外墙防火小卫士——密集高层灭火救援系统
作者：黄弈淳 学校：北京市朝阳区探月学校
1 发现问题
最近这几年，全国各地的高层楼房接连发生外墙着火的事故。火苗会沿着外墙飞快地往上蹿，像墙角、设备夹缝这些藏起来的地方，很难第一时间发现火情。火势蔓延的速度特别快，往往来不及灭火抢救，很容易伤到住户，还会烧毁财物，带来巨大损失。
那天我和爸爸妈妈一起看电视新闻，又看到楼房外墙火灾造成了严重伤害，心里特别难受、着急。所以我下定决心，动手设计一套智能楼栋外墙火情监测与自动灭火装置。
为了验证这个想法的价值，我查阅了大量新闻资料，发现市面上大多数外墙防火装置都属于被动防护类型，像防火板材、固定喷淋头这类产品，只能等火烧起来之后再防护，没办法早早检测出刚冒出的火苗，也不会自动喷水灭火。很多设备甚至没有警报功能，住户和物业无法第一时间知晓火情。我请教科学老师，老师告诉我，专门适配建筑外墙的智能防火系统十分稀少。
我还设计了调查问卷，在小区和学校做了实地调查。邻居、老师和同学们都十分重视高楼消防安全，大家都盼望有一款可以提前预警、自动灭火，还能通知大家撤离逃生的智能设备。大家的期待，让我更加坚定了要做“外墙防火小卫士”的决心。
图1 各地建筑外墙起火新闻报道
2 设计与制作
我的作品分成火情监测和灭火救援两大板块。第一部分是全天候24小时火情监测，依靠火焰传感器和温度传感器“双保险”日夜值守。刚冒出小火苗时，火焰传感器立刻启动蜂鸣器发出警报，同时打开水泵对准起火位置精准喷水灭火。
如果火势没能压下去，温度一下子急剧升高，温度传感器会立刻感应到变化，大楼外墙的显示屏上会同步跳出实时温度数值。这时，系统会启动语音播报提醒，把整栋楼里的红色警示灯全部点亮，还会把起火消息发送到物业端，屏幕上清晰地标出火点的具体位置和楼内人员信息。
硬件方面，我选用了ESP32主控板作为核心，搭配火焰传感器、温度传感器、水泵、蜂鸣器、LED指示灯、语音播报模块、蓝牙模块和显示屏等配件。楼宇端和物业端通过蓝牙进行双向通信。
制作过程分为四步。第一步，我在纸上画出设计草图，标记出每个零件的位置和功能；第二步，用杜邦线把各个模块连接到主控板上，编写并录入运行程序；第三步，用家里的3D打印机做出作品的外壳；第四步，把所有电路嵌入外壳，完成整体组装。
但在第一次测试时，我发现用火焰传感器只能测出看得见的火苗，分辨不出火势大小，没办法按火情轻重分级处置。在科学老师的指点下，我加上了温度传感器，与火焰传感器配合做双重检测。改良之后，机器能分情况处理火情：小火就打开水泵定点喷水灭火；火势变大、温度快速上升，就启动全部报警设备，同时把着火位置和楼内人员信息发送到物业端，让装置变得更智能、更稳妥。
图2 作品电路图（部分）
图3 编写程序代码
图4 作品外壳3D设计图
图5 作品成品效果图
3 多场景实测
做好基础组装之后，我一遍又一遍地测试、改良作品。我用打火机的火苗模拟刚开始的小火，用吹风机吹热风模拟温度快速升高的情况，一项一项检查监测、报警、自动灭火、灯光引导、语音提醒等全部功能。
实测结果如下：出现小火苗时，火焰传感器立刻亮起红灯、响起警报，水泵自动喷水灭火；温度快速升高时，温度传感器立即响应，显示屏跳出实时温度，扬声器播放语音提醒：“外墙起火，请沿绿色指示灯方向有序逃生。”物业端同步收到着火楼层和被困人员信息。我请来同学和家长一起体验测试，大家试用后都说这个发明很实用，可以及时发现外墙火情、自动报警灭火，保护居民安全。
图6 用打火机火焰模拟小火苗，测试传感器与水泵功能
图7 用吹风机热风模拟火势扩大、温度持续升高
4 小结与展望
我的“外墙防火小卫士”面向密集的高层住宅楼宇，可以在家庭住宅、公寓、学校宿舍等场景使用。它能24小时主动监测火情、分级自动灭火，还能语音指引逃生并同步通知物业，对高层住户的生命财产安全具有重要的保护意义。
制作过程中，我遇到的最大挑战是如何让装置“分清”火势大小、分级响应。最开始只装了火焰传感器，只能发现明火，无法判断危险程度。后来在科学老师的指导下，我增加了温度传感器，用“火焰+温度”双传感器方案解决了这个问题。这次经历让我懂得了坚持的重要性——我碰到难题没有半途而废，主动请教长辈和老师，一次次改动完善，最后顺利完成了作品。
当然，作品还有可以改进的地方。一是防水防晒效果还不够好，长期风吹日晒会影响电子零件的稳定性，我打算学习材料知识，换上耐候性更好的外壳材料；二是现在传感器的探测距离有限，要覆盖整栋大楼需要多台设备，未来我想换成探测距离更远的传感器，让一台设备能照看更大面积的外墙，降低整体成本。
最后我想分享一句伽利略的名言：“科学的唯一目的是解决人类生存的苦难，科学家应为大多数人着想。”我真心希望我的“外墙防火小卫士”可以守护更多高楼建筑，让居民住得安稳踏实。
【补充信息】与现有专利的对比
我在专利网站做了查新，发现现有方案多属于被动防护。例如CN202120620275.0防火阻燃保温板，依靠板材本身阻燃隔热，无感应元件，无法主动灭火；CN202220003307.7外墙自动喷淋装置，仅有单一喷淋功能，无分级处置和预警能力。我的方案集“采集—判断—分级处置—信息上报”于一体，属于主动式智能消防架构，与现有方案有本质区别。
责任编辑：李银慧
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