消防设施联网控制的新型实现方案探索

张存福

（兰州大学保卫处，甘肃 兰州 730000）

随着社会发展，建筑消防设施功能和设备的日益增多，消防设施管理日益成为一个突出的管理问题。高校、大型小区、大型医院等占地面积大、建筑物多，消防设施使用管理问题逐渐成为瓶颈。这些区域的建筑物通常比较分散，相对距离较远，因消防审批验收等因素制约各建筑物的火灾自动报警控制系统安装时间和设备规格均不统一，消防监控一般也只局限于单个建筑物内部，自成体系，独立运行，不能做到集中监控，给设备的安全有效管理带来困难。本文以某高校（以下简称LZ大学）消防现状为例，实际探究该问题的解决方案。

1 LZ大学主要消防设施现状

LZ大学为多校区办学，其中城关校区管辖3个片区共32栋建筑物有消防控制室，榆中校区1个片区共10栋建筑物有消防控制室。上述42栋建筑物只有1栋建筑物的消防火灾报警控制器为深圳泰和安JB-Q100GZ2L-LA040型，其余均为海湾安全技术有限公司产品，涉及规格型号为JB-QBGST200、JB-QB-GST500、JB-QG-GST5000、JB-QTGST5000，且联动型居多，款式分壁挂式、琴台式、立柜式。因每栋建筑物功能用途不一，其消防火灾报警控制器连带的消防设施差异很大，种类不同。综合消防设施类型，主要有火灾报警系统、消防水灭火系统、防排烟系统、消防广播系统、消防电话系统以及消防卷帘等。从距离上分析，各建筑物之间有远有近，距离报警监控中心最近的140m，最远的1400m。

2 消防设施联网的必要性和技术可行性

高校是国家高科技专业人才培养及科学研究、科技创新的重要基地，历来被消防法律法规列入消防安全重点单位加以监督管理[1]。同时，高等院校的建筑结构功能复杂，人员密集，一旦发生火灾，危害极大，社会影响强烈，消防安全已经成为高校安全的重要保障之一。LZ大学作为教育部直属高校，学校各级领导高度重视消防安全管理工作，设置专人管理，每年投入比较多的消防设施整改专项经费，学校也一直被兰州市确定为消防重点单位进行监管。LZ大学如完全按“消防控制室双人双岗24h值班”的规定执行，每个消防控制室安排持证的专职岗位人员值守，则难度较大，每年需投入大量资金，因此设法建设统一的消防控制中心、减少消防控制室岗位人员配备，成为解决该难题的唯一钥匙和手段。正如华南理工大学李柏所言“开展消防系统联网监控平台的应用研究,设计一个消防联网平台,实现对该校区现有的自动火灾报警系统的集中管控,对预防和控制火灾的发生有重要的现实意义[2]”。

新的消防控制中心将相关区域建筑物的消防控制室进行联网集中管理，不仅要汇聚各联网建筑物的消防报警信息，对火灾发生可以进行提前预防，而且还需远程操作控制相应消防设施，对发生的火灾可进行及时扑救，同时也要加强所有消防设施运行状态的监管。LZ大学新消防控制中心的设置方案是在原校园消防联网报警平台的基础上进行了拓展，并与原报警监控中心合署运行，按照现行相关消防规范，选择消防联动控制类等设备，利用光纤互联技术，搭建新型消防集中联网管理平台，并且加强了消防控制中心人员配备和管理，撤销或局部撤销各联网建筑物消防控制室值班人员，对联网区域内的所有消防设备统一监控、统一指挥、统一调配，实现统筹管理，最大限度确保社会单位内部消防安全，有效减少学校每年在消防控制室管理方面的财力、人力、物力投入。

3 消防设施联网控制的新型实现方案

3.1 集中联网管理平台

国家相关规范和消防监管部门要求消防控制中心应实现消防火灾预警和主要消防设备 （消防泵、防排烟风机等）的远程启停控制，在满足该条件情况下，可取消原来各建筑物消防控制室的值班人员。本实现方案中，消防控制中心通过设置消防集中联网管理平台来达到相关要求，结合各校区的划分和归属，设置两个消防控制中心，分别为城关消防控制中心和榆中消防控制中心，其中城关消防控制中心管辖3个片区的 32个消防控制室，榆中消防控制中心管辖1个片区的10个消防控制室。按照 《GB25506-2010消防控制室通用技术要求》3.1条规定“消防控制室内设置的消防设备应包括火灾报警控制器、消防联动控制器、消防控制室图形显示装置、消防电话总机、消防应急广播控制装置、消防应急照明和疏散指示系统控制装置、消防电源监控器等设备，或具有相应功能的组合设备”[3]，《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》3.4.2条“消防控制室内设置的消防设备应包括火灾报警控制器、消防联动控制器、消防控制室图形显示装置、消防专用电话总机、消防应急广播控制装置、消防应急照明和疏散指示系统控制装置、消防电源监控器等设备或具有相应功能的组合设备”[4]，故本方案的消防控制中心消防集中联网管理平台主要包括以下消防设备：消防主机（指火灾报警控制器和消防联动控制器）、消防控制室图形显示装置、消防专用电话总机、消防应急广播控制装置等，而且相关装置应为具有相应功能的组合设备。

消防集中联网管理平台设备与各建筑物消防设备之间的信息通讯介质，传统方式一般选用“网线+电缆+同轴音频线”的多种线缆，主要传输数据信号、开关量信号和音频信号，结果往往是因多种线缆组合整体敷设，线径粗大、施工困难。众所周知，光纤传输信号具有抗干扰、损耗低（几乎不考虑）、一芯多路、不受距离限制等优点，通讯信息传输畅通、有效、准确，而且从传输信号类型来讲，光纤可传输数据信号、开关量信号、音频等信号。本方案正是利用光纤的上述特性，将光纤作为上述消防信息通信传输介质，采用“光端机（发射端）+光纤+光端机（接收端）”布设，完美解决消防设施联网中线缆敷设存在的困难。具体选型用多业务光端机、国标铠装光缆（单模，不少于6芯），最大限度利用光纤的一芯多路特性解决消防联网中所有信息的通讯问题。此外，消防集中联网管理平台与各建筑物火灾报警控制器总体上为主从关系，消防集中联网管理平台可远程控制各建筑物火灾报警控制器等消防设施，且有自动和手动两种远程控制模式，各建筑物终端消防系统原则上不做变动或改动，仍可独立运行自成体系，其火灾报警控制器及有关联动控制等也不做改变，以符合该建筑物原消防验收规范。

3.2 各设备之间的连接方式及功能实现

如图1所示。

图1 消防控制中心平台与各终端设备连接示意图

3.2.1 火灾报警联网

消防控制中心消防主机与各建筑物火灾报警控制器之间选择光纤通过CAN联网方式直联，实现火灾报警设备联网，主要设备为CAN总线联网接口卡。CAN总线联网接口卡提供了光电隔离的CAN总线接口，用于组成控制器总线型网络，具有无主从、可靠性高、传输距离远的特点，标准线路距离3000m[5]。联网选择星型拓扑结构，该结构联网简单、容易实现，且便于维护和管理，具有信息传输网络延迟时间短、误码率低、设备故障诊断快捷、设备隔离较为容易等特点，是消防控制器联网的主要模式。联网后，消防控制中心消防主机就会显示所有连接设备的报送信息，主要有各建筑物火灾报警控制器信息、火灾探测器报警信息、其他消防设备的管理和运行信息等，数量有千万条，为了可靠分辨这些报警信息来自哪一栋建筑物的何种消防设备，就需要解决联网消防设备重码的问题。具体做法是各建筑火灾报警控制器联网前，对火灾报警控制器及连接设备逐一进行二次码定义，尤其要将火灾探测器地址定义与实际物理地址对应一致，并完成相关设置。一旦火灾探测器报警，消防控制中心才可有效区分报警信息的具体来源位置，方便处置人员第一时间赶到现场进行确认。另外消防联网过程中某一片区域火灾报警控制器相对比较集中，建议对该区域建火灾报警控制器先由星型联网集中器进行汇聚，然后再经光纤与消防控制中心消防主机联网，从而有效减少光纤敷设数量。

3.2.2 CRT图形装置

《GB25506-2010消防控制室通用技术要求》5.1明确规定“消防控制室图形显示装置应当符合当有火灾报警信号、监管报警信号、反馈信号、屏蔽信号、故障信号输入时，应有相应状态的专用总指示，在总平面布局图中应显示输入信号所在的建(构)筑物的位置，在建筑平面图上应显示输入信号所在的位置和名称，并记录时间、信号类别和部位等信息”[6]。本方案中消防控制中心消防主机与各建筑物火灾报警控制器之间已经可靠联网，火灾报警等信息已经无障碍传输，消防控制中心的CRT功能实现相对比较容易，只需增加高性能CRT图形显示设备（与消防控制中心消防主机配套），配置输入联网建筑物的消防点位平面图后进行综合联动调试即可。消防控制中心消防主机一旦接收到某一栋建筑物报警的上传信息，便触发联动机制，该信息同时与CRT图形显示装置的消防平面图关联，CRT即时响应并自动切换显示报警建筑物平面图、相关文字提示信息以及消防设备的报警联动信息等。CRT图形装置作为火灾报警控制器运维的有效辅助和补充，不仅方便值班人员在第一时间获取报警点位置信息，也有助于指挥员全面掌握现场火情，做出正确的处置决定。

3.2.3 主要消防设备远程启停控制

《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》4.2.4条规定“消防水泵、防烟和排烟风机的控制设备，除应采用联动控制方式外，还应在消防控制室设置手动直接控制装置”[7]，这里的“手动直接控制装置”一般指设在消防控制室的消防联动控制器，“直接控制”是消防行业常说的“多线控制”，是指对消防联动设施控制回路而言，信号由报警主机手动或联动输出，一对一、点对点直接控制设备。多线控制一般用于重点设备的控制，优点是可靠性高，稳定性好，缺点是施工工作量大，成本高。行业施工中普遍的做法是：从消防控制室火灾报警控制器敷设线缆直接到终端消防设备的控制柜，火灾报警控制器远程发出启停信号，信号经控制线缆传输到达终端消防设备的24V直流继电器，直流继电器立即响应并反馈至关联电路，关联电路控制消防设备的交流接触器动作，继而动强电电路接通或断开，控制消防设备运行或停止。此外，《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》4.2.4条规定“压力开关、水幕系统相关控制阀组和消防泵的启动、停止的动作信号，应反馈至消防联动控制器”[8]、4.3.3条规定“消火栓泵的动作信号应反馈至消防联动控制器”[4]、4.5.4条规定“送风口、排烟口、排烟窗或排烟阀开启和关闭的动作信号，防烟、排烟风机启动和停止及电动防火阀关闭的动作信号，均应反馈至消防联动控制器消火栓泵的动作信号应反馈至消防联动控制器”[9]，为此远程控制消防泵、风机等消防设备还需有信号反馈。

对于上述规范要求，给出如下探索解决方案：各建筑物对所属的消防泵、防排烟风机等终端消防设备的控制模式保持不变；消防控制中心消防主机端加装24V直流继电器，用于产生远程控制各建筑物终端消防设备的开关量信号，24V直流继电器的数量根据所控终端消防设备的数量确定；消防控制中心至各建筑物火灾报警控制器之间的敷设线缆采用光纤，光纤无损传输消防控制中心消防主机发出的开关量信号，建筑物火灾报警控制器到本建筑终端消防设备之间增设多线控制线缆，光纤和多线控制线缆在建筑物火灾报警控制器旁就近设置交汇点，多线控制线缆传输使用的24V直流电源引自本建筑火灾报警控制器，但该直流电源的通断受控于光纤传输的开关量信号；相应的建筑物终端消防设备控制柜内增设24V直流继电器，新设24V直流继电器与原有24V直流继电器仅在它们二者的输出端并联，此二路24V直流继电器均可间接控制交流接触器，进而控制终端消防设备的运行与停止，输出端并联接法可有效隔离此二路控制信号，使其互不影响。如此设置方案，正好符合《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》4.2.4条规定，“3.2.4控制中心报警系统的设计，应符合下列规定：（1）有两个及以上消防控制室时，应确定一个主消防控制室。（2）主消防控制室应能显示所有火灾报警信号和联动控制状态信号，并应能控制重要的消防设备；各分消防控制室内消防设备之间可互相传输、显示状态信息，但不应互相控制”。至于终端消防设备运行状态信号反馈问题，选择可双向传输光纤开关量信号光端机，相关反馈信号经多线控制线缆、光纤（含光端机）等信号传输回路准确传输至消防控制中心。

消防控制室火灾报警联动控制器对终端消防设备的控制方式分为手动控制和自动控制两种,手动控制按下火灾报警联动控制器的多线启动盘按键即可实现，自动控制则需要火灾报警联动控制器、相关控制设备等处于自动控制运行状态，一旦发生火灾，相关设备立即按照编制控制器中先前输入的流程指令运行。本方案中，给消防控制中心消防主机输入准确规范的联动指令，所有的终端消防设备在自动控制状态下按联动指令开始运行，整个过程可以不需要人为干预。指令编写需综合考虑所联网的各建筑物消防设备具体情况，严格按照设备类型、设备编号、设备定义进行区分，不能有重码、误定义、指定不明确等情形，否则将影响整个系统可靠运行。

3.2.4 远程对单体建筑物进行消防广播

消防广播是建筑物的重要消防设施之一，建筑物一旦发生火灾等灾害，消防控制室值班人员启用消防广播，远程提醒相关人员进行逃生，并给予他们逃生信心，指引其采取正确的逃生方式、选择合适的逃生路线，迅速离开危险区域获得安全。本方案的做法是在消防控制中心设广播装置（主要有话筒、放音设备、音频矩阵、1进多出型输出通道选择器等设施），各建筑物原有消防广播设施利旧且不做改动，广播音频信号从消防控制中心话筒输入，由光纤传输到达相应建筑物消防广播主机，接入该消防广播主机的背景音乐端口，然后连通各广播喇叭播出。各建筑物的消防广播音频输出均为模拟量，为一致性和连接调试需要，消防控制中心的远程广播装置也选择模拟音频输出装置，不考虑数字广播设施。音频信号传输仍然使用方案中的单模光纤，远程消防广播如需配置拾音设备，则音频信号连接的光纤光端机传输接口选择双向传输，如上定型也节省了项目建设的投入费用。本方法的特点是不改变和影响建筑物原有消防广播系统功能，在消防控制中心就可远程对某一建筑物进行消防广播播音，给建筑物内人员传递语音信息。

3.2.5 设置远程消防电话

为保证消防救援和现场处置时的信息沟通，需要设置专门的消防电话作为可靠的通讯工具。方案中在消防控制中心设置电话总机、输出通道选择器、电话交换设备等装置，各建筑物消防控制室设独立电话分机，总机与分机之间仍然使用光纤通讯。电话总机输出通道选择器为按键式，通过选择按键接通某一建筑物的独立电话分机，进行即时通讯，反向亦可。总机应选择多通道输入型，方便接听多路分机呼叫通讯。

综上探索，本方案按照有关消防规范建设了消防控制中心，搭建了新型消防集中联网管理平台，实现了消防设施的联网控制，将原来分散的建筑物消防设备进行统一控制、集中管理。同时，统筹消防控制室人员配备，取消各建筑物消防控制室的值班人员，花精力提高消防控制中心的值班人员业务素质和技能，锻炼他们的应急处置能力，不仅给单位减少了人力、物力和财力的投入成本，而且创新了单位消防设施管理模式，提升了单位消防安全管理总体水平。

4 加载视频监控和一键对讲功能

在消防日常工作中，管理者需要实时关注消防设施运行状态，及时掌握相关设备是否可靠运行，利用网络视频监控是一种较为理想的选择。网络视频监控的便利性、交互性、实时性等多项特性已经普遍运用于人们日常工作和生活场所，而且得到了广泛认可。全数字化视频监控能够全天24h实施智能监视，并自动分析出捕捉到的图像数据，及时传递给保卫人员[10]。本方案选择在各建筑物消防控制室加装视频监控摄像头和一键对讲设备，通过光纤与消防控制中心监控平台连接，方便消防巡查人员和消防控制中心进行即时通讯，同时消防控制中心可实时监控各建筑物消防控制室设备运行及人员操作等情况，实现重点消防部位的实时监控和痕迹管理。此外，在建筑物消防泵房（含控制柜）、室外水池等重要部位加装网络视频摄像头，经光纤也与消防控制中心联网，由网络视频监控平台控制。网络监控视频采用智能视频监控技术，由电脑监控软件自动监控管理，视频摄像头监控重点区域划定虚拟电子围栏，即在视频画面上虚拟划定警戒边界，对越过边界的物体进行侦测[11]，一旦有人员等越过虚拟电力围栏边界，监控大屏立刻给出报警提醒，监控室人员根据监控图像进行相关处置，做到消防重点部位24h无缝监视，保证安全。消防工作中通过视频巡查各重要消防部位，不但可以减少工作人员现场巡查次数，降低工作强度，而且提升了消防工作要求和工作质量，形成消防巡查新模式。

5 消防火警报警与监控视频联动功能

LZ大学重点建筑物均实现了视频摄像头全覆盖，利用这一有利条件，本方案考虑增加消防报警与监控视频联动功能（简称消监联动功能）。在视频监控管理平台（或消防物联网平台）增加火灾探测器、手动报警按钮与视频监控联动模块，以实现火灾报警情况下该建筑物的消防报警与相应区域视频摄像头的联动。当火灾探测器报警时，安防画面就会自动切换到火灾报警点位所在楼层、走道甚至房间的监控画面，并且能够语音播报报警的具体位置，并有电子地图显示功能 （类似CRT系统），消（监）控值班操作人员就能第一时间通过画面确认是火灾还是火警，包括起火物质、火灾的大小、是否有人被困等，为报警、灭火、组织疏散、应急救援等工作提供有力的、直观的依据，可协助公安机关消防机构的火灾事故调查和灭火救援工作[12]。建筑物某一区域发生消防报警时，消防控制中心显示大屏则优先自动弹出该区域的实时监控画面，并可选择显示该区域防火门、疏散通道以及主要消防灭火设备的实时画面，消防控制中心工作人员根据实时图像判断火情情况，及时安排微型消防站应急人员进行相关处置、指导受困人员进行逃生。因消监联动功能模块需要消防设备和视频监控设备之间进行有效信息交互和信号反馈，模块需由其中一方或第三方牵头开发，选择合适的协议、端口，打通消防设备和视频监控设备之间的通讯壁垒，确保信息通讯没有阻碍，数据没有丢失，保证最终功能无障碍实现。

6 消防物联网功能信息

物联网技术的不断发展，在各个领域得到了广泛的应用，尤其在消防安全管理方面，能够有效提升管理效率和质量，促进信息化系统的建立，发展智慧城市智慧校园，提升消防防控水平[13]。本方案在实现过程中优先采用了光纤传输，为后期搭载消防物联网管理平台提供了便利，各建筑物的消防物联网相关信息，通过光纤及时有效反馈至消防控制中心。光纤传输数据替代移动无线数据传输，在提高消防物联网数据采集可靠性的同时，也降低了消防物联网后期运行费用。消防控制中心的消防物联网平台通过统计、分析、状态检测，以及GIS嵌入应用，在物联网视频图墙全方位展示各建筑物消防设施的相关信息，如单位信息、消防设备管理信息、用户管理信息等。物联网数据平台实现整个建筑群的智能化管理，无纸化办公、火警预警、分级报警处理、风险评估及维保管理等，实现建筑消防设施实时监控及高效管理，提前预警预测风险，降低风险发生率，提升消防安全管理水平[14]。物联网数据平台作为智慧消防的重要组成部分，在新一代信息技术发展应用关键标准的引领下，利用互联网信息传输技术，加强相关系统布局，提升远程数据采集和分析水平。总而言之，以物联网技术为基础的智慧消防系统极大程度上实现了火灾防患于未然的目标[15]。智慧消防也因此得以创新和发展，不仅实现了消防设备的自动巡检、故障跟进和报警处理的动态管理，而且实现了各类消防子系统的远程监控和联动识别，并进一步融合了视频联动，将消防、安防设施统筹管理，同时也与政府119报警平台联动，在接出警管理、消防调度指挥以及消防维保服务等方面发挥优势。

7 云平台及拓展

伴随着现代科学技术信息的发展，在校园的安全管理过程中，消防系统安全也开始运用信息技术，其中大数据技术得到了的运用，通过数据的采集挖掘和提纯等可以实现消防安全信息的掌握，为校园安全管理保驾护航[16]。实际运用过程中，数据采集和分析是消防系统大数据运用的关键，云平台将二者有机联系在一起。传统的存储技术将各平台的存储数据割裂开来，无法实现各平台之间的信息共享，新时期应当积极将云存储技术应用于消防信息平台中，将分散的数据库通过云存储技术有机的联系在一起[17]。本方案中以光纤为通讯介质的消防集中联网管理平台，在消防控制中心就可实现所有各建筑物消防设备信息的云存储上传，不需要为此再给每一栋建筑重复布设相关设备。

云平台将各类消防信息资源进行共享，单位消防负责人、各中层单位管理人、责任人等均可通过手机端随时随地远程掌握各种消防设施的运行情况，其中用户层级管理模块分配相关人员查看主要消防设备的运行视频，各类数据分析模块展现一线消防工作人员的工作情况、场所设备运维情况等信息，事故树分析模型提前发出火灾预警，并对危险进行定性和定量分析，等等。云平台技术在当前大数据新时代经过二次开发和有效利用，将物、人、系统和信息资源有效结合，依靠智能技术的优势，改变目前的管理方式，提高管理效率和管理水平。云平台技术加强了消防设施的监管，使消防设施的日常线下管控与线上管控效果没有差异，尤其支持紧急情况下线上无障碍运行，一旦遇到2002年的SARS事件、2020年的新冠疫情等特殊事件，通过线上控制便实现远程灭火指挥、信息沟通、任务布置、预防宣传、专业学习等各功能任务。

随着消防物联网技术发展，以及智慧城市、智慧消防系统工程建设的推进，消防工作和消防设备的运行管理、日常监督必将随着新时代的新技术和新要求，紧随社会发展并多方面借鉴和融合其他专业新技术实现革新，走向信息现代化、数字化、智能化，为我们的人身安全、财物安全、公共安全提供更好的、全新的服务保障。