智慧消防系统设计探讨

林承鑫, 丰强强, 谢生源

[1.中国建筑第八工程局有限公司 设计管理总院, 上海 201206;2.上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司, 上海 200120;3.华中科技大学, 湖北 武汉 430070]

0 引 言

随着经济社会的迅速发展,国家对消防系统的智慧化建设的需求越来越高。2017年10月公安部消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》,提出要综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息及技术,加快推进“智慧消防”建设的现代化。此后四川、浙江、山东等地纷纷出台了促进智慧消防发展的文件,智慧消防在全国各地蓬勃发展。2020年3月,上海通过了《上海市人民代表大会常务委员会关于修改<上海市消防条例>的决定》,明确推动智慧消防建设,将其纳入“一网统管”城市运行体系。最近,国家顺应时代发展需求提出了“新基建”,智慧消防作为“新基建”的一部分,面临巨大发展机遇。传统的智慧消防是指具备火灾报警及消防联动控制功能的单个工程消防报警系统的智慧化,显然已无法适应新形势下的发展需求。现代智慧消防应该是一个完整的生态,涉及种类庞大的产品体系[1]、精细可靠的运行管理体系及广泛深入的社会化参与体系,是所有参与消防活动的人员、设备、材料、方法及环境等要素及各要素间智慧化协作的集合。

1 智慧消防生态架构

现代智慧消防生态架构如图1所示,从上至下共分五层,分别为感知执行层、数据传输层、控制管理层、信息共享层及统筹治理层,其中感知执行层、数据传输层及控制管理层属于单个工程消防报警系统建设范围,是智慧消防建设的基础。

感知执行层主要包括火灾检测设备、消防执行设备及其他辅助设备。感知执行层是智慧消防生态的基础,通过布置大量的火灾检测设备及时发现火情,同时通过联动控制切断火灾危险源或扑灭火情。

数据传输层是感知执行层与控制管理层之间信号上传及下达的通道。传输信号类型主要有模拟量、数字量等,传输方式分有线和无线。

控制管理层主要包括图形显示装置、联动控制器等,对下负责数据处理、设备控制、设备管理等,对上根据需要分享信息。

信息共享层是连接统筹治理层及各消防报警系统的纽带,实现消防信息的按需流动。

统筹治理层主要面向政府监管部门、公安消防单位及社会公众,是社会协作的主要平台。统筹治理层按照管辖级别不同形成多层管理,各层管理按管辖范围不同形成多区域管理,各层各区域管理通过信息共享层实现横向纵向信息互通。

2 智慧消防生态特征

新型传感器技术、材料技术、网络技术等在消防领域的应用使智慧消防拥有了区别于传统消防的显著特征,即多样性、灵活便利性、安全可靠性。这些特征很好地匹配了现代消防对于安装调试、运行维护、火灾防控、设备管理等方面更加精益的需求。

(1) 多样性。消防产品本身种类十分丰富,智慧消防生态下,消防产品在检测手段、信号内容、信号传递方式等方面对丰富多样性又有了新的演绎。

智慧消防产品运用声、光、电等新型检测手段,并结合模式识别技术开发出许多具备火灾预测、消防设施监控等功能的消防产品,能够提供连续测量信号、设备状态及故障信号等更加动态、丰富的信息,为通过趋势分析对火灾早发现早处置、设备管理智慧化、预测性设备维护、设备完好率在线评估等新的运维需求奠定基础。如智能消防栓监控系统,利用现代传感技术,使消防栓具有压力监测、撞倒报警、出水报警、破坏报警、开盖报警、定位及防盗等功能,通过无线通信装置,将上述功能上传至监控中心;消防用水系统在线监控消防水池、水箱的水位、消防管网水压、泵房温/湿度等状态信息,及时将管网欠压、水位偏低或偏高等异常预警信息推送,确保消防水系统可用。在信号传递方式方面,智慧消防采用无线形式,并能够根据应用场所的信号传输距离、带宽、单网节点数、功耗等要求选取不同的网络传输技术。

(2) 灵活便利。智慧消防需要对建筑物的火灾检测保护进行全面覆盖,因此系统内设备数量众多、分布范围广、种类多种多样。针对这些特点,智慧消防设备应具有施工便利、组网灵活、运维简单等特点。

对于施工便利及组网灵活,传统的消防系统以总线传输为主,存在布线复杂、安装维护繁琐等缺陷。基于无线网络传输技术的智慧消防系统,采用多种传输方式,解决了传统传输方式通信距离短、芯片功耗高、组网过程复杂等缺陷。如无线烟感报警器、无线可燃气体探测器、无线水源监控探测器等终端设备,通过无线网络,借助传感终端获取致灾因素等各项数据,可以直接连接至终端用户的手机、联网报警中心、消防大队及云平台等,没有复杂的布线,安装简单,不需要火灾报警控制主机。智慧消防系统网络示意图如图2所示。对于运维简单,智慧消防能够通过定位、状态监测等技术识别系统内设备情况,结合数据库技术实现巨量设备的智慧化管理、巡检、维护等功能,全面降低运维费用。

(3) 安全可靠。智慧消防通过提高单台设备的可靠性、检测执行手段的多重化、信号网络去中心化等手段来实现系统的安全可靠。利用“感、传、知、用”等物联网技术,对消防设施、器材及消防设备、人员等状态进行智能化感知、识别、定位、跟踪、监控和管理,可大幅提高设备的可靠性,降低因设备故障导致的消防系统保护失效概率。对于消防保护等级要求较高的场合,通过提高检测设备密度、火灾检测多重覆盖等多重化手段,一方面降低火灾防护失效概率,另一方面通过冗余规则降低误动作概率。信号网络去中心化实现消防信号的多路径传输,从而减少因信号遮挡或设备故障造成的信号传递失败。

3 智慧消防生态基本功能

消防报警系统是智慧消防基本功能的主要载体,其智慧主要体现在识别下属设备的详细“身份”,全面“记忆”系统内发生的事件及操作,通过“思考”活动实现更加智能地发现和处理火情以及人员与设备之间更加智慧的互动。

(1) “辨身份”。智慧消防运用二维码、射频识别(RFID)、EPC编码、室内定位等技术将数量众多的感应执行层设备“有身份化”,增强系统的“立体感”及“可透视性”,可实现对设备的精细化管理。在消防报警系统建成运行时,系统自动扫描寄存在各智慧消防设备内各类身份参数,构成设备信息数据库,基于数据库技术,开发出更加全方位的智慧管理功能。

(2) “全记忆”。智慧消防对发生在其身上的事件具有全面的记忆能力,从而适用于各种智慧化就地管理及上级监管的需求。智慧消防对监控对象进行连续的信息采集记录,通过趋势分析及AI算法及早捕捉到火灾隐患,有利于火灾的早发现早处置。除火灾报警及消防事件的处理外,智慧消防同步记录对设备的操作事件,通过对于这些事件“记忆”的分类、排序、检索、计算等处理,一方面自动生成工作记录、维护优化、故障汇总记录、故障处理进展记录等报表,方便就地设备的数字化全生命周期管理;另一方面将检查、验收报告等上传,方便线上审核。

(3) “善思考”。智慧消防的“思考”除了体现在火灾报警和联动控制上,也可以通过智能分析、策略规则、决策报表等方式提高管理效率。利用大数据技术,对相关数据进行采集、整合、处理、加工,为火灾预防、研判分析、移动执法、辅助决策等提供服务,实现智慧远程报警、多人通知等功能。

4 智慧消防生态社会化协作

智慧消防拓展了城市消防统筹治理的广度和深度,主要体现在消防活动社会协作的智慧化。消防法确定了消防活动中“政府统一领导、部门依法监管、单位全面负责、公民积极参与”的原则,公共消防活动的主要参与者可划分为政府监管部门、公安消防单位及社会公众。智慧消防对各参与者的参与方式进行智慧赋能,从而提高城市的消防治理水平。

4.1 政府监管部门

智慧消防有助于政府监管部门完善城市消防治理体系。

政府监管部门涉及消防、民政、卫生、教育、公安等多部门,各部门获取辖区内各消防设施的基础数据,并利用这些数据实现对消防设施的在线消防安全检查、重大消防安全场所的在线监管、制定消防应急预案等。

4.2 公安消防单位

智慧消防有利于提升公安消防单位在决策、调度、指挥上的效率。

公安消防单位在火灾发生时获取火场环境信息及内部滞留人员情况,对火情发展动态评估,从而快速决策出合理的灭火救援方案。根据方案对火场周边的人员物资积极调配,实现快速部署。同时在城市地理信息平台上构建指挥统一、多部门联动的消防指挥体系,有利于消除消防系统以外的救援影响因素。此外为有利于消防作战,公安消防机构可以超越就地消防报警系统权限,迅速切断电力、可燃气体或液体输送等危险源,远程启动现场消防设备等。

4.3 社会公众

社会公众在维护消防安全、保护消防设施、预防火灾、报告火警、参与组织灭火等方面负有义务,智慧消防为促进社会公众的参与合作提供接口。

社会公众在消防普法、公共消防演练、消防联络、应急疏散等领域与政府监管及公安消防单位形成互动。尤其在紧急情况下,智慧消防能提高消防信息传达的快速性、精准性,从而有利于减少人员伤亡并降低公众恐慌。

5 结 语

智慧消防有利于推动“火灾预警自动化、灭火救援指挥智能化、消防管理精细化、训练系统化、消防意识普及化”[2],是消防事业发展的方向。从生态的角度理解智慧消防,有利于打破对智慧消防片面的、局部的建设,树立更加全局的观念,打通消防数据从产生到最终应用的技术壁垒,推动消防生态的良性健康发展。