消防栓安装方案

1题目：消防栓安装方案（A）编号：10062消防栓安装方案杨浩梁启清孔德林摘要：近几年气候变得越来越干燥，以及各种不安全因素等影响，火灾越来越频繁，对人们的生命财产构成巨大的威胁。消防栓作为一种消防比较有效工具，现在越来越普遍用来在发生火灾时第一时间及时救火，以减少损失，深受人们的喜欢。现有一村寨，所有建筑均为木结构，而且具有文物保护价值，为再发生火灾时能够保护该村建筑，需要在该村安装消防栓。但对于一个村庄消防栓的安装需要一笔不小的投资，为了减少不必要投资，更要满足每一处都能及时救火的需要，因此，本论文根据该村的村寨地形分布数据做出合理的数学模型，给出需要的消防栓数量和合理的安装方案，使得该村的每一个建筑点在发生火灾时能立即进行灭火。关键词：灭火消防栓火灾防火31.问题分析与基本假设：1.1)基本情况是：某村寨所有建筑均为木结构，具有文物保护价值，需要在该村设置消防栓来防火，在不幸的发生火灾时能够直接的,不需要第二步过程和在发生多处燃烧点时消防栓用时个不受影响，即每个消防栓只能保护特定的位置，且能够保护整个村寨所有的位置。1.2)相关信息：现已知消防栓的最大射为10m，和该村的村寨地形分布数据（村寨处于山地型）。1.3)问题分析：要制定一方案，使得该村所有区域都能有效的在消防区域内。以表中的山地数据可以假设是一个建筑点，因所有的建筑点在空间所确定的是一个曲面，将曲面展成平面，再根据坐标点计算村寨所占的面积，利用所有村寨所占的面积S和一个消防栓所保护的面积S1的比值，可得所用的消防栓个数n，即n=1ss，再进行合理的优化与设置安装消防点。1.4)综合以上分析，本文作出如下基本假设：1.一般在消防栓内置有一节消防水带长为20M和25M[1]，本文选用25M的水带来计算；2.建筑物之间没有障碍物，设置的消防栓，在消防栓所保护面积内的所有建筑物，在喷水时，水都能顺利达到；3.相邻两点之间近似在同一平面，忽略高度的影响；1）消防栓喷射水的最大射程为10m；2）每一个点可以看成一建筑物；3）喷射水时，是以消防栓中心向四周喷水，即是以消防栓为中心可围成一个圆。2.符号说明：S所有建筑点占的总体面积(2M)；1s一个消防栓保护面积(2M)；n消防栓的个数；R一个消防栓保护面积的半径(M)；Z表示空间的Z轴；X表示空间的X轴；Y表示空间的Y轴；d表示建筑点在Y轴的范围(M);L表示建筑点在XOZ平面的弧长(M)；sl为水枪充实水柱长度在平面上的投影（M）;dL表示消防水带长（M）;K表示消防水带的弯曲折减系数；ixiyiz表示数据表前两个表中的建筑点在空间中的位置，共有15个点，则4i=1,2,3,…,15;id1id表示数据表前两个表中的第i个建筑点与前一个i-1建筑点的距离,i=1,2,3,…,15;(i以上两个表中的计算除去五个特殊点）3.模型的建立与求解：3.1）消防栓保护半径的讨论：消防栓的设置需要根据建筑物的实际情况，既要满足有效灭火的要求，又要减少消防立管，节省安装，因此有必要对消防栓布置间距计算方法进行探讨。在消防栓中有接水口，都配有一节水带，而一节标准水带的长为20至25米，本文中选用水带为25米，即dl=25M，又因为消防栓最大射程为10M，即sl=10M则在平面理想状态下的消防栓的保护半径R为：R=喷水射程+水带长R=dl+sl=25+10=35(M)假设以消防栓为中心向四周喷水，则：S1=2R而上式在实际中试不成立的，即只是在理想下成立，因为在实际中受到各种调节和因素的影响，如：水带的伸长，操作喷水时产生的因素。因此，消防栓的保护半径可由下式计算[2]：R=kdl+sl取k=0.9则：R=32.5(M)S1=3316.625(2M)3.2)村寨的建筑点的平面优化：该村寨处于山地型，所给数据也是空间坐标点，根据这些坐标点，用matlab做得该村建筑点空间分布如图1：5图1从图1可以观察出有五个建筑点远离其他点即（0，0，1000），（850，0，526.78），（900，0，435.89），（950，0，312.25），（500，0，987.42）其余的点是于x轴，y轴有规律均匀的分布的，从数据可知x轴是相距50M，y轴是相距20M均匀分布，因此，成一行行排列。若暂时不考虑那五个特殊点，将均匀分布的点可以拟合成曲面再展成平面，计算平面的面积S。因展成的平面近似可以看成长方形，故面积S等于曲面的一条弧长乘y轴的空度，即S=L·d对于L的求法：由图1和数据可知，数据表的前两个表的数据是图1内侧的第一条弧（即xoz平面是上的点），而且五个特殊点也在这条弧上。去掉五个特殊点，得到这条弧上和其他点均分布的点，再求出该弧长即为L。根据两点间距离公式：L=1515222111111||()()()iiiiiiiiiiddxxyyzz=877.3(m)(注：上式使用空间距离公式，则算出结果近似为弧长，故可用于求出图1点所围成的曲面面积)则S=L·d=877.3*260=228098(m2)在xoz平面除5个特殊点外所描绘的点空间如图2；图26其两相邻点间距离如表1：表1z998.75995988.69978.8968.25x50100150200250y00000距离（m)50.140450.396650.784251.3167z953.94936.75916.52893.03825.32x300350400450550y00000距离（m)52.007552.872553.937555.2429120.276z800759.93714.14661.44600x600650700750800y00000距离（m)56.0464.0767.7372.6479.213.3）确定需要消防栓的个数：根据以上的计算数据可知所需要的消防栓个数n等于S比上S1再加上特殊考虑的五个点所需要的消防栓个数。五个特殊点相邻之间以及他们与其他点间相距很远，故在五个特殊点上各安装一个消防栓。故15SnS=68.79+5所以至多需要的消防栓个数为74个3.4)消防栓的安装：将村寨空间分布图1放在xoy平面上的投影，看作为图1所有点组成的曲面的展成平面图，如图3.7根据展示平面图，在X轴，Y轴的均等分布数据（X轴间隔50M，Y轴间隔为20M）和消防栓的保护半径可知，若除去特殊点，在任意四个建筑点之间的中心建消防栓一个，都能对在保护半径内的建筑进行保护及该四个建筑点。因为以该四点构成的长方形对角线长小于消防栓保护半径的两倍，故在此对角线上中点按一个消防栓。故消防栓所在坐标为:x=[757575757575175175175175175175175275275275275275275275375375375375375375375475475475475475475475575575575575575575575675675675675675675675775775775775775775775];y=[105090130170210105090130170210250105090130170210250105090130170210250105090130170210250105090130170210250105090130170210250105090130170210250];对应Z轴的各坐标可由以下公式给出；z=(1)||2ijijzz;i为空间坐标的第i列，j为空间坐标的第j行故P（xyz)在曲面上应用matlab软件得到曲面和消防栓的分布在xoy面上的投影图如图4所示；图4（注：“+”为曲面点在xoy的投影；“o”为消防栓分布在xoy的投影）由图4所示在平面xoy上的投影点（100，240，0）和（100，260，0）不满足要求，需要在两点间安装一个消防栓，故一共所需要的消防栓个数为56+5=61（个）84.对确定消防栓个数和消防栓安装方案的分析：对消防栓的确定是根据消防栓安装方案最终确定的，前面3.3）所确定消防栓个数是通过曲面面积来以消防栓的保护面积的比例来粗略计算所需要消防栓的个数，而在3.4）中的消防栓个数是通过图像的模型和数据以及消防栓的保护面积，来合理构建消防栓的安装方案以及确定个数。由上面确定的方案可知，此模型存在一些不足之处。如该村寨的地形分布数据来看，该村的建筑分布大致在一个抛物曲面上，而本模型将曲面展开成平面，以平面代曲面，在计算面积时平面面积略小于曲面面积，会造成一定误差，但由于我们将相邻两个点距离连加起来计算，故所得面积近似于曲面面积。参考文献：[1]=ask.box,2009,9,9[2]伏小勇。张云霞，田维平.消火栓保护半径计算方法探讨.第2期(总第132期).2008年4月