基于物联网技术的消防管理系统在轨道交通中的应用

摘要：文章阐述了轨道交通中消防管理亟须解决的问题，并基于物联网技术进行消防管理系统的应用研究与设计。首先，将整个系统从下至上划分为端设备感知层、网络通信层、数据服务层和平台应用层，并在车站环境下验证了系统架构。其次，结合现状和存在的诸多问题，围绕各个子系统设计平台应用，包括三维可视化、在线监测和应急决策辅助等。最后，简述了系统的设备层和网络层的实现方式，为其可实施性提供了技术支撑。实践证明，消防管理平台可全面提升轨道交通的监督管理水平。

关键词：轨道交通;物联网;消防;平台应用

中图法分类号：TP391文献标识码：A

Application of fire management system based on Internet ofthings technology in rail transit

LI Jinghu

（Shanghai Shentong Metro Co.，Ltd.，Shanghai 202201，China）

Abstract：This paper expounds the problems that need to be solved in the fire property management in the rail transit industry， and carries out the application research and design of the fire property management system platform based on the Internet of things technology. Firstly， the whole system is divided into end device perception layer， network communication layer， data service layer and platform application layer from bottom to top， and the system architecture is verified in the station implementation. Secondly， combined with the current situation and many existing problems，the platform application is designed around each subsystem， including three-dimensional visualization， online monitoring and emergency decision-making assistance. Finally， the implementation of the device layer and network layer of the system platform is briefly described， which provides technical support for the implementation of the whole platform. Finally， the supervision and management level is comprehensively improved through the fire property management platform.

Key words：rail transit， IoT， fire control， platform application

国外对智慧消防的研究由来已久，英、美、德等国家的智慧消防管理技术较为成熟[1]。与国外相比，国内对智慧消防管理技术的研究起步较晚。近年来，随着物联网行业的快速发展，智慧消防作为新兴产业逐渐为大家所熟知[2]。

随着上海轨道交通网络规模不断扩大，截至2021年12月31日，已开通运营508座车站，但车站消防管理水平并没有显著提高。目前，轨道交通车站在消防管理上存在如下问题。

（1）平台管理功能单一：车站综合监控室集中监管显示信息仅满足消防联动功能需求，车站日常管理工序分散、管理过程中存在信息交流不及时的情况。

（2）设备监管深度不足：车站现场末端设备提供的数据参数只满足了基本消防需求，对车站整体的监管深度不足，须人为协助巡检，费时费力且存在信息滞后的安全隐患。

（3）缺乏探测器智能管理预警：地下车站在满足运营通风使用的前提下，易影响探测器的灵敏度和污染度，且易误报火警。

（4）缺乏判断标准：目前，车站日常事件处理中以人为主，机器数据和运营规程为辅，消防设备车站信息显示系统缺乏自判断及针對性功能。

（5）缺乏设备全生命周期管理：车站运营时间长，终端设备使用周期较长，部分设备使用寿命临近，车站无法对此类设备进行提前预判和处理。

综合上述问题，对轨道交通中消防管理系统的应用研究显得尤为重要，其中涉及 FAS 系统、消防水系统、防排烟系统、气体灭火系统、电气火灾监测系统、视频监控系统等。本文所研究的平台应用，将有助于轨道交通车站的消防管理。

1概况

消防管理系统的应用研究贯彻“预防为主，防消结合”的方针[3]。采用“感、传、知、用”等物联技术手段，通过无线通信网络，对车站消防设施、器材和人员等状态进行智能感知、识别、定位与跟踪，实现实时、动态、互动和融合的消防信息采集、传递和处理。通过数据挖掘和态势分析，为防火监督管理和灭火救援提供了信息支撑，提高了车站消防监督与管理水平，增强了消防应急处置能力，从而使车站防控更有效率[4]。

2系统总体架构

消防管理系统从实现上分为端设备感知层、网络通信层、数据服务层和平台应用层。

（1）端设备感知层：利用物联网终端数据采集手段，实时采集已安装了传感设备的各系统的状态信息，及时获取各种感知信息。

（2）网络通信层：采用基于 TCP/IP 的网络结构，系统可利用有线和无线等接入方式进行组网，可以根据实际的现场环境和既有设备进行合理的网络选择和建设。

（3）数据服务层：将端设备的数据进行有效融合、计算和处理，为平台应用层提供有效的数据。

（4）平台应用层：针对消防管理的各种场景设计相应的应用。

系统总体架构如图1所示。

3消防管理平台

上海轨道交通消防管理平台立足消防业务管理场景，利用物联网技术对各级单位的消防系统进行远程监控，通过信息化建设实现精细防控、多元共治[5]。创建 B/S 架构模式的云平台，实现不同机器、平台和网络之间的交互操作，可实时分析传输至消防管理系统的海量数据，实现对灾害对象、环境和消防器材等状态的智能感知以及业务单位之间的信息交流和通信，提供消防智能决策。本系统设计平台功能时围绕各个子系统进行应用拓展。

3.1三维可视化界面

三维可视化界面如图2所示，其具有下述功能。

（1）集成各品牌监测系统，统一门户登录。同时，对高关注度的设备信息进行跟踪、统计和呈现。

（2）应用三维建模技术，在三维模型上叠加设施、设备运行状态数据;发生报警时，平台可查看报警点位附近的视频监控及设备状态。

（3）三维可视化建筑图形具备实景、虚拟和平面三种模式。

（4）三维可视化界面具备动态图形显示功能，动态图形显示包括：设备状态动态显示、风管风向流动动画显示、着火区域临近出入口动态显示。

3.2设施设备在线监测

（1）火灾报警：集中显示探测器、故障、屏蔽状态信息以及主机内部功能性部件的实时状态。

（2）气体灭火：根据现场实际位置，布置所有气体灭火报警系统设备点位，并实时动态显示气体灭火报警系统设备的当前工作状态。

（3）电气火灾：对车站消火栓泵控制柜、喷淋泵控制柜、综合监控室电源箱内的配电回路电压、剩余电流、导线温度、漏电流信息进行监测。

（4）视频监控：利用温度及烟雾感知智能摄像机对车站环控电控室、UPS 电源室、EPS 电源室、综合监控室进行火情监测;利用云台摄像机对消防泵房内控制柜运行情况进行监视。

（5）消防水：集中显示消火栓泵控制柜、喷淋泵控制柜内开关量信息;集中显示消火栓、喷淋管网末端压力信息。

（6）防排烟：集中显示车站排烟、排风机在火灾状态下的末端运行风量;集中显示火灾联动工况对应的所有风机、风阀信息。

3.3在线巡检

构建以落实法定职责的线上消防巡检系统，保障车站日常消防安全管理的规范化和常态化，用线上管理的方式督促车站相关人员担负各项安全职责，并能事后对工作成果进行监督检查。

（1）消防巡查检查：根据建筑实际情况确定巡检内容、频次及巡检路径。通过手持终端扫码后，自动弹出巡检页面，并对该部位的巡检内容进行逐项确认。

（2）隐患整改：现场发现的隐患及时通过手持终端录入系统，并生成故障维修单。

（3）每次执行巡检任务的过程中，启用手持终端进行场景拍摄，拍摄结果保存在执行明细下。

（4）管理平台可查询已执行的巡检计划任务明细，针对巡检结果的有效性进行查证。

3.4设备资产清单

通过物联网、信息化、大数据等技术[6]，建立设备资产清单，实现设备的使用、维护、大修改造，直至报废的全生命周期服务模式，做到设备数据完整可靠，同时提高车站的设备管理水平。

（1）建立并完善设备台账体系，实现设备的动态台账管理。

（2）以表格形式显示接入平台的各系统设备信息，信息包括设备类型、设备名称、设备监控对象名称、设备数量。

（3）管理平台设备资产清单按系统分类展现。

（4）管理平台具备系统设备的增加、删除、信息修改功能。

（5）设备资产清单内设备信息具备同步功能。

3.5应急决策辅助

本功能采用有别于传统的方法，以提高火灾快速处理能力。

（1）平台应急决策辅助界面显示设备报警时间、报警设备状态及位置信息、着火区域临近出入口位置及信息、着火区域视频画面、火灾联动设备执行情况、车站在职人员信息及联系方式等。

（2）平台应急决策辅助界面与车站三维可视化建筑图在同一界面展示。

3.6火灾联动可视化

利用物联感知技术，采集车站消防系统设备信息，依托车站火灾联动执行标准，将车站火灾联动处置变得直观清晰。

（1）車站发生火灾时，消防管理平台三维可视化建筑图自动弹出着火点位置，应急决策辅助界面看板同时显示相关信息。

（2）火灾联动界面看板显示火灾联动工况对比表、对应火灾模式工况系统图动态画面、火灾联动工况执行结果。

（3）火灾联动界面看板与车站三维可视化建筑图在同一界面展示;车站三维可视化建筑图中动态呈现风机、风阀的动作状态及送、排风风向动画。

4实现方式

消防管理平台的实现基于数据传输网络（无线通信网络、以太网、低功耗广域网等）[8]，并结合物联网技术建立的消防管理系统。平台接收来源于数据底座的车站机电系统的涉消设备的传输信息。

4.1数据的感知获取

利用LoRaWAN和NB?IoT关键采集技术，实现对各类消防水源、消防设备等车站消防设施的状态、位置、数量、行为的智能监测，以确保相关人员可以及时处理故障和火灾警报。

（1）火灾报警：在综合监控室通过增设信息采集装置，集中采集火灾报警主机内信息数据，并将数据格式标准化。

（2）气体灭火：在综合监控室通过增设信息采集装置，集中采集气体灭火报警主机内信息数据，并将数据格式标准化。

（3）电气火灾：在消火栓控制柜、喷淋泵控制柜以及集中监控室配电柜内通过增设组合式电气火灾监控探测器，以实现消防电源设备的实时保护。

（4）视频监控：在环控电控室、UPS 电源室、EPS 电源室、综合监控室内通过增设温度及烟雾感知智能摄像机，对重要机房内火源情况进行监视;在消防泵房通过增设云台摄像机，对消防泵房内控制柜运行情况进行监视。

（5）消防水：在消防泵房通过增设信息采集装置，集中采集消火栓泵控制柜、喷淋泵控制柜内开关量信息;通过增设末端压力传感器，对消火栓、喷淋管网末端压力进行监测。

（6）防排烟：通过增设风量传感器，实现车站排烟、排风机在火灾状态下的末端运行风量监测。

4.2无线网络覆盖

车站内的无线网络包括Wi?Fi网络和低功耗广域网络。通过在车站内设备区走道内增设无线 AP 点，实现车站设备区Wi?Fi网络覆盖，为车站消防巡检、终端设备网关数据上传提供服务。通过在车站内布设物联终端设备的网关，实现低功耗广域网络的覆盖。

4.3 设备供电

（1）车站综合监控室内设备（包括火灾报警系统信息采集装置、服务器机柜）由综合监控室既有电视墙背部配电柜提供电源。

（2）风量传感器、采集传输控制终端、温度及烟雾感知智能摄像机、云台摄像机、无线AP点电源由配电间内电源适配器提供，配电间内电源适配器上路进线电源由配电间内EPS配电柜提供。

（3）无线、有线末端压力传感器、水系统信息采集裝置电源由水泵房内水泵控制柜提供。

5 结论

考虑到当前轨道交通车站消防管理的诸多问题和挑战，我们利用物联网、云平台、云计算等技术建立了一个能够对汇聚的消防信息进行分析和判断的平台。通过该平台实现了综合监控管理新模式，改变了传统的人工、被动式消防安全管理方式，有效提高了安全检查的针对性和有效性。建立的统一运维技术体系，实现了面向物联网软硬件设备的统一运维服务，有效克服系统设备类型的复杂多样、设备数量庞大、协议不统一的难题，并能够快速定位和分析故障，提高运维管理效率，从而保障整体系统持续、高质量运行。同时，提供数据共享服务，为轨道交通大数据平台的设计和开发提供丰富的数据支持服务。

参考文献：

[1]佚名.法国Efectis网站近期发布全球消防安全新标准信息[J].消防科学与技术，2020，39（12）：1637.

[2]苏美文.物联网发展现状及其中国发展模式的战略选择[J].技术经济与管理研究，2015（2）：121—124.

[3]张岗.物联网在消防安全领域的应用研究[J].中国公共安全，2011，24（3）：106—108.

[4]张振国.窄带物联网在“智慧消防”模式构建中的应用研究[J].消防科学与技术，2020，39（12）：1739—1742.

[5]杜玉龙，马军海.我国地铁火灾防控现状分析与治理策略探讨[J].消防科学与技术，2021，40（5）：692—695.

[6]张香萍，尹冬梅，李晓刚.应用物联网技术解决现代消防管理和火灾防控难题探讨[J].武警学院学报，2012，28（12）：79-81.

[8]王蔚，南江林，薄建伟.物联网技术应用于社会消防安全管理[J].消防科学与技术，2012，31（8）：864—866.

作者简介：

李景虎（1980-），硕士，高级工程师，研究方向：自动控制。