、搭设、调试方面过于繁琐，探测装置的布设数量、场地登高条件挑战极大，不利于火场临时快速掌握有效信息，可行性较差。例如使用雷达探头对一墙面固定点进行监测，需三台雷达装置监视同一雷达信标，才能获计算获得该固定点的三向变形坐标，且雷达信号容易受到建筑金属屋面干扰，引起监测数据不连续。
发明内容
鉴于相关领域现有技术的状况及存在的不足，本发明提供了一种基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法。
本发明克服了现有技术中：解决建筑火灾事故中倒塌预警问题采用的装置、技术、方法均聚焦于多层、高层建筑的火灾下倒塌(水平倾斜变形为主)，而未针对大空间场所的屋面这种平面占地很大的屋盖结构在火灾下最常发生的坍塌(地面四周不易观测、以发生挠度变形为主)，且这种大跨度屋盖结构的坍塌发展过程通过当前采用的观察建筑周边支承墙体侧向变形的方法是难以捕捉和确定变形过程及量值的。解决建筑倒塌所探测技术指标的原理均归结到建筑结构的火灾下耐火承载能力即通过承载能力的方法聚焦于变形过程，未有直接通过屋盖结构构件临界温度法的技术及方法。采用的仪器装置既属于非接触测量，又需有必要的起火建筑表面安装部分，症结在于仍属于分散的单点测量，难以直接找到反映区域坍塌变形发展的关键位置，且未有依据单点计算出关键区域变形的方法，导致分散的个别监测点不一定具有代表性，关键区域高温危险、人员无法接近安装而无法探测的被动现状，同时未有针对大跨度屋面燃烧物上方局部区域进而到整个屋盖的监测技术和方法，也无法立体化的辅助获知建筑内部的火灾发展情况。部分方案过于繁琐，多台仪器设备仅能监视一个点位，布设数量多、场地条件要求高，不利于现场快速掌握建筑结构变形有效信息且在信号受干扰时无替代方案，容易造成关键信息中断。
本发明能够实现对大空间场所屋盖结构的火灾下坍塌全过程监测及预警，且提供的技术方案从临界温度法和承载能力法两个角度出发，相互补充，同样在非接触测量的范畴内，通过屋面破拆人员或投射手段置于屋面三个相对远离燃烧区域中心的探测点位即可实现对大空间场所屋盖结构严重受火灾影响区域的全过程监视，改变了当前多台设备仅能监测不确定是否关键的单点且未能监测区域的现状，可获得屋盖结构构件内部温度场，还可立体化辅助获得建筑内部火灾发展蔓延情况，将当前聚焦的散点探测发展到区域探测及行为估计，进而获得屋盖结构整体的火灾下变形，同时顺应灭火救援现场操作方法且注重操作人员安全，对关键信息传输有备份路径，增加了可靠性、机动反应能力。
应用本技术方案获得的基于温度场和定位的大空间场所屋盖结构火灾下坍塌预警装置及使用方法，可以应用于厂房、仓库、网架、网壳等多种具有大空间场所的建筑屋盖结构火灾下坍塌预警，同样可为多高层建筑、塔桅结构、高耸结构等使用，以临界温度和承载能力变形特征为判断标准增加了科学性和安全性，以无线和声发射作为传输方式增加了可靠性，由单点探测革新到屋盖关键区域至整体的面域预测避免了关键信息遗漏，布置方便、调试简单，注重操作人员安全，为建筑火灾坍塌事故的应急处置提供了有力的软硬件支撑。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置，其特征在于，包括探测部和一个处置部；
所述探测部由屋面穿孔组件、第一伸缩管、第二伸缩管、第三伸缩管、手持安装组件、隔热缓冲接合组件、隔热减震箱、光显示高程助识组件和投射接合组件组成；
所述第一伸缩管由等径的上圆管段Ⅰ、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅰ的中圆管段Ⅰ、下圆管段Ⅰ依次焊接组成，且在下圆管段Ⅰ的底端设有一下口缩小环Ⅰ；
所述第二伸缩管由等径的上圆管段II、沿圆周对称均布有偶数个方孔II的中圆管段II、下圆管段II依次焊接组成，且在上圆管段II的顶端设有一上口扩大环II，在下圆管段II的底端设有一下口缩小环II；
所述第三伸缩管由等径的上圆管段Ⅲ、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅲ的中圆管段Ⅲ、下圆管段Ⅲ依次焊接组成，且在上圆管段Ⅲ的顶端设有一上口扩大环Ⅲ；
所述隔热缓冲接合组件由大小相等且紧贴的一层缓冲接合层与一层隔热层组成，在它们的中心设有一贯通的线孔；
所述隔热减震箱内安装有通过电路连接的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件；
所述热电偶卡箍由一个卡线短环和焊接于其中部高度横切面且十字排布的四根水平固定杆组成；
所述热电偶树由三条不等长的热电偶线一端等间隔错位、另一端取齐后通身扎紧而成，三条热电偶线错位的散头端自下向上依次为，竖直向下伸的探测肢Ⅲ，向下倾斜伸的探测肢II和向下倾斜伸的探测肢Ⅰ；
所述热电偶卡箍四根水平固定杆的外伸端固定在第三伸缩管的上圆管段Ⅲ与中圆管段Ⅲ接缝处；所述第三伸缩管自下圆管段Ⅲ的底端插入第二伸缩管上圆管段II内；所述第二伸缩管自下圆管段II的底端插入第一伸缩管上圆管段Ⅰ内；
第一伸缩管上圆管段Ⅰ的顶端与等径的手持安装组件一端连接，手持安装组件另一端与隔热缓冲接合组件缓冲接合层表面对中连接；
所述隔热减震箱对中固定于隔热缓冲接合组件隔热层表面，所述投射接合组件固定于隔热减震箱的顶面中心，所述光显示高程助识组件套入投射接合组件固定于隔热减震箱的顶面，光显示高程助识组件与隔热减震箱内的数据采集组件电路连接；
所述热电偶树设置在第三伸缩管的上圆管段Ⅲ内，热电偶树的对齐端依次穿过手持安装组件、隔热缓冲接合组件的线孔，进入隔热减震箱内接入数据采集组件，同时将热电偶树与线孔用耐火胶固定密封；
热电偶树的探测肢Ⅲ自上向下由热电偶卡箍的卡线短环内伸出并固定，使探测肢Ⅲ的端头位于数个方孔Ⅲ的中部高度横截面内；
所述屋面穿孔组件尖端朝下，背侧平面与第三伸缩管的下圆管段Ⅲ底端对中连接；
依次伸长滑动第三伸缩管、第二伸缩管、第一伸缩管，使上口扩大环Ⅲ的底面与下口缩小环II的顶面接触、上口扩大环II的底面与下口缩小环Ⅰ的顶面接触；
分别微调热电偶树的探测肢II、探测肢Ⅰ，使探测肢II的端头位于数个方孔II的中部高度横截面内，使探测肢Ⅰ的端头位于数个方孔Ⅰ的中部高度横截面内；
依次缩短滑动第三伸缩管、第二伸缩管、第一伸缩管，使上口扩大环Ⅲ的顶面与上口扩大环II的顶面平齐、下口缩小环II的底面与下口缩小环Ⅰ的底面平齐，热电偶树再次盘曲放置于第三伸缩管的上圆管段Ⅲ内；
所述处置部由通过电路连接于处理显示机的声识别组件、数据接收组件、模型算法模块、预警分级模块、建筑及屋盖结构信息输入模块、救援人员位置动态获取模块、预警发出模块组成；所述预警发出模块连接有声音播报组件、无线播报组件；
数个探测部的声发射高程助识组件分别与处置部的声识别组件连接，数个探测部的数据发射组件分别与处置部的数据接收组件连接。
一种基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，其特征在于：
将不少于三个探测部安装于拟探测的屋盖结构网格对应的屋面上，获得所探测点位的近屋面动态温度、动态空间坐标，并通过无线和声发射方式向外界传输数据，通过光显示方式即时发出视觉预警；
屋面穿孔组件、手持安装组件、投射结合组件、隔热缓冲接合组件用于刺穿及将探测部整体安装固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
屋面穿孔组件用于探测部安装过程中在网格所对应屋面范围内开孔；手持安装组件和投射结合组件分别用于以手动和定点投射的方式安装探测部整体；隔热缓冲接合组件用于缓冲探测部安装过程中对隔热减震箱整体、光显示高程助识组件的震动并且将探测部整体可靠固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
由第一伸缩管、第二伸缩管、第三伸缩管、热电偶树、热电偶卡箍构成温度探测组件，用于监测所探测点位的近屋面动态温度并被隔热减震箱内数据采集组件存储；
光显示高程助识组件获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以颜色种类和深浅的方式向外界发出视觉预警；
隔热减震箱用于确保探测部整体安装于屋盖结构网格所对应屋面过程中内部的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件及附属接线免受震动损坏及运行过程中免受溢出屋面的高温烟气损坏；
空间定位组件用于获得所探测点位的动态空间坐标，包括动态空间高程坐标数据和动态空间水平坐标数据，并被数据采集组件存储；数据发射组件获得数据采集组件存储的近屋面动态温度数据和动态空间坐标数据并以无线方式向外界传输；声发射高程助识组件获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以声发射方式向外界传输；
处置部安置于起火建筑周围的地面安全区域，通过无线和声识别方式接收各个探测部发出的探测点位近屋面动态温度数据、动态空间坐标数据，并结合手动输入的建筑及屋盖结构信息数据开展计算，依据不同的预警级别向灭火救援现场全部人员发出声音预警并着重向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出无线预警；
数据接收组件用于接收各个探测部的数据发射组件通过无线传输的数据，并输入处理显示机；
声识别组件用于接收各个探测部的声发射高程助识组件通过声发射传输的数据，并输入处理显示机；建筑及屋盖结构信息输入模块用于手动输入火情侦查员通过现场侦查或依据资料了解到的起火建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻的基本信息，并输入处理显示机；救援人员位置动态获取模块与每个消防救援人员随身携带的无线通讯机连接，用于获得起火建筑内部消防救援人员开展灭火作业时所处的动态空间位置，并输入处理显示机；
处理显示机调用模型算法模块实现对通过数据接收组件和声识别组件接收的各个探测点位的动态空间高程坐标数据分别进行筛选并拟合为各自的新动态空间高程坐标数据，实现对建筑及屋盖结构信息、各个探测点位的近屋面动态温度、新动态空间坐标数据的迭代计算并获得建筑内部起火燃烧范围对应的屋面严重受影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、区域内屋盖结构构件内部温度场数据信息并输出至预警分级模块；
处理显示机调用预警分级模块，处理模型算法模块输出的数据信息，并从屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例及位置、域内屋盖结构构件内部温度场达到临界温度的占比、区域变形发展呈现出的膨胀或坍塌阶段及量值方面自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别，同时处理从救援人员位置动态获取模块获得的各消防救援人员位置数据信息，相结合后向预警发出模块传输预警指令；处理显示机能够实时显示屋面严重受火灾影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、域内屋盖结构构件内部温度场数值、消防救援人员所处的动态空间位置、预警级别及预警指令执行情况；
预警发出模块接收预警分级模块的指令，最终驱动声音播报组件向灭火救援现场全部人员发出不同级别声音预警，最终驱动无线播报组件向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出不同级别无线预警；
基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，步骤如下：
S1、抵达起火建筑现场后，将所述处置部安置于起火建筑周围的地面安全区域并供电工作；
S2、火情侦查员第一时间了解起火大空间建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻的基本信息，并输入至所述处置部的建筑及屋盖结构信息输入模块；
S3、屋面破拆人员手持所述探测部的手持安装组件，避开屋盖主体承重结构且选定网格内对应的屋面位置作为探测点位，利用屋面穿孔组件刺穿该处屋面并迅速将探测部由屋面穿孔组件端插入屋面，在屋面穿孔组件的带动下，第三伸缩管自第二伸缩管、第二伸缩管自第一伸缩管依次完全伸出，使上口扩大环Ⅲ的底面与下口缩小环II的顶面接触、上口扩大环II的底面与下口缩小环Ⅰ的顶面接触，将所述隔热缓冲接合组件的缓冲接合层与屋面面板紧密贴合，S1的处置部接收探测部发出的信号并进行通讯连接，远程遥控它开始工作，完成一个探测点位处所述探测部的安装；
S4、重复S3步骤，屋面破拆人员在屋面的其它两个近边缘位置再各安装一个探测部，使室内起火位置所对应的屋面严重受影响区域中心位于三个探测部连线形成的三角形内，且随着室内火灾的蔓延必要时增加探测部安装数量，即屋面严重受影响区域的中心位于多个探测部依次连线形成的多边形内；
S5、或替代S3、S4步骤，使用投射设备通过定点投射的方式替代屋面破拆人员手动操作，即先对屋面情况进行无人观测，选定至少三个避开屋盖主体承重结构且位于网格内对应的屋面位置作为探测点位，将投射设备与一个探测部通过投射接合组件连接，待将探测部移动到预定投射位置后，驱动投射设备与投射接合组件分离，探测部通过屋面穿孔组件刺穿并插入对应的已选定屋面探测点位，并重复本步骤定点投射操作；
S6、拟进入建筑内部及位于建筑室外周边开展灭火作业的消防救援人员将随身携带的无线通讯机与处置部的消防救援人员位置动态获取模块连接并开始工作；
S7、坍塌预警监测过程中，火场救援指挥人员监视所述处置部的处理显示机显示信息、注意现场火情发展情况信息和火情侦查员实时报告的信息；
S8、预警分级模块实时自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别并结合处理后的现场消防救援人员位置数据信息，向预警发出模块传输预警指令；
S9、灭火救援现场建筑室外周边的救援人员通过光显示高程助识组件了解屋面探测点位的变形发展特征，全部人员能够听到声音播报组件发出的预警提醒，建筑内处于危险区域的消防救援人员通过随身携带的无线通讯机接收无线播报组件发出的预警提醒；
S10、最后，受起火大空间建筑屋面坍塌风险威胁的相关消防救援人员迅速撤离至安全区域。
本发明的有益效果是：本发明的基于温度场和定位的大空间屋盖火灾下坍塌预警装置及使用方法具有对大空间场所屋盖结构火灾下坍塌事故预测需求针对性强，顺应该类建筑灭火救援操作(屋面破拆排烟)一般处置方法且注重屋面操作人员安全、探测设备使用数量少(经过火情侦查员了解后，一般使用三个所述探测部即满足需要)、布置先进方便且调试简单、传输方式多重路径、获得数据丰富可靠、内置模块算法合理、判断指标自动科学并兼顾经验判断，具有在其它建筑类型(高耸结构、塔桅结构、多层高层结构建筑)进一步拓展应用潜质的特点。
通过屋面穿孔组件的设计使探测部具有了安装探测一体化的能力，避免了消防救援人员携带物品多样分散引起的操作不便；
通过手持安装组件使消防救援人员人工对大空间场所屋面开展破拆排烟的同时即可对探测部进行安装，顺应了一般的厂房、仓库灭火救援操作流程，无需额外的对人员进行培训，同时提前安装探测部，保障了屋面破拆排烟过程的安全；
投射结合组件的设计，顺应了当前消防科技发展的新趋势，可采用地面发射安装与无人机投掷安装等方式；
通过系统供电组件的设计使探测部的电路在安装于屋面时及处于待指令工作状态，能够及时的响应处置部的通讯操控；
通过探测温度的系列组件(第一伸缩管、第二伸缩管、第三伸缩管、热电偶树、热电偶卡箍)的设计使获得近屋面动态温度场成为可能，且能获得距离屋面下方不同高度处的温度，进一步支持了对屋面严重受火灾影响区域、屋盖构件内部温度场的计算，使应用临界温度对屋盖结构进行坍塌预警具有了前提，且大大增加了预测精度；
通过空间定位组件的设计使计算屋面严重受影响区域位置及范围成为可能，辅助了立体化火情侦察的需求，同时为屋面严重受影响区域甚至屋盖结构整体变形的计算提供了基础探测数据；
通过声发射高程助识组件和声识别组件的设计弥补了单一路径传输数据可能受外界火场偶然干扰而不连续的情况出现，声波传输既能与无线传输相互印证，又能补充无线传输中断的部分；
通过光显示高程助识组件的设计使探测点位获得的动态空间高程坐标数据更能直接的被现场人员所注意，尤其适合于黑夜等安全观察员开展外部侦查条件不佳的情况，使用红色代表屋面膨胀阶段，颜色越深膨胀速率越快，使用黄色代表屋面坍塌阶段，黄色越深坍塌越快，直观合理；
通过模型算法模块和预警分级模块的分工式设计，使计算和判断功能区分更加明确，有利于各自功能的继续完善开发以及人工操作控制的加入；且模型算法模块实现了探测部远离燃烧物火焰上方的屋面安装即可计算屋面严重受影响区域范围、位置、变形、构件温度的需求，既能够抓住关键探测区域又能够保障操作人员的安全；
通过建筑及屋盖结构信息输入模块的设计，能够在录入必要的计算信息的同时有针对性的调用模型算法模块中的相关计算方法及参数，使计算过程更加精确高效；
总之，本发明填补了未有针对大空间场所屋盖结构火灾坍塌事故中预警装置及操作方法的空白，首选采用了基于承载能力法和临界温度法联用的探测、计算、预警装置技术及方法的设计，改变了当前单点探测无法确定关键点、无法获得屋面严重受火灾影响区域进而开展监测的现状，相比于现有预警仪器的架设方操作案大大的减少了使用数量且节约了火场时间，在火灾应急救援事故处置中有巨大的应用发展前景，同时也为该领域开展相关科学实验提供了测试装置及方法，也有巨大的社会公共安全效益。
附图说明
图1为本发明的坍塌预警装置整体图；
图2为本发明的坍塌预警装置的分解示意图；
图3本发明的坍塌预警装置第一伸缩管剖切图；
图4本发明的坍塌预警装置第二伸缩管剖切图；
图5本发明的坍塌预警装置第三伸缩管剖切图；
图6本发明的坍塌预警装置热电偶卡箍结构图；
图7本发明的坍塌预警装置探测部整体剖切图；
图8为本发明的坍塌预警装置工作状态整体图；
图9为本发明的坍塌预警装置探测部工作状态剖切图；
图10为本发明的坍塌预警装置使用方法示意图。
具体实施方式
如图1至图7所示，基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置，包括探测部1和一个处置部2；
探测部1由屋面穿孔组件1-1、第一伸缩管1-2、第二伸缩管1-3、第三伸缩管1-4、手持安装组件1-5、隔热缓冲接合组件1-7、隔热减震箱1-8、光显示高程助识组件1-9和投射接合组件1-6组成；
第一伸缩管1-2由等径的上圆管段Ⅰ1-2-1、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅰ1-2-3的中圆管段Ⅰ1-2-2、下圆管段Ⅰ1-2-4依次焊接组成，且在下圆管段Ⅰ1-2-4的底端设有一下口缩小环Ⅰ1-2-5；
第二伸缩管1-3由等径的上圆管段II1-3-1、沿圆周对称均布有偶数个方孔II1-3-3的中圆管段II1-3-2、下圆管段II1-3-4依次焊接组成，且在上圆管段II1-3-1的顶端设有一上口扩大环II1-3-6，在下圆管段II1-3-4的底端设有一下口缩小环II1-3-5；
所述第三伸缩管1-4由等径的上圆管段Ⅲ1-4-1、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅲ1-4-3的中圆管段Ⅲ1-4-2、下圆管段Ⅲ1-4-4依次焊接组成，且在上圆管段Ⅲ1-4-1的顶端设有一上口扩大环Ⅲ1-4-6；
隔热缓冲接合组件1-7由大小相等且紧贴的一层缓冲接合层1-7-1与一层隔热层1-7-2组成，在它们的中心设有一贯通的线孔1-7-3；
隔热减震箱1-8内安装有通过电路连接的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件；
热电偶卡箍1-11由一个卡线短环1-11-1和焊接于其中部高度横切面且十字排布的四根水平固定杆1-11-2组成；
热电偶树1-10由三条不等长的热电偶线一端等间隔错位、另一端取齐后通身扎紧而成，三条热电偶线错位的散头端自下向上依次为，竖直向下伸的探测肢Ⅲ1-10-1，向下倾斜伸的探测肢II1-10-2和向下倾斜伸的探测肢Ⅰ1-10-3；
热电偶卡箍1-11通过四根水平固定杆1-11-2的外伸端固定在第三伸缩管1-4的上圆管段Ⅲ1-4-1与中圆管段Ⅲ1-4-2接缝处；第三伸缩管1-4自下圆管段Ⅲ1-4-4的底端插入第二伸缩管1-3上圆管段II1-3-1内；所述第二伸缩管1-3自下圆管段II1-3-4的底端插入第一伸缩管1-2上圆管段Ⅰ1-2-1内；
第一伸缩管1-2上圆管段Ⅰ1-2-1的顶端与等径的手持安装组件1-5一端连接，手持安装组件1-5另一端与隔热缓冲接合组件1-7缓冲接合层1-7-1表面对中连接；
隔热减震箱1-8对中固定于隔热缓冲接合组件1-7隔热层1-7-2表面，投射接合组件1-6固定于隔热减震箱1-8的顶面中心，光显示高程助识组件1-9套入投射接合组件1-6固定于隔热减震箱1-8的顶面，光显示高程助识组件1-9与隔热减震箱1-8内的数据采集组件电路连接；
热电偶树1-10设置在第三伸缩管1-4的上圆管段Ⅲ1-4-1内，热电偶树1-10的对齐端依次穿过手持安装组件1-5、隔热缓冲接合组件1-7的线孔1-7-3，进入隔热减震箱1-8内接入数据采集组件，同时将热电偶树1-10与线孔1-7-3用耐火胶固定密封；
热电偶树1-10的探测肢Ⅲ1-10-1自上向下由热电偶卡箍1-11的卡线短环1-11-1内伸出并固定，使探测肢Ⅲ1-10-1的端头位于数个方孔Ⅲ1-4-3的中部高度横截面内；
屋面穿孔组件1-1尖端朝下，背侧平面与第三伸缩管1-4的下圆管段Ⅲ1-4-4底端对中连接；
依次伸长滑动第三伸缩管1-4、第二伸缩管1-3、第一伸缩管1-2，使上口扩大环Ⅲ1-4-6的底面与下口缩小环II1-3-5的顶面接触、上口扩大环II1-3-6的底面与下口缩小环Ⅰ1-2-5的顶面接触；
分别微调热电偶树1-10的探测肢II1-10-2、探测肢Ⅰ1-10-3，使探测肢II1-10-2的端头位于数个方孔II1-3-3的中部高度横截面内，使探测肢Ⅰ1-10-3的端头位于数个方孔Ⅰ1-2-3的中部高度横截面内；
依次缩短滑动第三伸缩管1-4、第二伸缩管1-3、第一伸缩管1-2，使上口扩大环Ⅲ1-4-6的顶面与上口扩大环II1-3-6的顶面平齐、下口缩小环II1-3-5的底面与下口缩小环Ⅰ1-2-5的底面平齐，热电偶树1-10再次盘曲放置于第三伸缩管1-4的上圆管段Ⅲ1-4-1内；
处置部2由通过电路连接于处理显示机的声识别组件、数据接收组件、模型算法模块、预警分级模块、建筑及屋盖结构信息输入模块、救援人员位置动态获取模块、预警发出模块组成；所述预警发出模块连接有声音播报组件、无线播报组件；
数个探测部1的声发射高程助识组件分别与处置部2的声识别组件连接，数个探测部1的数据发射组件分别与处置部2的数据接收组件连接。
如图8至图10所示，基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，将不少于三个探测部1安装于拟探测的屋盖结构网格对应的屋面上，获得所探测点位的近屋面动态温度、动态空间坐标，并通过无线和声发射方式向外界传输数据，通过光显示方式即时发出视觉预警；
屋面穿孔组件1-1、手持安装组件1-5、投射结合组件1-6、隔热缓冲接合组件1-7用于刺穿及将探测部1整体安装固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
屋面穿孔组件1-1用于探测部1安装过程中在网格所对应屋面范围内开孔；手持安装组件1-5和投射结合组件1-6分别用于以手动和定点投射的方式安装探测部1整体；隔热缓冲接合组件1-7用于缓冲探测部1安装过程中对隔热减震箱1-8整体、光显示高程助识组件1-9等的震动并且将探测部1整体可靠固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
由第一伸缩管1-2、第二伸缩管1-3、第三伸缩管1-4、热电偶树1-10，热电偶卡箍1-11构成温度探测组件，用于监测所探测点位的近屋面动态温度并被隔热减震箱内数据采集组件存储；
光显示高程助识组件1-9获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以颜色种类和深浅的方式向外界发出视觉预警；
隔热减震箱1-8用于确保探测部1整体安装于屋盖结构网格所对应屋面过程中内部的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件及附属接线免受震动损坏及运行过程中免受溢出屋面的高温烟气损坏；
空间定位组件用于获得所探测点位的动态空间坐标，包括动态空间高程坐标数据和动态空间水平坐标数据，并被数据采集组件存储；数据发射组件获得数据采集组件存储的近屋面动态温度数据和动态空间坐标数据并以无线方式向外界传输；声发射高程助识组件获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以声发射方式向外界传输；
将处置部2安置于起火建筑周围的地面安全区域，通过无线和声识别方式接收各个探测部1发出的探测点位近屋面动态温度数据、动态空间坐标数据，并结合手动输入的建筑及屋盖结构信息数据开展计算，依据不同的预警级别向灭火救援现场全部人员发出声音预警并着重向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出无线预警；
数据接收组件用于接收各个探测部1的数据发射组件通过无线传输的数据，并输入处理显示机；
声识别组件用于接收各个探测部1的声发射高程助识组件通过声发射传输的数据，并输入处理显示机；建筑及屋盖结构信息输入模块用于手动输入火情侦查员通过现场侦查或依据资料了解到的起火建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻的基本信息，并输入处理显示机；救援人员位置动态获取模块与每个消防救援人员随身携带的无线通讯机连接，用于获得起火建筑内部消防救援人员开展灭火作业时所处的动态空间位置，并输入处理显示机；
处理显示机调用模型算法模块实现对通过数据接收组件和声识别组件接收的各个探测点位的动态空间高程坐标数据分别进行筛选并拟合为各自的新动态空间高程坐标数据，实现对建筑及屋盖结构信息、各个探测点位的近屋面动态温度、新动态空间坐标数据的迭代计算并获得建筑内部起火燃烧范围对应的屋面严重受影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、区域内屋盖结构构件内部温度场数据信息并输出至预警分级模块；
处理显示机调用预警分级模块，处理模型算法模块输出的数据信息，并从屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例及位置、域内屋盖结构构件内部温度场达到临界温度的占比、区域变形发展呈现出的膨胀或坍塌阶段及量值方面自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别，同时处理从救援人员位置动态获取模块获得的各消防救援人员位置数据信息，相结合后向预警发出模块传输预警指令；处理显示机能够实时显示屋面严重受火灾影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、域内屋盖结构构件内部温度场数值、消防救援人员所处的动态空间位置、预警级别及预警指令执行等情况；
预警发出模块接收预警分级模块的指令，最终驱动声音播报组件向灭火救援现场全部人员发出不同级别声音预警，最终驱动无线播报组件向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出不同级别无线预警。
基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，步骤如下：
S1、抵达起火建筑现场后，将所述处置部2安置于起火建筑周围的地面安全区域并供电工作；
S2、火情侦查员第一时间了解起火大空间建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻等基本信息，并输入至所述处置部2的建筑及屋盖结构信息输入模块；
S3、屋面破拆人员手持所述探测部1的手持安装组件1-5，避开屋盖主体承重结构且选定网格内对应的屋面位置作为探测点位，利用屋面穿孔组件1-1刺穿该处屋面并迅速将探测部1由屋面穿孔组件1-1端插入屋面，在屋面穿孔组件1-1的带动下，第三伸缩管1-4自第二伸缩管1-3、第二伸缩管1-3自第一伸缩管1-2依次完全伸出，使上口扩大环Ⅲ1-4-6的底面与下口缩小环II1-3-5的顶面接触、上口扩大环II1-3-6的底面与下口缩小环Ⅰ1-2-5的顶面接触，将所述隔热缓冲接合组件1-7的缓冲接合层1-7-1与屋面面板紧密贴合，S1的处置部2接收探测部1发出的信号并进行通讯连接，远程遥控它开始工作，完成一个探测点位处所述探测部1的安装；
S4、重复S3步骤，屋面破拆人员在屋面的其它两个近边缘位置再各安装一个探测部1，使室内起火位置所对应的屋面严重受影响区域中心位于三个探测部1连线形成的三角形内，且随着室内火灾的蔓延必要时可增加探测部安装数量，即屋面严重受影响区域的中心位于多个探测部1依次连线形成的多边形内，见图10；
S5、或替代S3、S4步骤，使用投射设备通过定点投射的方式替代屋面破拆人员手动操作，即先对屋面情况进行无人观测，选定至少三个避开屋盖主体承重结构且位于网格内对应的屋面位置作为探测点位，将投射设备与一个探测部1通过投射接合组件1-6连接，待将探测部1移动到预定投射位置后，驱动投射设备与投射接合组件1-6分离，探测部1通过屋面穿孔组件1-1刺穿并插入对应的已选定屋面探测点位，并重复本步骤定点投射操作；
S6、拟进入建筑内部及位于建筑室外周边开展灭火作业的消防救援人员将随身携带的无线通讯机与处置部2的消防救援人员位置动态获取模块连接并开始工作；
S7、坍塌预警监测过程中，火场救援指挥人员监视所述处置部2的处理显示机显示信息、注意现场火情发展情况信息和火情侦查员实时报告的信息；
S8、预警分级模块实时自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别并结合处理后的现场消防救援人员位置数据信息，向预警发出模块传输预警指令；
S9、灭火救援现场建筑室外周边的救援人员通过光显示高程助识组件1-9了解屋面探测点位的变形发展特征，全部人员能够听到声音播报组件发出的预警提醒，建筑内处于危险区域的消防救援人员通过随身携带的无线通讯机接收无线播报组件发出的预警提醒；
S10、最后，受起火大空间建筑屋面坍塌风险威胁的相关消防救援人员迅速撤离至安全区域。
模型算法模块对每个探测点位通过数据接收组件和声识别组件接收的动态空间高程坐标数据分别去除某时刻发生不合理数值振荡的坐标数据，再进行前后时刻连接的拟合处理，并将两条“高程坐标-时间”曲线的均值作为新动态空间高程坐标数据；当受火场外界干扰，每个探测点位的动态空间高程坐标数据未能通过数据接收组件或声识别组件都连续接收到时，则使用该受干扰时段内单一组件接收到的那部分坐标数据，对该部分同样去除某时刻发生不合理数值振荡的坐标数据，再进行前后时刻连接的拟合处理，非受干扰时段数据处理方法同前，并整体作为新动态空间高程坐标数据；
模型算法模块通过公式(1)建立屋面严重受影响区域范围与燃烧物热释放速率Q之间的关系：
Aq＝Q/q (1)
其中，Aq为屋面严重受影响区域范围，q为输入的与燃烧物种类等相关的参数；
模型算法模块通过公式(2)进一步建立屋面严重受影响区域边界温度与燃烧物热释放速率Q之间的关系：
其中，Asp为输入的起火建筑内部的占地面积，H为空间净高，χ为输入的考虑屋面构造的调整系数；
模型算法模块通过公式(3)进一步建立探测点位与屋面严重受影响区域边界的位置关系：
其中，η为输入的与屋面构造相关的衰减程度系数，μ为输入的与屋面构造相关的衰减速率系数，Ttx为探测部所在探测点位处的近屋面动态温度，x为屋面严重受影响区域中心与探测点位的径向距离；
采用试算迭代法，假设不同的燃烧物热释放速率Q，并结合探测部所在探测点位处的近屋面动态温度Ttx、由该探测点位处的动态空间水平坐标数据计算的屋面严重受影响区域中心与探测点位的径向距离x，即可确定实时屋面严重受影响区域的范围及位于屋面的位置；
模型算法模块通过探测点位与屋面严重受影响区域边缘的径向距离x'、探测点位新的动态空间高程坐标数据计算屋面严重受影响区域的变形发展处于膨胀或坍塌阶段及量值，并结合输入的屋盖结构信息计算屋面整体的变形发展情况；
模型算法模块通过输入的屋盖结构信息和起火时刻，参照GB 51249中的相关规定计算屋盖金属构件内部温度场；
模型算法模块还可以包括通用的快速建模模块和有限元分析模块；
预警分级模块自动确定的轻微预警级别指标为屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例不大于5％、无区域内屋盖构件内部温度场达到临界温度、区域变形发展尚处于膨胀阶段，且相对初始位置的变形量值在毫米级；自动确定的严重预警级别指标为达到屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例不小于10％、屋盖构件内部温度场达到临界温度的占比不小于10％或区域变形发展由膨胀转入坍塌阶段三者中的任意一项；一般预警级别介于轻微预警级别和严重预警级别之间，由火场救援指挥人员依据处理显示机的显示信息、现场火情发展情况信息和火情侦查员实时报告的信息综合判断，并手动输入预警分级模块后执行。
实施例1
S1、抵达起火建筑现场后，将处置部2安置于起火建筑周围的地面安全区域并供电工作；
S2、火情侦查员第一时间了解到起火油桶存放大空间仓库内部占地面积Asp＝575m2且建筑平面为矩形、南北斜向对设两扇卷帘门且南面已完全打开、平顶屋面空间净高H＝6.5m、屋面构造为硅酸铝棉夹芯板外覆薄铁皮瓦、屋盖结构为平板四棱锥网架结构、杆件表面按设计涂覆25mm厚型防火涂料，起火时刻约在11min前、起火位置大致位于建筑内部地面中心偏西一侧、燃烧物为固定间隔放置的数个储油桶起火q≈2.5MW/m2，将上述侦查信息输入至所述处置部2的建筑及屋盖结构信息输入模块；
S3、两位负责屋面破拆人员通过手持安装组件1-5分别手持一个所述探测部1自西北角(S1x)、东南角(S2x)的外墙检修梯登上屋面。每人在屋面近边缘位置的网架四棱锥网格与4个支承屋面点连线内的硅酸铝棉保夹芯铁皮屋面上找准探测点位，分别利用屋面穿孔组件1-1刺穿该处屋面并迅速将探测部1由屋面穿孔组件1-1端插入屋面，在屋面穿孔组件1-1的带动下，第三伸缩管1-4自第二伸缩管1-3、第二伸缩管1-3自第一伸缩管1-2依次完全伸出，使上口扩大环Ⅲ1-4-6的底面与下口缩小环II1-3-5的顶面接触、上口扩大环II1-3-6的底面与下口缩小环Ⅰ1-2-5的顶面接触，将所述隔热缓冲接合组件1-7的缓冲接合层1-7-1与屋面面板紧密贴合，S1的处置部2接收上述两个所述探测部1发出的信号并通讯连接，远程遥控它们开始工作，完成两个探测点位处所述探测部1的安装。另一位负责屋面破拆人员通过手持安装组件1-5手持一个所述探测部1自西南角(S3x)通过人字形举高车登上屋面，并重复以上探测部1安装于屋面的过程，见图10。安装完毕后人员迅速原路撤离屋面至地面安全区域。
S4、准备进入建筑内部的3名消防救援人员和准备位于建筑室外周边卷帘门外开展灭火作业监视的2名消防救援人员将随身携带的无线通讯机与所述处置部2的消防救援人员位置动态获取模块连接然后抵达各自分工位置开始工作。
S5、坍塌预警监测过程中，火场救援指挥人员监视所述处置部2的处理显示机显示信息。卷帘门处现场反馈目前单区域放置的数个储油桶已全部起火，且火势较大、燃烧相对稳定。
S6、以预警系统运行第125s时的处理过程为例：见图10，此刻处理显示机从数据接收组件接收到所述西北角(S1x)、东南角(S2x)、西南角(S3x)的探测点位温度(每个所述探测部1包括探测肢Ⅲ1-10-1、探测肢II1-10-2、探测肢Ⅰ1-10-3所测得的三组温度值)及相应的空间水平坐标数据，经对各自探测点位均值处理后：T1'x＝400℃、T2'x＝200℃、T3'x＝350℃。处理显示机调用模型算法模块，对此刻数据接收组件和声识别组件输入处理显示机的探测点位空间高程坐标数据进行均值处理且得到相对初始变形：h1'x≈+3.5mm、h'2x≈+2.4mm、h3'x≈+3.2mm。
处理显示机调用模型算法模块运行燃烧物热释放速率Q的试算迭代，范围自10MW～40MW，迭代间隔1MW，根据公式1～3耗时0.01s循环求解后最优确定Q≈25MW。对应确定的屋面严重受影响区域范围Aq≈10m2(公式1)、边缘温度(公式2)，S1x与燃烧物中心的距离d1x≈7.8m、同样d3x≈9.0m、d2x≈13.5m(公式3)，确定此刻屋面严重受影响区域的中心位于屋面中心偏西4.8m且稍偏北1.6m的位置；
Aq＝Q/q 公式1
处理显示机调用模型算法模块根据此刻三个所述探测部的新空间高程坐标数据线性计算出屋面严重受影响区域变形发展尚处于膨胀阶段且边缘膨胀量均值为he≈+6.8mm、中心膨胀量值为hc≈+8.1mm，同时采用有限元分析模块计算快速建模模块已建立的屋盖结构模型，进行实时对照验证；
处理显示机调用模型算法模块根据此刻时间tal≈785s(自火灾发生起算)，参照GB51249中的相关规定(公式4)计算屋盖网架杆件最高温度且屋面内水平方向随着与燃烧物中心线(火源中心线)距离的增加钢构件温度不断降低；
模型算法模块将此时刻计算结果输出至预警分级模块；
S7、处理显示机调用预警分级模块处理模型算法模块输出的即时数据信息，自动确定此刻的预警级别为轻微预警级别。预警分级模块处理此刻的现场救援人员位置数据信息，向预警发出模块传输预警指令为无线提醒进入建筑内部的3名消防救援人员密切关注火情发展，可以近距离开展灭火作业；
S8、此刻，建筑室外周边卷帘门外开展灭火作业监视的2名消防救援人员通过光显示高程助识组件1-9的红色显示了解到距离自己较近的屋面探测点位的变形发展尚处于膨胀阶段；建筑内部的3名消防救援人员通过随身携带的无线通讯机接收到了预警发出模块驱动无线播报组件发出的预警提醒，即密切关注火情发展，可以近距离开展灭火作业；
S9、针对后续各时刻以频率1Hz重复S6～S8过程。S7按频率对预警级别进行自动判断，或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别，且仅在必要时向预警发出模块传输预警指令；
S10、当室内外消防救援人员听到声音播报组件和建筑内部消防救援人员通过无线接收通讯机接收到无线播报组件发出的严重预警级别提醒时，表明内部消防救援人员受到屋盖网架结构坍塌风险威胁，相关人员应迅速撤离至安全区域。此刻的光显示高程助识组件1-9黄色显示且颜色已加深。
S11、待灭火救援全部结束后，处理显示机保存数据后切断处置部2电源。对火场进行清理，回收所述探测部1。
实施例2
实施例2的S1、S2步骤同实施例1的S1、S2步骤；
S3、在起火建筑周围地面适合区域架设现有配套的投射设备，使用现有无人侦察设备对屋面进行形貌和红外热成像观测，选定至少三个近屋面边缘、连线能够包括屋面严重受火灾影响区域中心、避开屋面主体承重结构的网格内对应屋面位置作为探测点位。通过投射接合组件1-6将一个所述探测部1固定在投射设备上，进一步移动、调整探测部1到预定投射位置后，驱动投射设备与投射接合组件1-6分离，探测部1通过屋面穿孔组件1-1刺穿并插入对应的已选定屋面探测点位，在屋面穿孔组件1-1的惯性带动下，第三伸缩管1-4自第二伸缩管1-3、第二伸缩管1-3自第一伸缩管1-2依次完全伸出，使上口扩大环Ⅲ1-4-6的底面与下口缩小环II1-3-5的顶面接触、上口扩大环II1-3-6的底面与下口缩小环Ⅰ1-2-5的顶面接触，所述隔热缓冲接合组件1-7的缓冲接合层1-7-1与屋面面板紧密贴合，S1的处置部2接收所述探测部1发出的信号并进行通讯连接，远程遥控它开始工作，完成一个探测点位处所述探测部1的安装，剩余两个探测点位处的探测部1安装重复本步骤定点投射操作；
实施例2的S4至S11步骤同实施例1的S4至S11步骤。

Claims (4)

1.基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，其特征在于，所述屋盖火灾下坍塌预警装置包括探测部(1)和一个处置部(2)；
所述探测部(1)由屋面穿孔组件(1-1)、第一伸缩管(1-2)、第二伸缩管(1-3)、第三伸缩管(1-4)、手持安装组件(1-5)、隔热缓冲接合组件(1-7)、隔热减震箱(1-8)、光显示高程助识组件(1-9)和投射接合组件(1-6)组成；
所述第一伸缩管(1-2)由等径的上圆管段Ⅰ(1-2-1)、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅰ(1-2-3)的中圆管段Ⅰ(1-2-2)、下圆管段Ⅰ(1-2-4)依次焊接组成，且在下圆管段Ⅰ(1-2-4)的底端设有一下口缩小环Ⅰ(1-2-5)；
所述第二伸缩管(1-3)由等径的上圆管段II(1-3-1)、沿圆周对称均布有偶数个方孔II(1-3-3)的中圆管段II(1-3-2)、下圆管段II(1-3-4)依次焊接组成，且在上圆管段II(1-3-1)的顶端设有一上口扩大环II(1-3-6)，在下圆管段II(1-3-4)的底端设有一下口缩小环II(1-3-5)；
所述第三伸缩管(1-4)由等径的上圆管段Ⅲ(1-4-1)、沿圆周对称均布有偶数个方孔Ⅲ(1-4-3)的中圆管段Ⅲ(1-4-2)、下圆管段Ⅲ(1-4-4)依次焊接组成，且在上圆管段Ⅲ(1-4-1)的顶端设有一上口扩大环Ⅲ(1-4-6)；
所述隔热缓冲接合组件(1-7)由大小相等且紧贴的一层缓冲接合层(1-7-1)与一层隔热层(1-7-2)组成，在它们的中心设有一贯通的线孔(1-7-3)；
所述隔热减震箱(1-8)内安装有通过电路连接的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件；
热电偶卡箍(1-11)由一个卡线短环(1-11-1)和焊接于其中部高度横切面且十字排布的四根水平固定杆(1-11-2)组成；
所述热电偶树(1-10)由三条不等长的热电偶线一端等间隔错位、另一端取齐后通身扎紧而成，三条热电偶线错位的散头端自下向上依次为，竖直向下伸的探测肢Ⅲ(1-10-1)，向下倾斜伸的探测肢II(1-10-2)和向下倾斜伸的探测肢Ⅰ(1-10-3)；
所述热电偶卡箍(1-11)四根水平固定杆(1-11-2)的外伸端固定在第三伸缩管(1-4)的上圆管段Ⅲ(1-4-1)与中圆管段Ⅲ(1-4-2)接缝处；所述第三伸缩管(1-4)自下圆管段Ⅲ(1-4-4)的底端插入第二伸缩管(1-3)上圆管段II(1-3-1)内；所述第二伸缩管(1-3)自下圆管段II(1-3-4)的底端插入第一伸缩管(1-2)上圆管段Ⅰ(1-2-1)内；
第一伸缩管(1-2)上圆管段Ⅰ(1-2-1)的顶端与等径的手持安装组件(1-5)一端连接，手持安装组件(1-5)另一端与隔热缓冲接合组件(1-7)缓冲接合层(1-7-1)表面对中连接；
所述隔热减震箱(1-8)对中固定于隔热缓冲接合组件(1-7)隔热层(1-7-2)表面，所述投射接合组件(1-6)固定于隔热减震箱(1-8)的顶面中心，所述光显示高程助识组件(1-9)套入投射接合组件(1-6)固定于隔热减震箱(1-8)的顶面，光显示高程助识组件(1-9)与隔热减震箱(1-8)内的数据采集组件电路连接；
所述热电偶树(1-10)设置在第三伸缩管(1-4)的上圆管段Ⅲ(1-4-1)内，热电偶树(1-10)的对齐端依次穿过手持安装组件(1-5)、隔热缓冲接合组件(1-7)的线孔(1-7-3)，进入隔热减震箱(1-8)内接入数据采集组件，同时将热电偶树(1-10)与线孔(1-7-3)用耐火胶固定密封；
热电偶树(1-10)的探测肢Ⅲ(1-10-1)自上向下由热电偶卡箍(1-11)的卡线短环(1-11-1)内伸出并固定，使探测肢Ⅲ(1-10-1)的端头位于数个方孔Ⅲ(1-4-3)的中部高度横截面内；
所述屋面穿孔组件(1-1)尖端朝下，背侧平面与第三伸缩管(1-4)的下圆管段Ⅲ(1-4-4)底端对中连接；
依次伸长滑动第三伸缩管(1-4)、第二伸缩管(1-3)、第一伸缩管(1-2)，使上口扩大环Ⅲ(1-4-6)的底面与下口缩小环II(1-3-5)的顶面接触、上口扩大环II(1-3-6)的底面与下口缩小环Ⅰ(1-2-5)的顶面接触；
分别微调热电偶树(1-10)的探测肢II(1-10-2)、探测肢Ⅰ(1-10-3)，使探测肢II(1-10-2)的端头位于数个方孔II(1-3-3)的中部高度横截面内，使探测肢Ⅰ(1-10-3)的端头位于数个方孔Ⅰ(1-2-3)的中部高度横截面内；
依次缩短滑动第三伸缩管(1-4)、第二伸缩管(1-3)、第一伸缩管(1-2)，使上口扩大环Ⅲ(1-4-6)的顶面与上口扩大环II(1-3-6)的顶面平齐、下口缩小环II(1-3-5)的底面与下口缩小环Ⅰ(1-2-5)的底面平齐，热电偶树(1-10)再次盘曲放置于第三伸缩管(1-4)的上圆管段Ⅲ(1-4-1)内；
所述处置部(2)由通过电路连接于处理显示机的声识别组件、数据接收组件、模型算法模块、预警分级模块、建筑及屋盖结构信息输入模块、救援人员位置动态获取模块、预警发出模块组成；所述预警发出模块连接有声音播报组件、无线播报组件；
数个探测部(1)的声发射高程助识组件分别与处置部(2)的声识别组件连接，数个探测部(1)的数据发射组件分别与处置部(2)的数据接收组件连接；
基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，将不少于三个探测部(1)安装于拟探测的屋盖结构网格对应的屋面上，获得所探测点位的近屋面动态温度、动态空间坐标，并通过无线和声发射方式向外界传输数据，通过光显示方式即时发出视觉预警；
屋面穿孔组件(1-1)、手持安装组件(1-5)、投射结合组件(1-6)、隔热缓冲接合组件(1-7)用于刺穿及将探测部(1)整体安装固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
屋面穿孔组件(1-1)用于探测部(1)安装过程中在网格所对应屋面范围内开孔；手持安装组件(1-5)和投射结合组件(1-6)分别用于以手动和定点投射的方式安装探测部(1)整体；隔热缓冲接合组件(1-7)用于缓冲探测部(1)安装过程中对隔热减震箱(1-8)整体、光显示高程助识组件(1-9)的震动并且将探测部(1)整体可靠固定于屋盖结构网格对应的屋面上；
由第一伸缩管(1-2)、第二伸缩管(1-3)、第三伸缩管(1-4)、热电偶树(1-10)、热电偶卡箍(1-11)构成温度探测组件，用于监测所探测点位的近屋面动态温度并被隔热减震箱(1-8)内数据采集组件存储；
光显示高程助识组件(1-9)获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以颜色种类和深浅的方式向外界发出视觉预警；
隔热减震箱(1-8)用于确保探测部(1)整体安装于屋盖结构网格所对应屋面过程中内部的系统供电组件、空间定位组件、数据采集组件、数据发射组件、声发射高程助识组件及附属接线免受震动损坏及运行过程中免受溢出屋面的高温烟气损坏；
空间定位组件用于获得所探测点位的动态空间坐标，包括动态空间高程坐标数据和动态空间水平坐标数据，并被数据采集组件存储；数据发射组件获得数据采集组件存储的近屋面动态温度数据和动态空间坐标数据并以无线方式向外界传输；声发射高程助识组件获得数据采集组件存储的动态空间高程坐标数据并以声发射方式向外界传输；
处置部(2)安置于起火建筑周围的地面安全区域，通过无线和声识别方式接收各个探测部(1)发出的探测点位近屋面动态温度数据、动态空间坐标数据，并结合手动输入的建筑及屋盖结构信息数据开展计算，依据不同的预警级别向灭火救援现场全部人员发出声音预警并着重向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出无线预警；
数据接收组件用于接收各个探测部(1)的数据发射组件通过无线传输的数据，并输入处理显示机；
声识别组件用于接收各个探测部(1)的声发射高程助识组件通过声发射传输的数据，并输入处理显示机；建筑及屋盖结构信息输入模块用于手动输入火情侦查员通过现场侦查或依据资料了解到的起火建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻的基本信息，并输入处理显示机；救援人员位置动态获取模块与每个消防救援人员随身携带的无线通讯机连接，用于获得起火建筑内部消防救援人员开展灭火作业时所处的动态空间位置，并输入处理显示机；
处理显示机调用模型算法模块实现对通过数据接收组件和声识别组件接收的各个探测点位的动态空间高程坐标数据分别进行筛选并拟合为各自的新动态空间高程坐标数据，实现对建筑及屋盖结构信息、各个探测点位的近屋面动态温度、新动态空间坐标数据的迭代计算并获得建筑内部起火燃烧范围对应的屋面严重受影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、区域内屋盖结构构件内部温度场数据信息并输出至预警分级模块；
处理显示机调用预警分级模块，处理模型算法模块输出的数据信息，并从屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例及位置、域内屋盖结构构件内部温度场达到临界温度的占比、区域变形发展呈现出的膨胀或坍塌阶段及量值方面自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别，同时处理从救援人员位置动态获取模块获得的各消防救援人员位置数据信息，相结合后向预警发出模块传输预警指令；处理显示机能够实时显示屋面严重受火灾影响区域范围、位于屋面的位置、区域变形发展特征、域内屋盖结构构件内部温度场数值、消防救援人员所处的动态空间位置、预警级别及预警指令执行情况；
预警发出模块接收预警分级模块的指令，最终驱动声音播报组件向灭火救援现场全部人员发出不同级别声音预警，最终驱动无线播报组件向建筑内处于危险区域的消防救援人员发出不同级别无线预警；
基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，步骤如下：
S1、抵达起火建筑现场后，将处置部(2)安置于起火建筑周围的地面安全区域并供电工作；
S2、火情侦查员第一时间了解起火大空间建筑内部占地面积、空间净高、屋面构造、屋盖结构、燃烧物种类、起火时刻的基本信息，并输入至处置部(2)的建筑及屋盖结构信息输入模块；
S3、屋面破拆人员手持探测部(1)的手持安装组件(1-5)，避开屋盖主体承重结构且选定网格内对应的屋面位置作为探测点位，利用屋面穿孔组件(1-1)刺穿选定网格内屋面并迅速将探测部(1)由屋面穿孔组件(1-1)端插入屋面，在屋面穿孔组件(1-1)的带动下，第三伸缩管(1-4)自第二伸缩管(1-3)、第二伸缩管(1-3)自第一伸缩管(1-2)依次完全伸出，使上口扩大环Ⅲ(1-4-6)的底面与下口缩小环II(1-3-5)的顶面接触、上口扩大环II(1-3-6)的底面与下口缩小环Ⅰ(1-2-5)的顶面接触，将隔热缓冲接合组件(1-7)的缓冲接合层(1-7-1)与屋面面板紧密贴合，S1的处置部(2)接收探测部(1)发出的信号并进行通讯连接，远程遥控它开始工作，完成一个探测点位处探测部(1)的安装；
S4、重复S3步骤，屋面破拆人员在屋面的其它两个近边缘位置再各安装一个探测部(1)，使室内起火位置所对应的屋面严重受影响区域中心位于三个探测部(1)连线形成的三角形内，且随着室内火灾的蔓延必要时增加探测部安装数量，即屋面严重受影响区域的中心位于多个探测部(1)依次连线形成的多边形内；
S5、或替代S3、S4步骤，使用投射设备通过定点投射的方式替代屋面破拆人员手动操作，即先对屋面情况进行无人观测，选定至少三个避开屋盖主体承重结构且位于网格内对应的屋面位置作为探测点位，将投射设备与一个探测部(1)通过投射接合组件(1-6)连接，待将探测部(1)移动到预定投射位置后，驱动投射设备与投射接合组件(1-6)分离，探测部(1)通过屋面穿孔组件(1-1)刺穿并插入对应的已选定屋面探测点位，并重复本步骤定点投射操作；
S6、拟进入建筑内部及位于建筑室外周边开展灭火作业的消防救援人员将随身携带的无线通讯机与处置部(2)的消防救援人员位置动态获取模块连接并开始工作；
S7、坍塌预警监测过程中，火场救援指挥人员监视处置部(2)的处理显示机显示信息、注意现场火情发展情况信息和火情侦查员实时报告的信息；
S8、预警分级模块实时自动确定预警级别或执行火场救援指挥人员手动输入的预警级别并结合处理后的现场消防救援人员位置数据信息，向预警发出模块传输预警指令；
S9、灭火救援现场建筑室外周边的救援人员通过光显示高程助识组件(1-9)了解屋面探测点位的变形发展特征，全部人员能够听到声音播报组件发出的预警提醒，建筑内处于危险区域的消防救援人员通过随身携带的无线通讯机接收无线播报组件发出的预警提醒；
S10、最后，受起火大空间建筑屋面坍塌风险威胁的相关消防救援人员迅速撤离至安全区域。
2.根据权利要求1所述的基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，其特征在于：
所述模型算法模块对每个探测点位通过数据接收组件和声识别组件接收的动态空间高程坐标数据分别去除某时刻发生不合理数值振荡的坐标数据，再进行前后时刻连接的拟合处理，并将两条“高程坐标-时间”曲线的均值作为新动态空间高程坐标数据；当受火场外界干扰，每个探测点位的动态空间高程坐标数据未能通过数据接收组件或声识别组件都连续接收到时，则使用受干扰时段内单一组件接收到的那部分坐标数据，对该部分同样去除某时刻发生不合理数值振荡的坐标数据，再进行前后时刻连接的拟合处理，非受干扰时段数据处理方法同前，并整体作为新动态空间高程坐标数据；
模型算法模块通过公式(1)建立屋面严重受影响区域范围与燃烧物热释放速率Q之间的关系：
Aq＝Q/q (1)
其中，Aq为屋面严重受影响区域范围，q为输入的与燃烧物种类相关的参数；
模型算法模块通过公式(2)进一步建立屋面严重受影响区域边界温度与燃烧物热释放速率Q之间的关系：
其中，Asp为输入的起火建筑内部的占地面积，H为空间净高，χ为输入的考虑屋面构造的调整系数，a1、a2、a3、b1、b2、b3均为公式(2)拟合系数；
模型算法模块通过公式(3)进一步建立探测点位与屋面严重受影响区域边界的位置关系：
其中，η为输入的与屋面构造相关的衰减程度系数，μ为输入的与屋面构造相关的衰减速率系数，Ttx为探测部所在探测点位处的近屋面动态温度，x为屋面严重受影响区域中心与探测点位的径向距离；
采用试算迭代法，假设不同的燃烧物热释放速率Q，并结合探测部所在探测点位处的近屋面动态温度Ttx、由该探测点位处的动态空间水平坐标数据计算的屋面严重受影响区域中心与探测点位的径向距离x，即可确定实时屋面严重受影响区域的范围及位于屋面的位置；
模型算法模块通过探测点位与屋面严重受影响区域边缘的径向距离x'、探测点位新的动态空间高程坐标数据计算屋面严重受影响区域的变形发展处于膨胀或坍塌阶段及量值，并结合输入的屋盖结构信息计算屋面整体的变形发展情况；
模型算法模块通过输入的屋盖结构信息和起火时刻，参照GB 51249中的相关规定公式(4)计算屋盖金属构件内部温度场，其中，ΔTs为钢构件在时间(t，t+Δt)内的温升(℃)；t为火灾持续时间(s)；Δt为时间步长(s)，取值不大于5s；Ts、Tg分别为t时刻钢构件的内部温度和热烟气的平均温度(℃)；ρs、cs分别为钢材的密度(kg/m3)和比热[J/(kg·℃)]；Fi/V为有或无防火保护钢构件的截面形状系数(m-1)；Fi为有或无防火保护钢构件单位长度的受火表面积(m2)；V单位长度钢构件的体积(m3)；α为综合热传递系数[W/(m2·℃)]。
3.根据权利要求1所述的基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，其特征在于：所述预警分级模块自动确定的轻微预警级别指标为屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例不大于5％、无区域内屋盖构件内部温度场达到临界温度、区域变形发展尚处于膨胀阶段，且相对初始位置的变形量值在毫米级；自动确定的严重预警级别指标为达到屋面严重受影响区域范围占屋面面积的比例不小于10％、屋盖构件内部温度场达到临界温度的占比不小于10％或区域变形发展由膨胀转入坍塌阶段三者中的任意一项；一般预警级别介于轻微预警级别和严重预警级别之间，由火场救援指挥人员依据处理显示机的显示信息、现场火情发展情况信息和火情侦查员实时报告的信息综合判断，并手动输入预警分级模块后执行。
4.根据权利要求1所述的基于温度场和定位的屋盖火灾下坍塌预警装置的使用方法，其特征在于：所述模型算法模块还包括通用的快速建模模块和有限元分析模块。
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