本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种高层建筑火灾快速救援设备及救援方法。
背景技术：
随着高层建筑功能的日益复杂、高度的不断增加，其所面临的安全疏散问题也愈加严峻。尤其是高层建筑在遭受火灾、恐怖袭击等突发事件时，以楼梯为主的传统疏散逃生方式，基本上无法将建筑内的所有人员快速而安全地疏散至安全区域，而且，残疾人、老人和孕妇等行动能力受限人群也难以使用楼梯迅速疏散。
电梯以其速度优势、便利性和可操作性，在垂直疏散方面存在很大的潜在利用价值，但是在建筑物出现火灾的情况时，电梯的安全保护装置由于受热容易发生误动作。而且电梯的供电线路、信号传输线路容易被烧坏，电梯故障后将停止运行。若此时乘客被困轿厢，救援人员若不能及时到达机房、施救层站，火势蔓延后，火场上烟气涌入电梯井道极易造成“烟囱效应”，人在电梯里随时会被浓烟毒气熏呛而窒息死亡。即使乘客能够撤离电梯到达候梯厅，若不能及时经过住户房间到达安全通道，亦无法脱离火灾现场，仍将导致葬身火场的悲剧。即使是消防员电梯，根据“en81-72《消防员电梯》”、“en81-73《火灾情况下电梯的性能》”、“iso/pdtr25743《关于电梯用于紧急疏散的研究》”、“bs5588-part8-1988《残障人员逃生方式实施规则》”等标准要求，都是以电梯具有消防前室，并且消防前室不能起火为前提，大多是“不防火”，“不防水”设计，无法实现发生火灾时将其作为疏散逃生电梯应用。
因此，寻找新的疏散方式，突破现有疏散的局限，提高高层建筑的安全疏散能力成为当今迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高层建筑火灾快速救援设备及救援方法，解决现有高层建筑安全疏散能力瓶颈问题。
本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种高层建筑火灾快速救援设备，包括多个升降机构单元，每个楼层至少设置一个升降机构单元，沿垂直楼面的方向向下观察，相邻两个楼层上设置的升降机构单元不重合。
所述升降机构单元包括升降台、液压缸、自锁开关、上限位开关、下限位开关、消防员上行开关、向下运行开关、人体红外传感器和液压系统；液压缸的底座竖直固定设置于第n层楼面上，第(n+1)层楼板上开设有第一通孔，液压缸的上端与第(n+1)层楼板固定设置，液压缸的活塞杆穿过第一通孔与升降台固定连接，第(n+2)层楼板上开设有用于升降台通过的第二通孔，n为自然数；液压缸的进油孔、出油孔均通过油管与液压系统连接；所述人体红外传感器、自锁开关设置在升降台的上表面，下限位开关设置于第(n+1)层楼面上，且位于升降台的正下方；上限位开关设置于第(n+2)层楼板上，且位于自锁开关正上方；消防员上行开关、向下运行开关设置在第(n+1)层楼上。
所有升降机构单元的自锁开关、下限位开关、消防员上行开关、向下运行开关、人体红外传感器和液压系统均与控制器通过导线连接。
进一步改进，所述升降机构单元还包括竖直设置的导轨，导轨的下端与第(n+1)层楼板上表面固定设置，上端与第(n+2)楼板底面固定连接，升降台与导轨滑动连接，使升降台沿导轨上下滑动。通过设置导轨，增加结构稳定性，防止升降台在升降过程中晃动。
进一步改进，所述第一通孔周围设置有固定扶手；升降台上设置有升降台扶手。提高安全性性能，防止人员跌落。
进一步改进，所述升降机构单元还包括缓冲器，缓冲器设置于第(n+1)层楼面上，且位于升降台的正下方。通过设置缓冲器，保证升降台能够平稳降落。
进一步改进，所述液压系统包括油箱、液压泵、溢流阀和多个三位四通的电磁换向阀，每个升降机构单元的液压缸的进油孔均通过油管与液压泵连通，油管上设置三位四通的电磁换向阀和溢流阀，每个升降机构单元的液压缸由对应的一个电磁换向阀单独控制。
进一步改进，所述控制器为包括嵌入式dsp处理器、时钟电路、复位电路、4通道功率放大器和8通道8位a/d转换芯片。
所述dsp处理器的芯片型号为tms320f28335，时钟电路采用外部晶振产生150mhz标准时钟，与dsp处理器的时钟输入引脚xclkin连接，复位电路通过向下运行开关(复位开关)产生脉冲信号，与dsp处理器的复位引脚xrs连接，dsp处理器的信号输入输出引脚gpio0～gpio56通过8通道8位a/d转换芯片采集各楼层的自锁开关、下限位开关、人体红外传感器和向上运行开关的信号，根据正常向下运行模式和向上运行模式的控制逻辑，dsp处理器的信号输入、输出引脚gpio57～gpio85输出对应控制信号，通过4通道功率放大版驱动电磁换向阀的上升、下降电磁铁工作，通过电磁换向阀控制液压缸活塞杆的伸缩，带动升降台沿导轨上升和下降。
进一步改进，所述自锁开关包括压缩弹簧、门刀和上限位开关；门刀呈弯折状，包括第一段和第二段；其中部弯折处通过旋转关节与升降台铰接，第一段的上表面为踩踏面，第一段底面与弹簧的一端连接，弹簧的另一端与升降台连接；第二段的末端连接有门球，上限位开关位于门球上方，踩压踩踏面，则门刀绕旋转关节转动，第一段向下转动并压缩弹簧，第二段带动门球向上转动，并能够碰触上限位开关。
进一步改进，在每个楼层的两端均有设置公共阳台，阳台上开1.0m*1.0m的方形第二通孔，相邻两层阳台开孔位置错开不重叠，作为安装升降机构单元的载体，公共阳台上设置有防坠落护栏。
基于上述高层建筑火灾快速救援设备的救援方法，包括被困人员从上往下自行疏散救援的方法和消防员从下往上实施救援方法；
所述被困人员从上往下自行疏散救援的方法，包括如下步骤：
1)、发生火灾及其他突发事故时，被困人员到所在楼层的公共阳台，站立到升降机构单元对应的升降台上，抓紧升降台扶手，踩压自锁开关的踩踏面，门刀绕着旋转关节向上转动，带动末端门球与上限位开关接触，上限位开关发出信号，并通过a/d转换芯片传给dsp处理器，dsp处理器控制器发出升降台下降信号，在人和升降台的重力，以及液压阻尼作用下，沿着两根导轨以安全速度向下滑行，到达下一层公共阳台，升降台触及该层楼板上的缓冲器及下限位开关，下限位开关发出信号给控制器，控制器控制升降台停止下降，然后人员走出升降台；
2)、待人员走出升降台后，安装在升降台上的人体红外传感器检测到没有人体目标，发出信号给控制器，控制器控制升降台在液压缸推力作用下上升至上一楼层，当自锁开关的门球触及上限位开关后，上限位开关发出信号给控制器，控制器控制液压缸停止工作，升降台进入自锁位置，以便后续人员乘坐升降台往下层疏散。
所述消防员从下往上实施救援方法，包括如下步骤：
1)、消防员到达发生火灾及其他突发事故的大楼后，按下消防员上行开关，发出信号给控制器，控制器启动向上运行模式，即所有楼层的升降台下降到下一楼层公共阳台上；
2)、救援人员站在升降台上后，人体红外传感器检测到人体目标，发出上升信号给控制器，控制器控制升降台在液压缸推力作用下上升至上一楼层，当自锁开关的门球触及上限位开关后，上限位开关发出信号给控制器，控制器控制液压缸停止工作，消防员走出升降台；
3)、待消防员走出升降台后，人体红外传感器检测到没有人体目标，发出升降台下降信号给控制器，控制器控制升降台在液压缸拉力作用下下降至下一楼层，当升降台与缓冲器接触，触及下限位开关，发出停止信号，升降台停在缓冲器上，等待消防员由下往上无阻碍到达实施救援的楼层。
进一步改进，当消防员完成救援工作，按下向下运行开关，发给信号给控制器，控制器将升降台机构单元复位为向下运行模式，控制升降台向上运行并停在上一楼层，进入自锁位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与处于密闭环境的消防楼梯相比，所述高层建筑火灾快速救援设备采用流水线方式，人员疏散速度快；消防楼梯处于相对密闭空间，火场上烟气涌入后不易扩散，人员通过楼梯时可能被浓烟毒气熏呛而窒息死亡，而本发明的快速升降机构单元处于敞开位置，空气质量相对好很多，为人员疏散和救援提供了有利条件。
附图说明
图1为本发明所述高层建筑火灾快速救援设备的示意图。
图2为本发明所述升降机构单元的结构示意图。
图3为升降台结构俯视图。
图4为自锁开关结构示意图。
图5为液压系统原理图。
图6为控制器模块框图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：
如图1-6所示，一种高层建筑火灾快速救援设备，包括多个升降机构单元，每个楼层至少设置一个升降机构单元，沿垂直楼面的方向向下观察，相邻两个楼层上设置的升降机构单元不重合。
所述升降机构单元包括升降台1、导轨2、液压缸3、缓冲器4、自锁开关5、上限位开关21、下限位开关6、消防员上行开关8、向下运行开关13、人体红外传感器7、升降台扶手9、固定扶手10、防坠落护栏11、控制器12和液压系统；第(n+1)层液压缸的底座竖直固定设置于第n层楼面上，第(n+1)层楼板上开设有第一通孔，液压缸的上端穿过第一通孔通过法兰、螺栓28、螺母27与第(n+1)层楼板固定连接，液压缸的活塞杆26穿过液压缸杆孔15与升降台固定连接，第(n+2)层楼板上开设有用于升降台通过的第二通孔，n为正整数；液压缸的进油孔、出油孔均通过油管与液压系统连接；所述人体红外传感器、自锁开关设置在升降台的上表面，下限位开关设置于第(n+1)层楼面的缓冲器上，且位于升降台的正下方；上限位开关设置于第(n+2)层楼板上，且位于自锁开关正上方；消防员上行开关、向下运行开关设置在第(n+1)层楼上。
所有升降机构单元的自锁开关、下限位开关、消防员上行开关、向下运行开关、人体红外传感器和液压系统均与控制器12通过导线连接。
所述升降机构单元还包括竖直设置的导轨2，导轨2的下端与第(n+1)层楼板上表面固定设置，上端与第(n+2)楼板底面固定连接，升降台1上开设有导轨安装孔14，升降台1与导轨2滑动连接，使升降台沿导轨上下滑动。通过设置导轨，增加结构稳定性，防止升降台在升降过程中晃动。
在本实施例中，所述第一通孔周围设置有固定扶手10；升降台1上设置有升降台扶手9。提高安全性性能，防止人员跌落。
在本实施例中，所述升降机构单元还包括缓冲器4，缓冲器4设置于第(n+1)层楼面上，且位于升降台的正下方。通过设置缓冲器，保证升降台能够平稳降落。
在本实施例中，所述液压系统包括油箱、液压泵22、溢流阀23和多个三位四通的电磁换向阀24，每个升降机构单元的液压缸的进油孔均通过油管与液压泵连通，油管上设置三位四通的电磁换向阀和溢流阀，每个升降机构单元的液压缸由对应的一个电磁换向阀单独控制。在本实施例中，各楼层液压缸由电磁换向阀单独控制，互相之间不受影响，系统工作压力p为60mpa，液压缸内径为25mm，最大行程与楼层高度一致(例如2.8m)，液压缸通过法兰连接固定在阳台地面的安装孔上，需要专门设计。
在本实施例中，所述控制器12包括嵌入式dsp处理器(芯片型号为tms320f28335)，时钟电路，复位电路，4通道功率放大版，8通道8位a/d转换芯片(型号为max118)，时钟电路采用外部晶振产生150mhz标准时钟，与dsp的时钟输入引脚xclkin连接，复位电路通过向下运行开关(复位开关)产生脉冲信号，与dsp的复位引脚xrs连接，dsp的信号输入输出引脚gpio0～gpio56通过8通道8位a/d转换芯片采集各楼层采集各楼层的自锁开关、下限位开关、人体红外传感器和向上运行开关的信号，根据正常向下运行模式和向上运行模式的控制逻辑，dsp的信号输入输出引脚gpio57～gpio85输出对应控制信号，通过4通道功率放大版驱动电磁换向阀的上升、下降电磁铁工作，通过电磁换向阀实现液压缸杆的伸缩，从而带动升降台沿导轨上升和下降。
在本实施例中，所述自锁开关5包括压缩弹簧16、门刀19和上限位开关21；门刀19呈弯折状，包括第一段和第二段；其中部弯折处通过旋转关节17与升降台铰接，第一段的上表面为踩踏面18，第一段底面与弹簧的一端连接，弹簧的另一端与升降台连接；第二段的末端连接有门球20，上限位开关21位于门球20上方，踩压踩踏面18，则门刀19绕旋转关节17转动，第一段向下转动并压缩弹簧，第二段带动门球20向上转动，并能够碰触上限位开关21。
在本实施例中，在每个楼层的两端均有设置公共阳台，阳台上开1.0m*1.0m的方形第二通孔，相邻两层阳台开孔位置错开不重叠，作为安装升降机构单元的载体，公共阳台上设置有防坠落护栏11。
在本实施例中，在高层建筑每个楼层设置1-2个公共阳台作为安装救援设备的载体，每个阳台设置2个升降机构单元，升降机构单元默认为向下运行模式，如果消防员需要从下往上实施救援，可按下1个升降机构单元的消防员上行开关，使其启动向上运行模式。
在本实施例中，所述升降台台面大小为0.8m*0.8m，采用q460高强度钢板，可承受200kg重量，可一次搭乘1名成年人和1名小孩。
实施例二：
在本实施例中，结合图5、6，所述被困人员从上往下自行疏散救援的方法，包括如下步骤：
(1)被困人员站在升降台上，抓紧升降台扶手，踩下升降台台面的自锁开关，发出升降台下降信号，dsp控制电磁换向阀处于中位h状态，液压缸内部压力几乎为零，人和升降台在重力和液压阻尼作用下，沿着两根导轨以安全速度向下滑行；
(2)到达下一层阳台后，触及阳台地面的缓冲器及下限位开关，下限位开关发出停止信号，升降台停止下降；
(3)待人员走出升降台后，安装在升降台台面的人体红外传感器检测到没有人体目标，发出上升信号，dsp控制电磁换向阀上升电磁铁1ys(以楼层1为例)得电，使电磁换向阀切换到左位状态，液压缸杆向上伸出，带动升降台上升；
(4)升降台在液压缸推力作用下，迅速上升至上一层阳台，触及自锁开关，发出停止信号，dsp控制电磁换向阀上升电磁铁1ys(以楼层1为例)失电，使电磁换向阀切换到中位h状态，液压缸杆停止伸出，升降台停止上升，进入自锁位置，以便后续人员乘坐升降台往下疏散。
在本实施例中，所述消防员从下往上实施救援方法，包括如下步骤：
(1)按下向上运行开关，启动向上运行模式，向所有楼层发出下降信号，
dsp控制所有楼层的电磁换向阀下降电磁铁(1yx，2yx，……)得电，使电磁换向阀切换到右位状态，液压缸杆向下缩回，带动升降台下降；
(2)所有楼层的升降台自动下降到下一层公共阳台的缓冲器上，触及限位开关后，发出停止信号，dsp控制所有楼层的电磁换向阀下降电磁铁(1yx，2yx，……)失电，使电磁换向阀切换到中位h状态，液压缸杆停止缩回，升降台停止下降，停在缓冲器上；
(3)救援人员站在升降台上，安装在升降台上的人体红外传感器检测到人体目标，发出上升信号，dsp控制电磁换向阀上升电磁铁1ys(以楼层1为例)得电，使电磁换向阀切换到左位状态，液压缸杆向上伸出，带动升降台上升；
(4)升降台在液压缸推力作用下，迅速上升至上一层阳台，触及自锁开关，发出停止信号，dsp控制电磁换向阀上升电磁铁1ys(以楼层1为例)失电，使电磁换向阀切换到中位h状态，液压缸杆停止伸出，升降台停止上升，进入自锁位置；
(5)待人员走出升降台后，人体红外传感器检测到没有人体目标，发出升降台下降信号，dsp控制该楼层的电磁换向阀下降电磁铁1yx(以楼层1为例)得电，使电磁换向阀切换到右位状态，液压缸杆向下缩回，带动升降台下降；
(6)升降台下降至下一层平台与缓冲器接触后，触及限位开关，发出停止信号，dsp控制该楼层的电磁换向阀下降电磁铁1yx(以楼层1为例)失电，使电磁换向阀切换到中位h状态，液压缸杆停止缩回，升降台停止下降，停在缓冲器上，以便后续救援人员由下往上无阻碍到达实施救援的楼层。
在本实施例中，控制器最多可以采集14个楼层的传感器信号，并对14个楼层的电磁换向阀进行控制，多于14层的并联使用多个dsp芯片进行信号采集和控制。
在本实施例中，所述控制器及内部传感器、开关等电子元器件选用耐高温类型，外部设计防火保护装置，所述液压系统可以采用液体阻燃剂代替液压油，以提高升降机构单元对火灾现场恶劣环境的适应能力。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。