《消防栓安裝方案》word版

1、 PAGE 11 題目： 消防栓安裝方案（A） 編號(hào)： 1006 消防栓安裝方案 楊 浩 梁?jiǎn)⑶?孔德林摘要：近幾年氣候變得越來越干燥，以及各種不安全因素等影響，火災(zāi)越來越頻繁，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成巨大的威脅。消防栓作為一種消防比較有效工具，現(xiàn)在越來越普遍用來在發(fā)生火災(zāi)時(shí)第一時(shí)間及時(shí)救火，以減少損失，深受人們的喜歡?，F(xiàn)有一村寨，所有建筑均為木結(jié)構(gòu)，而且具有文物保護(hù)價(jià)值，為再發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠保護(hù)該村建筑，需要在該村安裝消防栓。但對(duì)于一個(gè)村莊消防栓的安裝需要一筆不小的投資，為了減少不必要投資，更要滿足每一處都能及時(shí)救火的需要，因此，本論文根據(jù)該村的村寨地形分布數(shù)據(jù)做出合理的數(shù)學(xué)模型，給出需要的消防栓

2、數(shù)量和合理的安裝方案，使得該村的每一個(gè)建筑點(diǎn)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能立即進(jìn)行滅火。 本模型：在考慮投放消防栓時(shí)首先要考慮消防栓的保護(hù)半徑，用若干個(gè)消防栓所保護(hù)的面積來覆蓋弧形山地面積，以此知道所需要的消防栓個(gè)數(shù)，然后在根據(jù)山地坐標(biāo)數(shù)據(jù)，用matlab擬合出實(shí)圖形，進(jìn)行合理的配置，使消防栓個(gè)數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。在求曲面面積時(shí)，我們可以以直代曲，近似求出該拋物曲面的面積，即是把三維圖形看成二維。關(guān)鍵詞：滅火 消防栓 火災(zāi) 防火 1.問題分析與基本假設(shè)：1.1)基本情況是：某村寨所有建筑均為木結(jié)構(gòu)，具有文物保護(hù)價(jià)值，需要在該村設(shè)置消防栓來防火，在不幸的發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠直接的,不需要第二步過程（在第一時(shí)間內(nèi)）和在發(fā)生多

3、處燃燒點(diǎn)時(shí)消防栓工作各自不受影響，即每個(gè)消防栓只能保護(hù)特定的位置，且所有的消防栓能夠保護(hù)整個(gè)村寨所覆蓋的面積。1.2)相關(guān)信息：現(xiàn)已知消防栓的最大射為10m，和該村的村寨地形分布數(shù)據(jù)（村寨處于山地型）。1.3)問題分析：要制定一方案，使得該村所有區(qū)域都能有效的在消防區(qū)域內(nèi)。以表中的山地?cái)?shù)據(jù)可以假設(shè)是一個(gè)建筑點(diǎn)，因所有的建筑點(diǎn)在空間所確定的是一個(gè)曲面，將曲面展成平面，再根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算村寨所占的面積，利用所有村寨所占的面積S和一個(gè)消防栓所保護(hù)的面積S1的比值，可得所用的消防栓個(gè)數(shù)n，即n=，再進(jìn)行合理的優(yōu)化與設(shè)置安裝消防點(diǎn)。1.4)綜合以上分析，本文作出如下基本假設(shè)：1.一般在消防栓內(nèi)置有一節(jié)消防

4、水帶長(zhǎng)為20M和25M1，本文選用25M的水帶來計(jì)算；2.建筑物之間沒有障礙物，設(shè)置的消防栓，在消防栓所保護(hù)面積沒有受到任何外界因素影響，比如：古樹、躍過馬路、一些建筑的遮擋等，在噴水時(shí)，水都能順利達(dá)到；3.相鄰兩點(diǎn)之間近似在同一平面，由于相鄰兩點(diǎn)的高度差很小，產(chǎn)生的傾斜角也很小，故忽略高度的影響；4.每一個(gè)點(diǎn)可以看成一建筑物；噴射水時(shí)，是以消防栓中心向四周噴水，即是以消防栓為中心可圍成一個(gè)圓。2.符號(hào)說明： S 村寨所占的總體面積()； 一個(gè)消防栓保護(hù)面積()； n 消防栓的個(gè)數(shù)； R 一個(gè)消防栓保護(hù)面積的半徑(M)； Z 表示空間的Z軸； X 表示空間的X軸； Y 表示空間的Y軸； d 表

5、示建筑點(diǎn)在Y軸的范圍(M); L 表示建筑點(diǎn)在XOZ平面的弧長(zhǎng)(M)； 為水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度在平面上的投影（M）; 表示消防水帶長(zhǎng)（M）; K 表示消防水帶的彎曲折減系數(shù)； 表示數(shù)據(jù)表前兩個(gè)表中的建筑點(diǎn)在空間中的位置，共有15個(gè)點(diǎn)，則i=1,2,3,15; 表示數(shù)據(jù)表前兩個(gè)表中的第i個(gè)建筑點(diǎn)與前一個(gè)i-1建筑點(diǎn)的距離 , i=1,2,3,15;(i以上兩個(gè)表中的計(jì)算除去五個(gè)特殊點(diǎn)）3.模型的建立與求解： 3.1）消防栓保護(hù)半徑的討論： 消防栓的設(shè)置需要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，既要滿足有效滅火的要求，又要減少消防立管，節(jié)省安裝，因此有必要對(duì)消防栓布置間距計(jì)算方法進(jìn)行探討。 在消防栓中有接水口，都配有

6、一節(jié)水帶，而一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)水帶的長(zhǎng)為20至25米，本文中選用水帶為25米，即=25M，又因?yàn)橄浪ㄗ畲笊涑虨?0M，即=10M則在平面理想狀態(tài)下的消防栓的保護(hù)半徑R為： R=噴水射程+水帶長(zhǎng) R=+=25+10=35(M) 假設(shè)以消防栓為中心向四周噴水，則： S1=而上式在實(shí)際中試不成立的，即只是在理想下成立，因?yàn)樵趯?shí)際中受到各種調(diào)節(jié)和因素的影響，如：水帶的伸長(zhǎng)，操作噴水時(shí)產(chǎn)生的因素。因此，消防栓的保護(hù)半徑可由下式計(jì)算2： R=k+ 取k=0.9則：R=32.5(M) 得知 S1=3316.625()3.2)村寨的建筑點(diǎn)的平面優(yōu)化： 該村寨處于山地型，所給數(shù)據(jù)也是空間坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)，用mat

7、lab做得該村建筑點(diǎn)空間分布如圖1： 圖1 不從圖1可以觀察出有五個(gè)建筑點(diǎn)遠(yuǎn)離其他點(diǎn)即（0，0，1000），（850，0，526.78），（900，0，435.89），（950，0，312.25），（500，0，987.42）其余的點(diǎn)是于x軸，y軸有規(guī)律均勻的分布的，從數(shù)據(jù)可知x軸是相距50M，y軸是相距20M均勻分布，因此，成一行行排列。若暫時(shí)不考慮那五個(gè)特殊點(diǎn)，將均勻分布的點(diǎn)可以擬合成曲面再展成平面，計(jì)算平面的面積S。因展成的平面近似可以看成長(zhǎng)方形，故面積S等于曲面的一條弧長(zhǎng)乘y軸的空度，即S=Ld 因?yàn)橄噜彽膬牲c(diǎn)的高度差不是很大，即產(chǎn)生的傾斜角不是很大，在這里可以用直線替代曲線求出曲線長(zhǎng)

8、。在y軸相同的點(diǎn)中，x軸的間距相同，y軸的間距也大致相近，所有可以用y=0時(shí)的弧長(zhǎng)等于不同y時(shí)的狐長(zhǎng)，即是可以為y=0是的弧長(zhǎng)距離。 對(duì)于L的求法：由圖1和數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)表的前兩個(gè)表的數(shù)據(jù)是圖1內(nèi)側(cè)的第一條?。磝oz平面是上的點(diǎn)），而且五個(gè)特殊點(diǎn)也在這條弧上。去掉五個(gè)特殊點(diǎn)，得到這條弧上和其他點(diǎn)均分布的點(diǎn)，再求出該弧長(zhǎng)即為L(zhǎng)。根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式：L= =877.3(m) (注：上式使用空間距離公式，則算出結(jié)果近似為弧長(zhǎng)，故可用于求出圖1點(diǎn)所圍成的曲面面積)則S=Ld=877.3*260=228098(m)在xoz平面除5個(gè)特殊點(diǎn)外所描繪的點(diǎn)空間如圖2； 圖2其兩相鄰點(diǎn)間距離如表1：表13.3

9、）確定需要消防栓的個(gè)數(shù)：根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)可知所需要的消防栓個(gè)數(shù)n等于S比上S1再加上特殊考慮的五個(gè)點(diǎn)所需要的消防栓個(gè)數(shù)。五個(gè)特殊點(diǎn)相鄰之間以及他們與其他點(diǎn)間相距很遠(yuǎn)，故在五個(gè)特殊點(diǎn)上各安裝一個(gè)消防栓。故 =68.79+5所以至多需要的消防栓個(gè)數(shù)為74個(gè)3.4)消防栓的安裝： 將村寨空間分布圖1放在xoy平面上的投影，看作為圖1所有點(diǎn)組成的曲面的展成平面圖，如圖3. 圖3 根據(jù)展示平面圖，在X軸，Y軸的均等分布數(shù)據(jù)（X軸間隔50M，Y軸間隔為20M）和消防栓的保護(hù)半徑可知，若除去特殊點(diǎn)，在任意四個(gè)建筑點(diǎn)之間的中心建消防栓一個(gè)，都能對(duì)在保護(hù)半徑內(nèi)的建筑進(jìn)行保護(hù)及該四個(gè)建筑點(diǎn)。因?yàn)橐栽撍狞c(diǎn)構(gòu)成的長(zhǎng)

10、方形對(duì)角線長(zhǎng)小于消防栓保護(hù)半徑的兩倍，故在此對(duì)角線上中點(diǎn)按一個(gè)消防栓。故消防栓所在坐標(biāo)為: x=75 75 75 75 75 75 175 175 175 175 175 175 175 275 275 275 275 275 275 275 375 375 375 375 375 375 375 475 475 475 475 475 475 475 575 575 575 575 575 575 575 675 675 675 675 675 675 675 775 775 775 775 775 775 775 ; y=10 50 90 130 170 210 10 50 90 130

11、170 210 250 10 50 90 130 170 210 250 10 50 90 130 170 210 250 10 50 90 130 170 210 250 10 50 90 130 170 210 250 10 50 90 130 170 210 250 10 50 90 130 170 210 250;對(duì)應(yīng)Z軸的各坐標(biāo)可由以下公式給出；z=; 故P（x y z)在曲面上應(yīng)用matlab軟件得到曲面和消防栓的分布在xoy面上的投影圖如圖4所示；圖4（注：“+”為曲面點(diǎn)在xoy的投影；“o”為消防栓分布在xoy的投影）.由圖4所示在平面xoy上的投影點(diǎn)（100，240，0）和（

12、100，260，0）不滿足要求，需要在兩點(diǎn)間安裝一個(gè)消防栓，故一共所需要的消防栓個(gè)數(shù)為56+5=61（個(gè)）對(duì)確定消防栓個(gè)數(shù)和消防栓安裝方案的分析： 防栓個(gè)數(shù)是通過曲面面積來以消防栓的保護(hù)面積的比例來粗略計(jì)算所需要消防栓的個(gè)數(shù)，而在3.4）中的消防栓個(gè)數(shù)是通過圖像的模型和數(shù)據(jù)以及消防栓的保護(hù)面積，來合理構(gòu)建消防栓的安裝方案以及確定個(gè)數(shù)。 由上面確定的方案可知，此模型存在一些不足之處。如該村寨的地形分布數(shù)據(jù)來看，該村的建筑分布大致在一個(gè)拋物曲面上，而本模型將曲面展開成平面，以平面代曲面，在計(jì)算面積時(shí)平面面積略小于曲面面積，會(huì)造成一定誤差，但由于我們將相鄰兩個(gè)點(diǎn)距離連加起來計(jì)算，故所得面積近似于曲面

13、面積。 本模型在確定曲面面積時(shí)沒有具體求出曲面方程，而是采用替代法，以直代曲，用直線近似代替曲線，求出曲面面積，并用matlab求出了需要的圖形 ，但簡(jiǎn)潔、實(shí)用，對(duì)此具有一定的推廣，可以加以利用。 參考文獻(xiàn)： 1 /z/q154413641.htm?pid=ask.box,2009,9,9 2 伏小勇。張?jiān)葡?，田維平.消火栓保護(hù)半徑計(jì)算方法探討.第2期(總第132期).2008年4月附表：山地?cái)?shù)據(jù)z1000998.75995.00988.69979.80968.25953.94936.75916.52893.03x050100150200250300350400450y000000000098

14、7.42825.32800.00759.93714.14661.44600.00526.78435.89312.255005506006507007508008509009500000000000z998.55997.95996.95995.54993.73991.51988.89985.85982.40978.52x50505050505050505050y20406080100120140160180200994.77994.18993.18991.77989.95987.72985.09982.04978.57974.68970.36100100100100100100100100100

15、10010020406080100120140160180200220965.61960.42988.48987.88986.86985.44983.62981.38978.72975.65972.1610010015015015015015015015015015024026020406080100120140160180968.25963.90959.11953.87979.59978.98977.96976.52974.68972.42969.7415015015015020020020020020020020020022024026020406080100120140966.64963

16、.12959.17954.78949.45944.67968.04967.42966.39964.94963.0720020020020020020025025025025025016018020022024026020406080100960.78958.07954.93951.37947.36942.92938.03932.68953.73953.10952.05250250250250250250250250300300300120140160180200220240260204060950.58948.68946.36943.61940.43936.80932.74928.22923.

17、26917.8230030030030030030030030030030035080100120140160180200220240260936.54935.90934.83933.33931.40929.03926.23922.98919.29915.15910.5535035035035035035035035035035035020406080100120140160180200220905.48899.94916.30915.64914.54913.02911.04908.63905.76902.44898.67350350400400400400400400400400400240

18、26020406080100120140160180894.43889.72884.53878.76893.25892.13891.01889.44887.41884.93881.9940040040040045045045045045045045020022024026020406080100120140878.58874.70870.34865.51860.17854.34865.79865.10863.94862.32860.2345045045045045045050050050050050016018020022024026020406080100857.67854.63851.12

19、847.11842.61837.62832.11826.08834.93834.21833.01500500500500500500500500550550550120140160180200220240260204060831.32829.16826.50823.35819.70815.54810.86805.67799.94793.66799.755505505505505505505505505505506008010012014016018020022024026020798.99797.75795.99793.73790.95787.65783.84779.45774.60769.16763.1560060060060060060060060060060060040608010012