《大空间三维立体环境运动目标火灾探测和灭火系统》，《火灾探测灭火联动管理服务软件1.0》等

  完成单位：中国长江三峡集团有限公司

  主要完成人：李新宇、莫小丽、张蔚

一、研发背景

本项目依托三峡工程—三峡升船机工程，三峡升船机作为垂直运行的超大型设备，属于高层半敞开、高大空间的运行环境，同时也是世界上规模最大、结构最复杂的升船机,承船厢的长*宽*深为132米*23米*10米，升船机提升高度达到113米。另外，作为高层半敞开、高大空间的建筑物，其场所的特殊性、重要性及作业流程的复杂性，对火灾的预防和扑救手段提出了较高的要求。

在火灾探测方面，该场所受保护空间、探测距离、火灾随机性、热障效应、太阳光干扰以及船舶排出的高温烟气等影响，传统火灾探测设备无法正常有效工作。

传统的红外和紫外探测器主要采用红、紫外传感器作为关键器件进行火灾探测，主要探测火灾发生时产生的红外信号和紫外信号，红外传感器主要探测响应为4.4um的波长，紫外传感器主要探测响应范围为185~260nm的波长，而太阳光和一些发光发热的物体中会发出包含此两种波长的光谱，同时，国家相应标准规范方面，点型红外火焰探测器主要采用红外传感器技术，其执行标准为《特种火灾探测器》GB 15631-2008；点型紫外火焰探测器主要采用紫外传感器技术，其执行标准为《点型紫外火焰探测器》GB 12791-2006。该两类国家标准中均规定其探测最远保护半径为25米，此类点型红紫外探测器通常应用于民用室内建筑或者探测保护半径较小的场所，但是，多数企业通过提高放大倍数来增加其火灾响应灵敏度，提高其探测保护空间和距离，在标准研究方面没有足够的数据和案例支撑。因此，红、紫外探测器在该类场所使用时具有一定的局限性，其结果常表现为误报和漏报等情况。

在火灾扑救方面，自动跟踪定位射流灭火系统主要应用高大空间特殊场所，自动跟踪定位射流灭火系统是利用红外线、数字图像或其他火灾探测组件对火、温度等的探测进行早期火灾的自动跟踪定位，并运用自动控制方式来实现灭火的各种室内外固定射流灭火系统，系统主要由探测组件（火灾报警设备）、自动跟踪定位射流灭火装置、控制装置和消防阀、泵组和消防供水管网等组成。

自动跟踪定位射流灭火装置采用红紫外定位技术时，主要采用的是红紫外复合探测技术，其运用“狭缝”探测定位原理，通过驱动自动跟踪定位射流灭火装置在水平方向上进行火源的扫描，寻找火源水平坐标，计算火源水平中心位置；通过驱动自动跟踪定位射流灭火装置在垂直方向上进行火源的扫描，寻找火源的垂直坐标，同时进行能量补偿算法、水流曲线修正算法等，确定火源的中心位置，从而实施火灾扑救。因此，在非封闭式的大空间、远距离定位时，采用此类红紫外复合定位技术同样存在较大的局限性，其结果常表现为定位响应时间长，定位精度差或无法定位火源等情况，导致灭火效率低。

通过研究与实践，成功攻克了在高层半敞开、高大空间的外部环境下，对垂直动态运行目标进行灭火的系统解决方案，包括一系列硬件与软件的开发，为升船机、升鱼机等类似垂直运行的设备灭火提供了最优解决方案，火灾定位时间约40S，灭火精度小于0.3m，均由于国家标准，设备的安全稳定运行充分保障了过机船舶的人员、升船机设备的安全。本项目的顺利实施，保障了三峡升船机的竣工验收，也为三峡工程的顺利验收提供了支撑。同时在工业和民用高大空间场所等，几乎所有环境都可以采用本项目的研究成果。本项目的实施，同时带动了设计、制造、软件开发等企业链的发展，促进了消防类实体企业的高质量发展，同时也保障了过机船舶的人员、设备安全。

二、发明团队介绍

本项目参与人员主要是枢纽管理部职工，主要负责集团所属三峡船闸和三峡升船机运行管理工作，现有员工24人，其中硕士16人，拥有教授级高级工程师职称2人、高级工程师职称11人，是一个老中青结合、专业与知识结构合理、富有朝气、能打硬仗的一线团队。

团队荣获湖北省“2021年红旗班组”，三峡集团“2018年度红旗班组”、“2018年度创新班组”称号；被授予湖北省“2021年先进党支部”，集团公司“2019-2020年度基层示范党支部”、流域管理中心“2019-2020年度基层示范党支部”称号；2019年、2020年、2021年绩效考核、党建考核等级均为“A”。《三峡船闸安全检修关键技术研究与应用》2019年获中国安全生产协会“安全科技进步三等奖”；《三峡升船机通航运行与保障系统关键技术研究及实践》2020年获“湖北省科技进步二等奖”。《三峡升船机试通航管理创新与实践》、《党建工作与业务工作融合发展的实践与探索》获集团公司管理创新三等奖。

三、成果(专利)简介

本项目产生科技成果丰硕，取得实用新型专利3项，软件著作权2项，发表核心期刊论文5篇，专著1部。其中，专利1为核心专利，此专利为实现高大空间图像型自动跟踪定位射流灭火设备研究与应用的基础，其余两项为应用型专利，3项实用新型专利分别为：

1.一种图像型自动消防炮灭火装置（专利号：CN 208081698 U），授权日期为2018年11月13日。

2.大空间三维立体环境运动目标火灾测探和灭火系统（专利号：CN 208838958 U），授权日期为2019年5月10日。

3.一种升船机自动定位水炮灭火系统（专利号：CN 209714094 U），授权日期为2019年12月3日。

本项目产生的软件著作权分别为：

1.大型升船机消防设备集控软件V1.0（专利号：2019SR1028848），授权日期为2019年3月13日。

2.火灾探测灭火联动管理服务软件V1.0（专利号：2021SR0277880），授权日期为2020年8月10日。

本项目产生已发表的论文有：

1.《三峡升船机承船厢室消防系统应用研究》论文封面目录及版权页（ISSN1009-0029;CN12-1311/TU）

2.《三峡升船机消费系统基于FDS的安全性能研究》论文封面目录及版权页（ISSN1009-0029;CN12-1311/TU）

3.《垂直升船机初期火灾疏散路径人群流量分配研究》论文电子版

4.《垂直升船机火灾多米诺效应致因的逆向推理》论文（ISSN1009-0029;CN12-1311/TU）

5.《垂直升船机火灾疏散时间仿真研究》论文电子版

本项目产生的专著：

《特大型升船机火灾疏散仿真建模与优化决策》

四、成果（专利）转化情况介绍

本项目针对三峡升船机这类半敞开、高大空间建筑物灭火开发的软硬件系统。目前，已完成三峡升船机3批次，共计24台套的成功应用，图像型自动跟踪定位射流灭火设备的火灾定位时间约40S，灭火精度小于0.3m，均优于国家标准，达到了预期效果。图像型自动跟踪定位射流灭火设备的安全稳定运行充分保障了过机船舶的人员、升船机设备的安全。后续可在向家坝升船机、升鱼机、船闸等高大空间、垂直运动类的设备上应用，同时也可以在高层建筑物、固定设备上进行应用。

五、经济效益与社会效益介绍

由于自动跟踪定位射流灭火系统属于三峡升船机消防工程的重要组成部分，其在三峡升船机上的应用成果属国内外首创，其应用本身不产生直接的经济效益，但是推动了消防设备的产品升级，培育了科研队伍，为半敞开、高大空间环境下的垂直运动目标的消防配置、人员安全疏散等提供了整体解决方案，在三峡升船机上的成功应用，保障了其持续安全高效运行。

按照升船机设计全年双向通过货物的能力约为2000万吨，水路运输节约能耗年航运经济效益估算约1.28亿元。与船闸平均过闸时间3.5小时相比，升船机过闸时间约45分钟，提高过闸效率每年可增加航运经济效益约1890万元，升船机运行节约的耗水量用来发电，每年可节约费用3000万元，故每年可产生安全效益约1.769亿元。

三峡升船机设计年通过能力约2000万吨，与公路相比，每年可节省约40万吨标准煤，减少能有消耗、降低环境污染，符合人与自然和谐可持续发展的理念，有效的促进长江经济带的发展。应急疏散梯、自动跟踪定位射流灭火设备安装在三峡升船机上，为往来船只及人员提供安全保障。从近三年三峡升船机的应用效果来看，应急疏散梯、图像型跟踪定位射流灭火系统为升船机的安全稳定运行提供了保障。新研发的图像型跟踪定位射流灭火系统，有效的解决了在半敞开、三维高大空间、且垂直动态运行设备的灭火问题，自动跟踪定位射流灭火系统的误动作率明显下降，灭火精度明显提高，产生了一定的社会效益，也产生了一定的间接经济效益。以及探索在半敞开、高大空间、垂直运动设备在火灾场景下的烟气特性仿真、人员安全疏散的定量评估等工作，完成了适合这种条件的消防设备配置方案、人员疏散方案等方面也取得了较好的效果，为同类型应用场景提供了可借鉴的成果案例。同时，通过本项目的实施，既提高了软硬件开发人员的技术水平，也培养了项目管理人员的项目策划、管理能力。