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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.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(1)和一个处置部(2)；/n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；/n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)；/n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)；/n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)；/n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)；/n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；/n所述热电偶卡箍(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；/n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)；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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...

【技术特征摘要】
1.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(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；
所述热电偶卡箍(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。


2.一种采用权利要求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：
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亮，
申请(专利权)人：应急管理部天津消防研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12