CN114898517A - 一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统 - Google Patents

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刘剑
张宝连
杨美玲
马靖
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XUZHOU ZM-BESTA HEAVY STEEL STRUCTURE CO LTD
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XUZHOU MIDDLINGS (NINGXIA) STEEL STRUCTURE CONSTRUCTION CO Ltd
XUZHOU ZM-BESTA HEAVY STEEL STRUCTURE CO LTD
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Abstract

本发明提供了一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统。包括传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统。传感器子系统由太阳总辐射传感器、光纤光栅温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器组成，通过在体育馆钢结构特定测量点处布置传感器来采集各种信号，再通过相应的数据处理，将其传输到信息分析和监控预警子系统，得到安全监测报告，进而将结果显示在管理平台上。本发明通过特定的传感器布置来采集信号，再进行相应的算法处理，可以得知体育馆钢结构的内表面温度情况以及体育馆内部的火焰情况，为后续评估体育馆健康状态和检修工作提供参考。

Description

一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统
技术领域
本发明涉及结构监测技术领域，具体涉及一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警的方式。
背景技术
钢结构装配式建筑是以钢结构为结构体系，以部品部件工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理为主要特征的一种新型的标准化、模数化的建筑体系，具有快速、高效、现场作业少、抗震性能好等优点，易于实现建筑产业现代化和工业化。大力开发、推广钢结构装配式建筑已经上升为国策，并且成为当前我国建筑工业发展的主要方向。
近几年来，国际和国内相继发生了多起钢结构建筑的坍塌、火灾等事故，所以大力发展、推广钢结构装配式建筑的过程中对于钢结构装配式建筑的安全监测技术研发和应用非常重要。虽然钢结构装配式建筑的设计、加工、安装等过程中都有国家和行业的相关标准，但是目前，还没有从系统性的角度来形成这类建筑的安全监测技术体系和标准，相关的技术研发和工程应用也非常少，甚至处于空白状态。因此，系统研发和应用推广相关的安全监测技术，不仅对于建筑安全有重大意义，而且更加有利于钢结构装配式各类建筑的应用推广。
发明内容
本发明提供了一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，通过太阳总辐射传感器、光纤光栅温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器所测量的数据来判断体育馆钢结构的内表面温度情况以及体育馆内部的火焰情况，从而判断该体育馆是否处于安全状态。
为实现上述目的，一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，包括传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统；
所述的传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统依次连接；
所述的传感器子系统由太阳总辐射传感器、光纤光栅温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器组成；
所述的数据采集与处理子系统把监测到的数据通过数据传输子系统实时传给计算机，由网络分析仪进行分析处理；
所述的信息分析和监控预警子系统由高性能计算机平台、数据分析软件、专家分析系统和报警系统组成。
所述的太阳总辐射传感器用于监测体育馆钢结构所受的太阳辐射强度，布置测点8个，安装于体育馆钢结构中屋盖外圆的上表面，按照东南西北八个地理方向布置，进而能够监测出各种天气状况下各个方向的太阳辐射；
所述的光纤光栅温度传感器用于监测体育馆钢结构外表面的实时温度，布置测点12个，安装于体育馆的立面维护幕墙的棱角支点位置，按照每个间隔两个支点进行布置，进而能够监测出体育馆钢结构此时的外部温度状况；
所述的光纤光栅温度传感器用于监测体育馆室内的实时温度，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据烟雾及火焰传感器的监测范围一同布置，进而全方位地监测出体育馆室内的温度状况；
所述的烟雾传感器用于监测体育馆内部的烟雾信号，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据烟雾传感器监测范围将其布置于高约三米处，进而能够监测出体育馆内部的烟雾情况；
所述的火焰传感器用于监测体育馆内部的火焰信号，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据火焰传感器监测范围将其布置于高约三米处，进而能够监测出体育馆内部的火焰情况。
进一步地，根据各个传感器的位置，将多个传感器串接在同一条光纤线缆上，形成监测现场的分布式传感器网络，每个传感器串称为一个通道，把所有通道汇集到监测现场的数据收发器，利用一根主光缆传输到远端的控制室；
进一步地，远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台，并对现场数据进行分析处理，形成安全监测报告，进而对结果作进一步处理。
进一步地，根据体育馆的立面维护幕墙的钢结构的各种参数以及室外温度和太阳辐射的数据，利用公式判断出立面维护幕墙中钢结构的温度是否存在异常，公式为：
Figure BDA0003605016070000031
式中，ti为结构内表面温度，
Figure BDA0003605016070000032
为室外综合温度平均值，ρ为外表面吸收系数，I为太阳辐射照度，αe为外表面换热系数，αi为内表面换热系数，β为室内外热波修正系数，δ0为衰减延时，
Figure BDA0003605016070000033
为结构平均衰减倍数，h为结构厚度，R0为结构总传热阻。
进一步地，由体育馆内部钢结构中的光纤光栅温度传感器监测到的温度大小、烟雾传感器监测到的烟雾浓度、火焰传感器监测到的火焰值以及传感器到火源的距离的数据，利用公式判断该体育馆内部结构此时的火灾情况，公式为：
Figure BDA0003605016070000041
式中，θ为火灾程度，tn为实时温度，ta为正常情况下的温度，
Figure BDA0003605016070000042
为温度的影响因子，取0.1522，sm为烟雾及可燃性气体的浓度，F为火焰值，L为火源与传感器的距离；
当0＜θ≤0.35时，此时未发生火灾，建筑处于正常工作状态；当0.35＜θ＜0.7时，此时火灾程度较轻；当θ≥0.7时，此时火灾较严重。
进一步地，把检测结果返回监控预警子系统，在任何一个传感器检测到异常状态时发出报警信号。
附图说明
图1是本发明结构中的结构图；
图2是本发明结构中的部分传感器安装点分布图；
图3是本发明结构中的部分传感器安装点分布图；
图4是本发明监测方法的流程图；
以上内容仅仅是对本发明结构所作的说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体结构做各种各样的修改或补充，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，包括有：传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统；
所述的传感器子系统由太阳总辐射传感器、光纤光栅温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器组成；所述的数据采集与处理子系统与传感器子系统相连，将传感器子系统所得的数据进行采集与处理，并将其存储在相应的器件内；所述的数据采集与处理子系统与数据传输子系统相连，将采集到的数据通过数据传输子系统传输到信息分析和监控预警子系统进行数据的分析，进而得到安全监测报告，将处理后的数据显示在平台上，并在监测到异常状态时发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，所述的太阳总辐射传感器用于监测体育馆钢结构所受的太阳辐射强度，布置测点8个，安装于体育馆钢结构中屋盖外圆的上表面，按照东南西北八个地理方向布置，进而能够监测出各种天气状况下各个方向的太阳辐射。
3.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，所述的光纤光栅温度传感器用于监测体育馆钢结构外表面的实时温度，布置测点12个，安装于体育馆的立面维护幕墙的棱角支点位置，按照每个间隔两个支点进行布置，进而能够监测出体育馆钢结构此时的外部温度状况。
4.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，所述的光纤光栅温度传感器用于监测体育馆室内的实时温度，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据烟雾及火焰传感器的监测范围一同布置，进而全方位地监测出体育馆室内的温度状况。
5.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，所述的烟雾传感器用于监测体育馆内部的烟雾信号，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据烟雾传感器监测范围将其布置于高约三米处，进而能够监测出体育馆内部的烟雾情况。
6.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，所述的火焰传感器用于监测体育馆内部的火焰信号，布置测点12个，安装于体育馆内部的钢梁结构表面，根据火焰传感器监测范围将其布置于高约三米处，进而能够监测出体育馆内部的火焰情况。
7.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照体育馆自身钢结构的结构特点及所处地理位置，考虑对称性及监测的经济性和有效性，选取太阳总辐射传感器及光纤光栅温度传感器的安装点；
步骤2：根据体育馆的内部结构及传感器的最大监测范围，选取温度、烟雾及火焰传感器安装点；
步骤3：根据各个传感器的位置，将多个传感器串接在同一条光纤线缆上，形成监测现场的分布式传感器网络，每个传感器串称为一个通道，把所有通道汇集到监测现场的数据收发器，利用一根主光缆传输到远端的控制室；
步骤4：远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台，并对现场数据进行分析处理，形成安全监测报告，进而对结果作进一步处理。
8.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，由体育馆的立面维护幕墙中钢结构的各种参数以及室外温度和太阳辐射，通过温度的计算公式，可以得到立面维护幕墙的钢结构内表面温度，进而判断出立面维护幕墙的钢结构的温度是否存在异常；其中，结构内表面温度的计算公式为：
Figure FDA0003605016060000031
式中，ti为结构内表面温度，
Figure FDA0003605016060000032
为室外综合温度平均值，ρ为外表面吸收系数，I为太阳辐射照度，αe为外表面换热系数，αi为内表面换热系数，β为室内外热波修正系数，δ0为衰减延时，
Figure FDA0003605016060000035
为结构平均衰减倍数，h为结构厚度，R0为结构总传热阻。
9.根据权利要求1所述的一种体育馆钢结构的温度监测及防火预警系统，其特征在于，由体育馆内部钢结构中的光纤光栅温度传感器监测到的温度大小、烟雾传感器监测到的烟雾浓度、火焰传感器监测到的火焰值以及传感器到火源的距离来判断该体育馆内部结构此时的火灾情况，进而采取相应的灭火措施，能够快速地灭火，避免危害进一步扩大；其中，所述火灾情况的计算公式为：
Figure FDA0003605016060000033
式中，θ为火灾程度，tn为实时温度，ta为正常情况下的温度，
Figure FDA0003605016060000034
为温度的影响因子，取0.1522，sm为烟雾及可燃性气体的浓度，F为火焰值，L为火源与传感器的距离；
由上述公式计算所得的火灾程度θ可用于判断该建筑实时的火灾情况，当0<θ≤0.35时，此时未发生火灾，建筑处于正常工作状态；当0.35<θ<0.7时，此时火灾程度较轻；当θ≥0.7时，此时火灾较严重，为后续评估体育馆健康状态和检修工作提供参考。
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