消防物联网在大型机场航站楼的应用研究

杨晓群

(北京利华消防工程有限公司,北京 100013)

0 引言

建筑内部存在复杂的电气设备和火灾荷载，存在各种各样的火灾隐患。为了消除这些隐患，提高建筑的消防安全水平，人们发明了各种各样的消防设施，例如火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、室内外消火栓系统、电气火灾监控系统等等。随着这些系统的使用，一些新的风险又被引入到了建筑中。例如电气火灾监控系统失效造成无法有效探测漏电和线路过热情况，消防值班人员误操作或擅自关闭火灾自动报警系统、未及时维修损坏的监控设备造成无法实时监控并及时报警等。一旦发生这些问题，就不能及时、准确地探测火灾，消防系统不能正常发挥作用，或值班人员不能快速、有效地处理警情，从而不能快速扑救火灾，造成巨大损失。消防物联网是物联网技术在消防领域的实际应用与具体体现，它通过物联网等信息传感与通信技术，将社会化消防监督管理和消防灭火救援涉及的各类要素所需的消防信息链接起来，构建高感度的消防基础环境，实现实时、动态、互动、融合的消防信息采集、传递和处理，能全面促进与提高社会化消防监督与管理水平，显著增强灭火救援能力。

在铁路、公路、航空、海运等各类交通枢纽中，机场的公众关注度一直居于首位，安全要求也最高。机场的人员流动性大，潜在的火灾危险性大，客观和主观的危险源多，发生火灾后不但会对人员、经济造成严重损失，同时也会产生巨大的社会影响，因此机场的消防安全已经被提升到与空防安全同等重要的地位。大型机场航站楼建设规模非常大，消防系统设计复杂，特殊空间往往还会采用更为复杂的性能化设计，消防设备不但点位多，位置还相对分散，同时由于空陆隔离区域的划分，使得采用传统的消防巡检需要耗费大量的人力和时间，导致周期性检查的工作效率低下。其结果是发生火灾时难以高效、快速响应，同时也容易产生漏报火警现象。

高宇峰指出智慧机场应包括信息基础设施和通信平台，云计算、物联网、大数据等基础平台，以及支撑机场各类业务的应用平台[1]。在机场建立一个综合的消防物联网远程监控系统，利用物联网、云计算和大数据等为代表的先进技术，建立一个有效的信息管理平台，对获得的数据进行收集、存储并分析，再通过可视化手段展现，充分实现人防和技防手段的有机结合。同时，还可以将平台信息及时反馈到机场各级消防管理部门和相关负责人，为其决策提供实时依据，使其通过手机和PC客户端足不出户就可一目了然掌握所存在的各类消防安全隐患，真正做到预防为主、防消结合、快速便捷、服务实战，全面提高消防工作管理效率。冉嘉等针对机场航站楼传统人工巡检准确率和效率较低等问题，提出一种融合了射频识别技术(RFID)、GPS技术以及无线通信技术的基于物联网的航站楼巡检系统[2]。刘晶等设计了基于CAN总线和ZigBee节点的无线传输的监控系统,以满足机场航站楼的设备控制和节能需求[3]。项川提出新建乌鲁木齐机场T4 航站区室内外无线网络覆盖的解决方案，并考虑预留5G 及相关物联网技术端口[4]。李想等梳理了机场业务中人、车、资产、器具、行李/货物等基于物联网定位的部分应用[5]。本文主要从消防物联网的应用及构建等角度出发，结合国内某大型机场航站楼建设、运行管理的案例，对消防物联网在大型机场航站楼的应用提出建议以供参考。

1 消防物联网在大型机场航站楼应用的经济效益和社会效益

1.1 经济效益

消防物联网建设本身不会产生直接经济效益，其经济效益体现在间接经济效益和降低火灾事件造成的损失上。建设机场航站楼消防物联网远程监控项目，可有效减少消防监督的人力成本，降低消防设施的运维成本，并能够第一时间发现火灾隐患，将可能的火灾消除在萌芽状态或通过采取相关应对措施有效减少灾害损失。未来将大型机场航站楼的消防巡查、空防巡查、建筑巡查、楼宇巡查、保洁巡查等工作做到五巡合一，将更大幅度地提升间接经济效益。

1.2 社会效益

机场航站楼建立消防物联网远程监控系统，可极大提升其消防监控能力。同时，还可综合利用机场信息平台的现有资源，做到信息资源共享，提高机场信息化的使用效率，有利于保障公众生命财产安全和维护社会稳定。

2 智慧消防物联网在国内某大型机场航站楼的应用案例分析

2.1 国内某机场航站楼概况

某机场航站楼总建筑面积达到100多万平方米，最大单体航站楼面积达50万平方米。航站楼消防系统分类如下：

2.1.1 火灾自动报警及联动控制系统，采用某进口品牌系统设备，通过感烟探测器、感温探测器、监视和控制模块、手动报警按钮、消火栓报警按钮，以及火灾自动报警控制主机显示报警信息，并联动启动相关的灭火设施进行初期火灾的扑救。

2.1.2 电气火灾监控系统，用来监测航站楼内关键部位配电柜的电路状态信息，及时发现电气火灾隐患。

2.1.3 防火门监控系统，监测航站楼内各个防火分区及疏散通道的防火门启闭状态和故障信息，并且有相应的位置编码进行系统定位。

2.1.4 智能疏散和应急照明系统，可以用来监测航站楼内安全通道的指示信息和故障信息，并且有相应的位置编码进行系统定位。

2.1.5 极早期空气采样报警系统，早期探测航站楼高大空间内的火灾烟气，可以显示探测器的地址位置和报警状态信息。

2.1.6 视频监控系统，用于日常防火巡查和重点区域视频监控工作。

除上述监控系统外，该机场航站楼消防系统还包括消火栓系统、水喷淋系统、消防水炮系统、气体灭火系统等，消防设备点位达二十多万个，实时监控点位多达十万个。

2.2 机场航站楼消防安全管理存在的问题

该机场航站楼消防安全管理工作存在的问题包括以下几方面：一是该机场主要依靠消防管理人员到现场排查各种消防隐患，缺乏远程实时在线监测手段。24小时的运营要求消防巡查人员4班轮换不间断地工作，整个航站楼划分为40个消防巡视区域，上百人的运行成本压力每年都会增加。二是由于建筑平层面积大、消防水系统分支众多，无法及时获知航站楼内消火栓系统、水喷淋系统、消防水炮系统的系统水压情况、管路阀门的开闭状态、水池/水箱水位等信息。三是电气线路故障、电气部件老化等电气火灾隐患不易察觉，缺乏有效监控。

因此，为提升并创造该机场航站楼更好的消防安全环境，借助消防物联网远程监测平台系统的建设，通过加强前端信息采集、平台软件管理，实现该机场的安全运行势在必行。

2.3 需求分析

2.3.1 系统功能需求

“机场航站楼消防安全监控信息管理系统”(以下简称“航站楼消防监控管理系统”)综合管理平台主要功能分为四大类：有源类消防设施监控管理系统、无源类消防设施监控管理系统、消防视频监控管理系统、消防设施信息管理系统，如图1所示。

图1 机场航站楼消防安全监控信息管理系统

2.3.1.1 有源类消防设施监控管理系统，主要涵盖各类报警系统的实时报警功能。系统收到航站楼某处报警信息后，即刻在信息管理平台显示报警点信息及报警点所处的具体楼层和房间位置，并通过报警音提示值班人员。同时，信息管理平台还会将报警信息及时传输给指定的手机APP用户和PC客户端用户。

2.3.1.2 无源类消防设施监控管理系统，主要涵盖消防水和气体灭火系统的监控功能。对管网压力、水池液位、水流指示器状态、消防泵运行情况、气体钢瓶压力等状态进行实时监测和记录。

2.3.1.3 消防视频监控管理系统，在航站楼内重点区域发生报警时，可实现视频联动切换功能，自动切换到相应的摄像机，直接获得现场图像，提高报警效率。

2.3.1.4 消防设施信息管理系统，包括消防点位位置基础信息数据管理、警情信息数据管理、监测信息管理、维修检测保养信息管理等。

2.3.2 系统性能需求

2.3.2.1 可靠性。系统应具有较高的稳定可靠性，能够7×24小时稳定运行，系统运行过程中无死机和系统崩溃情况。

2.3.2.2 兼容性。该机场航站楼各个报警系统的品牌不同，因此该系统应具有良好的兼容性，能够通过RS232/RS485/RS422通信方式与火灾报警主机、电气火灾主机等各类报警主机连接并通信。

2.3.2.3 易操作性。航站楼电子地图的操作简便易懂，移动手机APP和PC客户端用户在授权情况下，无需复杂的技术培训也可使用。

2.3.2.4 可扩展性。“航站楼消防监控管理系统”具备良好的扩展性，系统从规模上、功能上易于扩展和升级，并为以后其他航站楼、停车楼、各个附属建筑预留相应的接口，从而满足将整个机场纳入消防物联网远程监控系统的发展需求。

另外，系统的管理和维护功能包括数据备份与恢复、应用系统管理、信息内容管理、用户三级权限管理、代码维护等，其中系统的备份存储容量考虑运行至少五年的容量。因此，数据传输网络要求畅通、快捷、高带宽，具备安全、可靠、可扩展性。

2.3.3 系统安全需求

鉴于该机场航站楼具有非常高的安全等级，对消防物联网远程监控系统的安全需求主要从网络通信安全、人员管理和制度设置等方面进行考虑。

结合机场和航空飞行器对无线通信的要求，采用无线通信进行信息采集的系统如气体灭火钢瓶压力，其无线传输频率必须得到无线电管委会及航站楼信息部门的认可，应避免对航空器的通信造成干扰。

通过制定和规范远程监控系统安全管理制度，确保系统数据安全，不易被侵入、干扰，防止信息被窃取或破坏。同时明确访问权限控制功能，方便不同用户拥有不同管理权限和视图。

2.4 实施过程

“航站楼消防监控管理系统”的建设可以划分为四个阶段 ：数据采集前端建设、基础支撑系统建设、系统应用软件平台建设、数据库系统平台建设，可以形象地用“感”“传”“知”“用”进行概括。数据采集前端建设，主要是指前端感知传输设备(感)的安装、调试及联网通信工作。基础支撑系统建设，主要指传输网络(传)的搭建，包括系统主机与存储系统、图像接入系统、网络通信系统等。系统应用软件平台建设(知)，主要指信息的可视化展示，通过视频联动实现实时监管。数据库系统平台建设(用)，包括消防点位位置的基础信息数据、警情信息数据、监测信息、维修检测保养信息等数据的创建与应用。

2.4.1 前端感知传输设备(感)

前端感知传输设备包括用户信息传输装置和数据采集与传输模块。

2.4.1.1 有源类消防报警信号监测

航站楼内火灾报警及联动控制系统、电气火灾监控系统、防火门监控系统等有源类消防设施，通过加装用户信息传输装置，利用协议解析与转换方式，将各系统的报警、故障等状态进行数据采集与数据传输，传输给“航站楼消防监控管理系统”平台进行实时监测，如图2所示。

图2 有源类消防设施数据采集框图

2.4.1.2 无源类消防信号监测

在消防水喷淋管网末端试水装置处和每个室内消火栓处加装压力传感器，通过数据采集与传输模块将水喷淋管网末端和每个消火栓处的压力模拟量数据传输给“航站楼消防监控管理系统”平台，从而对消防水管网水压进行实时、全天候多点并发监测。同时，监控管理系统可通过流量和压力曲线来了解用水的异常情况，利用动态数值分析研判，有效识别各监测点水压的波动、过压、欠压等异常状态，从而第一时间发现管网漏水、泵房增压、水闸误关等问题。对消防水池水箱，加装液位、温度传感器，通过数据采集与传输模块将数据传输给“航站楼消防监控管理系统”平台，实现对消防水源的水位、温度的实时监测。对气体灭火钢瓶，加装无线压力传感器，通过数据采集与传输模块将数据传输给“航站楼消防监控管理系统”平台，实现对钢瓶压力的实时监测。如图3所示。

图3 无源类消防设施数据采集框图

2.4.2 传输网络(传)

根据该机场航站楼消防系统的区域分布设计管理原则，将用户信息传输装置分别按不同的报警系统设置在消防控制室内，采用TCP/IP公共宽带网络及GPRS/CDMA移动数据网络，传输报警信息、故障信息、动作信息和现场视频信息(视频信息的传输采用TCP/IP网络以保证所需带宽)。

2.4.3 系统应用软件平台(知)

2.4.3.1 重点区域视频监控

对航站楼内消防重点区域，如消防水池/水箱、水泵房、气体钢瓶间、防排烟机房、高低压配电室等，通过加装用户信息传输装置，将安防监控系统中上述区域的现场视频图像信息传输给“航站楼消防监控管理系统”平台，从而可同时运用平台的有源类消防报警信号监测功能和视频监控功能，对航站楼内重点区域的消防安全状况进行双重感知、全过程监控。

2.4.3.2 火警信息与视频系统联动

当发生火情时，除火灾报警系统可对火警信息进行智能研判外，“航站楼消防监控管理系统”平台通过信息关联，切换出该区域的视频联动图像，值班人员对火警信息进行确认，达到早期发现火警、及时报告报警、快速扑灭火灾的目的。

2.4.3.3 消防控制室值班人员监管

“航站楼消防监控管理系统”平台通过视频监管功能，实时监控人员值班情况和火灾自动报警设备的运行情况，实时了解消防控制室是否有人值守，火灾自动报警控制设备是否处于关闭或非正常工作状态。另一方面，通过平台对消防设备进行巡检，可替代人工巡检，及时发现设备运行故障并发出维修指令。

2.4.4 信息化数据库管理平台(用)

2.4.4.1 查询、统计。航站楼管理部消防安全管理人员通过“航站楼消防监控管理系统”平台，能够按日、月、年及设定的时间区段查询和统计各类消防监控系统、灭火系统的信息和运行状态，消防控制室值班人员在岗情况信息，消防安全管理信息等。

2.4.4.2 日常服务。在消防设备旁贴上“NFC”消防巡检点，维保人员通过手机扫描可以接收到平台派发的维保任务，显示出维保内容、消防设备基本信息等。在维保工作中发现问题，维保人员可以拍照上传，平台自动发出报修任务。

2.4.4.3 信息推送。系统平台具有消防设施维修信息管理、消防设施检测信息管理、消防设施保养信息管理功能。平台将航站楼内的消防设施维修信息第一时间推送给维保单位，如维保单位未及时处理或主管单位未对处理结果进行确认，平台将定期再推送信息直至反馈确认。

2.4.4.4 监督管理。平台可将本系统相关信息通过手机短信、邮件方式发送给相关领导、值班人员、维保单位等系统应用人员，也可以通过互联网查询相关系统运行信息，强化对航站楼的消防安全宏观监管、重点监管和精确监管。

2.5 项目实施成果

“航站楼消防监控管理系统”投入使用以来，在减少运营成本方面发挥了重要作用。通过数据采集功能，可以将部分消防巡视区域的面积扩大，该机场计划从2019年开始，将航站楼消防巡视岗位由40个减少到30个，减幅比例达25%。同时，极大提升了消防隐患早发现、早识别、早处理的技防能力，也切实提高了该机场消防安全防控科技水平，提高了消防响应和处置效率，真正实现智能研判、精准防控。该系统的应用，实现与消防系统信息的无缝对接，建立消防基础信息数据库，提升了数据的统计与处理能力，变消防工作的粗放式管理为精细式管理，有效提高了机场消防业务工作流程化管理和协同运作能力。

3 信息管理平台的拓展方向

随着“航站楼消防监控管理系统”应用功能的逐步扩展，该机场还计划将消防演练及考核系统纳入其中。消防演练及考核系统主要考核参与消防演练人员的应急处置能力。在系统中设置不同的模拟现场情况，同时根据系统提供的应急处理预案功能(包括初起火灾处理预案、应急疏散预案等)，通过人防与技防的有机结合，按照信息互通、快速便捷、辅助指挥的原则，搭建实战指挥平台，为实战服务。

该机场航站楼消防物联网建成后，航站楼作为该机场的重点监管单位，还可将信息上传至区域的机场消防管理单位以及城市119系统。一旦发生火情，除了有及时响应的内部救援力量，还可及时联动区域和城市的专业消防救援。