《消防栓安裝方案》word版

1、 PAGE 11 題目： 消防栓安裝方案（A） 編號： 1006 消防栓安裝方案 楊 浩 梁啟清 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，對人們的生命財產(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)時第一時間及時救火，以減少損失，深受人們的喜歡。現(xiàn)有一村寨，所有建筑均為木結(jié)構(gòu)，而且具有文物保護價值，為再發(fā)生火災(zāi)時能夠保護該村建筑，需要在該村安裝消防栓。但對于一個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，使得該村的每一個建筑點在發(fā)生火災(zāi)時能立即進行滅火。 本模型：在考慮投放消防栓時首先要考慮消防栓的保護半徑，用若干個消防栓所保護的面積來覆蓋弧形山地面積，以此知道所需要的消防栓個數(shù)，然后在根據(jù)山地坐標數(shù)據(jù)，用matlab擬合出實圖形，進行合理的配置，使消防栓個數(shù)達到最優(yōu)值。在求曲面面積時，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)，具有文物保護價值，需要在該村設(shè)置消防栓來防火，在不幸的發(fā)生火災(zāi)時能夠直接的,不需要第二步過程（在第一時間內(nèi)）和在發(fā)生多

3、處燃燒點時消防栓工作各自不受影響，即每個消防栓只能保護特定的位置，且所有的消防栓能夠保護整個村寨所覆蓋的面積。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)。以表中的山地數(shù)據(jù)可以假設(shè)是一個建筑點，因所有的建筑點在空間所確定的是一個曲面，將曲面展成平面，再根據(jù)坐標點計算村寨所占的面積，利用所有村寨所占的面積S和一個消防栓所保護的面積S1的比值，可得所用的消防栓個數(shù)n，即n=，再進行合理的優(yōu)化與設(shè)置安裝消防點。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、水帶長為20M和25M1，本文選用25M的水帶來計算；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，水都能順利達到；3.相鄰兩點之間近似在同一平面，由于相鄰兩點的高度差很小，產(chǎn)生的傾斜角也很小，故忽略高度的影響；4.每一個點可以看成一建筑物；噴射水時，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圓。2.符號說明： S 村寨所占的總體面積()； 一個消防栓保護面積()； n 消防栓的個數(shù)； R 一個消防栓保護面積的半徑(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、示建筑點在Y軸的范圍(M); L 表示建筑點在XOZ平面的弧長(M)； 為水槍充實水柱長度在平面上的投影（M）; 表示消防水帶長（M）; K 表示消防水帶的彎曲折減系數(shù)； 表示數(shù)據(jù)表前兩個表中的建筑點在空間中的位置，共有15個點，則i=1,2,3,15; 表示數(shù)據(jù)表前兩個表中的第i個建筑點與前一個i-1建筑點的距離 , i=1,2,3,15;(i以上兩個表中的計算除去五個特殊點）3.模型的建立與求解： 3.1）消防栓保護半徑的討論： 消防栓的設(shè)置需要根據(jù)建筑物的實際情況，既要滿足有效滅火的要求，又要減少消防立管，節(jié)省安裝，因此有必要對消防栓布置間距計算方法進行探討。 在消防栓中有接水口，都配有

6、一節(jié)水帶，而一節(jié)標準水帶的長為20至25米，本文中選用水帶為25米，即=25M，又因為消防栓最大射程為10M，即=10M則在平面理想狀態(tài)下的消防栓的保護半徑R為： R=噴水射程+水帶長 R=+=25+10=35(M) 假設(shè)以消防栓為中心向四周噴水，則： S1=而上式在實際中試不成立的，即只是在理想下成立，因為在實際中受到各種調(diào)節(jié)和因素的影響，如：水帶的伸長，操作噴水時產(chǎn)生的因素。因此，消防栓的保護半徑可由下式計算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)也是空間坐標點，根據(jù)這些坐標點，用mat

7、lab做得該村建筑點空間分布如圖1： 圖1 不從圖1可以觀察出有五個建筑點遠離其他點即（0，0，1000），（850，0，526.78），（900，0，435.89），（950，0，312.25），（500，0，987.42）其余的點是于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。若暫時不考慮那五個特殊點，將均勻分布的點可以擬合成曲面再展成平面，計算平面的面積S。因展成的平面近似可以看成長方形，故面積S等于曲面的一條弧長乘y軸的空度，即S=Ld 因為相鄰的兩點的高度差不是很大，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

8、。在y軸相同的點中，x軸的間距相同，y軸的間距也大致相近，所有可以用y=0時的弧長等于不同y時的狐長，即是可以為y=0是的弧長距離。 對于L的求法：由圖1和數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)表的前兩個表的數(shù)據(jù)是圖1內(nèi)側(cè)的第一條?。磝oz平面是上的點），而且五個特殊點也在這條弧上。去掉五個特殊點，得到這條弧上和其他點均分布的點，再求出該弧長即為L。根據(jù)兩點間距離公式：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，故可用于求出圖1點所圍成的曲面面積)則S=Ld=877.3*260=228098(m)在xoz平面除5個特殊點外所描繪的點空間如圖2； 圖2其兩相鄰點間距離如表1：表13.3

9、）確定需要消防栓的個數(shù)：根據(jù)以上的計算數(shù)據(jù)可知所需要的消防栓個數(shù)n等于S比上S1再加上特殊考慮的五個點所需要的消防栓個數(shù)。五個特殊點相鄰之間以及他們與其他點間相距很遠，故在五個特殊點上各安裝一個消防栓。故 =68.79+5所以至多需要的消防栓個數(shù)為74個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）和消防栓的保護半徑可知，若除去特殊點，在任意四個建筑點之間的中心建消防栓一個，都能對在保護半徑內(nèi)的建筑進行保護及該四個建筑點。因為以該四點構(gòu)成的長

10、方形對角線長小于消防栓保護半徑的兩倍，故在此對角線上中點按一個消防栓。故消防栓所在坐標為: 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;對應(yīng)Z軸的各坐標可由以下公式給出；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（100，240，0）和（

12、100，260，0）不滿足要求，需要在兩點間安裝一個消防栓，故一共所需要的消防栓個數(shù)為56+5=61（個）對確定消防栓個數(shù)和消防栓安裝方案的分析： 防栓個數(shù)是通過曲面面積來以消防栓的保護面積的比例來粗略計算所需要消防栓的個數(shù)，而在3.4）中的消防栓個數(shù)是通過圖像的模型和數(shù)據(jù)以及消防栓的保護面積，來合理構(gòu)建消防栓的安裝方案以及確定個數(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，在計算面積時平面面積略小于曲面面積，會造成一定誤差，但由于我們將相鄰兩個點距離連加起來計算，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 ，但簡潔、實用，對此具有一定的推廣，可以加以利用。 參考文獻： 1 /z/q154413641.htm?pid=ask.box,2009,9,9 2 伏小勇。張云霞，田維平.消火栓保護半徑計算方法探討.第2期(總第132期).2008年4月附表：山地數(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