物联网技术在高层建筑火灾事故调查中的应用策略

刘盛 王浩杰

摘要：在明确高层建筑火灾事故调查的必要性和难点的基础上，介绍了物联网技术的基本结构，并针对性地阐述了包括提取高层建筑火灾现场静态信息、确定高层建筑火灾事故初始起火点的位置、准确记录高层建筑火灾事故时消防报警与灭火设施的联动、积极帮助火场指挥员对救援工作的开展提供帮助等在内的物联网技术在高层建筑火灾事故调查中可以发挥的作用。同时，还详细分析了消防设备物联网管理的各系统、火灾事故调查工作所需物联网技术的硬件配备、高层建筑消防设备物联网系统操作系统设计、高层建筑消防设备物联网系统数据处理在内的高层建筑火灾事故调查中物联网技术的应用，以期能够对高层建筑火灾调查工作和消防物联网设计与设置提供有益帮助。

关键词：物联网；高层建筑；火灾事故调查

中图分类号：TU998.1       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）01-0115-03

一定时期内，火灾事故调查人员确定火灾事故的起因、初始起火点、火灾发展过程、轰燃发生时间等相关信息仅靠对事故现场进行勘查、取证、鉴定后，再根据既往经验结合火灾动力学的一些基本原理就做出推断，缺少关键的数据信息支撑，再加上火灾事故现场环境普遍较为混乱，消防救援人员在扑救火灾的过程中会影响火场中的很多痕迹。因此，火灾事故调查人员采集的物证频有瑕疵、数据信度不高，致使后续相关工作的开展受到严重影响。根据消防部门公开披露的数据可知，近年来高层建筑火灾事故逐渐呈现高发趋势。然而，高层建筑在建筑形制、内部固定（移动）火灾荷载特点和防火设备设施的配备等方面都与单多层建筑有着较为明显的区别。当高层建筑发生火灾后，其火灾的各方面特点较单多层建筑火灾事故亦有一定区别，因此其火灾事故调查工作不仅会受到上述干扰因素的影响，而且还不能简单套用过往经验，需要更具有针对性的火灾事故调查方法和更为有力的佐证。物联网技术恰好可以在一定程度上给予火灾事故调查人员这一方面的帮助。文章从笔者实际工作经验出发，对物联网在高层建筑火灾事故调查中的应用进行探讨，以期更准确地推断高层建筑火灾事故发生过程中的诸多情况[1-3]。

1 高层建筑火灾事故调查的必要性

高层建筑目前已经成为各地新建建筑的主要类型之一，且其火灾特点与以往的单多层建筑有着本质区别，火灾后果往往是造成群死群伤和经济财产的巨大损失[4]。通过对高层建筑火灾事故起因和过程的准确判断，尽可能真实地推断起火原因，重塑火灾发展过程。一方面可以为火灾事故中各方应负责任进行合理推断，另一方面更可以為未来高层建筑的防火工作提供现实的实践经验和理论依据，还可为应急救援队伍日后针对高层建筑开展的各项演练工作提供实战模型，从而使得训练更具针对性。

2 高层建筑火灾事故调查的难点

高层建筑火灾事故往往因其内外部固定（移动）火灾荷载较大以及建筑构造形式特点，在火灾发展过程中极易形成烟囱效应，从而造成了火势的快速扩散，加速了火焰和热烟气在建筑内部的快速蔓延，缩短轰燃发生的时间，同时增加了可能发生轰燃的点位，加之其建筑内部结构复杂，面积庞大等原因，导致火灾事故调查人员在现有技术条件支撑下很难准确找到火灾事故的初始起火点。通过过往多起高层建筑火灾事故现场人员的调查发现，调查人员同火灾现场人员了解情况时，经常发现不同人员甚至同一人员前后谈话中矛盾较多，使得谈话工作不仅不能帮助火灾事故调查工作，甚至会对工作人员的判断带来一定误导。由于高层建筑内部空间大，结构复杂，有的起火点较为隐蔽，如果仅靠人工寻找、判断起火点极为困难，使得火灾事故原因认定证据不充分、信服度较低。

3 物联网技术的基本结构

物联网技术是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能的技术。典型的物联网体系架构分为三个层面，自下而上分别是感知层、网络层和应用层。感知层是物联网拥有全面感知的关键技术，具备更精准、更全面的感知能力，而解决低功耗、小型化和低成本问题是其未来发展方向；网络层以被识别物体周边移动信号作为基础设施，是当前物联网技术中标准化程度和产业化能力最为完善的部分；应用层是将物联网技术与行业专业技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案[5]。

4 物联网技术在火灾事故调查中的作用

当前，高层建筑火灾事故调查工作的要求不断提高，传统的火灾事故调查工作理念和方法亟待更新，而物联网技术可以较为完善的契合高层建筑火灾事故调查工作的这一需求和趋势，极大提升其工作效率。

4.1  获取高层建筑火灾现场消防设施等的静态信息

应用物联网技术可以实现对高层建筑火灾事故现场消防设施静态信息的收集、汇总和分析。将高层建筑内设置的消防设施分布情况和运行状况等信息实时录入到物联网系统当中，实现高层建筑消防设施信息化管理的同时可以极大节省负责收集该项工作资料的消防安全工作人员的精力，并极大提升火灾发生后火灾事故调查工作效率。高层建筑内物联网需要录入的具体信息包括高层建筑的基本情况、火灾隐患重点位置、消防设施设置情况、报警设备安装情况、高层建筑自身消防水源和周边水源情况、既定灭火进攻路线和应急疏散线路等信息。

4.2  确定高层建筑火灾事故初始起火点的位置

准确推断起火原因，找到火灾事故源头是火灾事故调查的关键环节。一方面，准确推断起火原因可以为后续推演火灾发展过程提供决定性的帮助，另一方面，火灾事故的责任推断可以为日后高层建筑的防火工作提供科学的理论支撑。通过BIM软件建立高层建筑的三维数字模型，将预先编制的火灾应急救援预案、建筑内安设的消防设施等的数据信息以及通过传感器采集到的包括高层建筑内电气、消防、楼宇等各设施的运行情况数据存储在物联网平台之上，一旦发生火灾事故，便可根据三维数字模型快速、准确地确定初始起火点位，通知应急救援力量开展灭火工作。在进行火灾事故调查工作时，也可快速推测初始起火点位，准确判断起火时间，快速确定起火原因，并为后续相关工作提供必要且有力的数据和材料支持。

4.3  准确记录火灾发生时消防报警与灭火设施的联动

真实推演火灾过程，重塑真实的火场环境是火灾事故调查的重要工作。通过对高层建筑火灾发展过程进行推演，一方面，可以发现和总结出高层建筑火灾发生和发展的规律，另一方面，可以分析促进或延缓高层建筑火灾事故进程的原因。同时，也可对应急救援人员在火灾救援过程中采用方案等工作的合理性做出裁定。为了确保高层建筑内发生火灾事故后，其预制的消防设施可以及时、有效地发挥既定作用，可以借助物联网技术的优势，实现消防预警系统与灭火设施之间的准确联动，并通过分析消防设施实时运行情况，判断灭火系统是否完好有效，为及时、有效地保养高层建筑消防设施提供数据支撑。

4.4  为救援人员开展救援工作提供依据并为后续工作提供数据支撑

当高层建筑发生火灾事故时，救援人员可以调取高层建筑物联网中存储的消防设备运行信息，对火灾的发展情况进行推测，为灭火救援进攻路线的规划提供必要依据。同时，在高层建筑火灾事故的调查阶段，通过调取上述信息，还可以辅助工作人员模拟火场实际情况，为后续相关的战训、防火工作提供实际教学案例，为相关火灾科学研究工作提供实践支撑。

5 高层建筑火灾事故调查中物联网技术的应用

5.1  消防设备物联网管理系统总览

根据国家物联网基础标准工作组制定的物联网体系结构标准，汇总高层建筑防火设计规范和其消防设备设施的实际特点，设计的高层建筑消防设备物联网管理系统的构架可由消防设备设施感知控制系统、设备运行维护管理系统、消防信息服务系统、信息资源交換系统、消防管理对象控制系统和用户服务系统共6个部分组成。

消防设备设施感知控制系统通常包括高层建筑内各类设备设施运行情况的数据显示系统、火灾事故的探测感知系统、收集火灾预警设备故障的感知系统、收集灭火设备故障信息的感知系统、采集非用电类设备运行情况的系统和采集高层建筑内各类设施发生位移变化的信息采集系统等6个子系统组成。消防设备设施感知控制系统能借助物联网技术存储被感知对象自身运行情况和周边环境变化的数据信息，并对其进行加工、处理、分析，而后根据各服务对象的具体需要提供相应的服务接口。

设备运行维护管理系统包括与消防设备设施运行维护、管理、法规监管及其他相关的管理系统。其主要作用是确保高层建筑消防物联网平台能够在国家相关法律法规的监管下安全、平稳、可靠运行，是高层建筑消防物联网平台良好运行的基础。

消防信息服务系统在固定场景下可同信息资源交换系统的内容相互转化，但是信息资源交换系统除具备消防信息的系统外，还应包含对国家安全部门和对高层建筑消防设备运行情况数据资源有需求的单位提供信息的接口。

消防管理对象控制系统包括高层建筑物本体结构的各类基本情况信息和其内部配备的各类消防设备设施情况信息系统。此处所指的消防设备设施主要包括高层建筑内的各类火灾自动预警系统、室内外消火栓、各类防火门、疏散通道、消防水源等信息。这些消防设备设施信息系统作为消防管理对象系统的同时也是消防设备设施感知控制系统。

用户服务系统的用户主要包括高层建筑业主单位、消防安全监督管理和应急救援单位、消防设备设施检测和维保机构、高层建筑消防安全工作责任人和管理人以及高层建筑施保单位等。

5.2  火灾事故调查工作所需物联网技术的硬件配备

高层建筑物联网硬件的配备应根据所服务建筑的实际需要，对各子系统进行优化设计，并使各系统之间能够达到协同工作。通常高层建筑物联网的硬件设备包括负责传输火灾预警信息的传输装置，设置在喷淋和消火栓等灭火设备末端的无线水压和液位监测装置，负责监测空间环境温度、设备电流、电压等指标的综合监测装置、视频监控设备以及负责对各类设备设施进行巡检的装置等。此外，在供电方面尽量选取易于更换且技术较为成熟的锂电池，确保设备不间断运行的同时避免电气火灾的发生，并针对各类设备所处空间的实际情况按规定选择设备的防尘、防爆和防水等级。此外，在高层建筑投入使用之后，应定期对各类设备进行维护保养和技术更新，一方面确保及时消除设备漏洞，另一方面能及时根据实际需要调整适合所服务建筑的设备，从而更好地为高层建筑日常监测预警和发生火灾后的调查工作服务。

5.3  高层建筑消防设备物联网系统操作系统设计

高层建筑火灾事故调查工作所需的物联网操作系统设计应遵循操作简便原则，强化设备监控平台界面的可视化，确保简单易学，易于上手。通信功能是物联网系统的关键，必须同物联网中其他设备设施完全契合，建议选择CAN总线方式进行信息传输，从而使得监控平台和各设备终端之间可以相互传输和共享数据。此外，因为人员操作不当或火灾都可能导致物联网数据丢失和遭到破坏，为此，建议高层建筑的消防物联网系统选用FIFO+Hash算法，使CAN总线传递数据始终处于优先处理级，设定多线程方式循环读取A线程数据信息，并将获取CAN数据实时置入到FIFO队列中。同时，将B线程FIFO队列出队操作，从而避免CAN数据丢失和被破坏，保证物联网数据信息的安全性和完整性，满足火灾事故调查工作对各类数据的需要。

5.4  高层建筑消防设备物联网系统数据处理

高层建筑火灾事故调查工作所要进行的数据梳理包括多个方面的业务，不同业务之间的通信方式不尽相同，因此需要在各设备终端对数据信息进行分析和处理。为了避免火灾发生时，各设备终端的信息记录不完整，便于发生紧急情况时各应急设备能够及时启动，应尽可能实现各平台信息统一化管理，避免信息记录不完整。

5.5  高层建筑消防设备物联网系统通信网络技术

高层建筑消防设备物联网系统在实际应用过程中离不开通信网络技术的支持，利用通信网络技术能对收集到的消防设备联动信息进行及时分析和传递，这一过程中，高速宽带通信网络技术是关键保障。针对目前IPv4技术资源较为有限的实际情况，在建设高层建筑消防设备物联网时建议选用IPv6代替IPv4，以此满足高层建筑消防物联网系统对大量IP地址的需求。除此之外，为了实现对复杂数据的快速汇总、计算和分析，在设备的选型上还应尽可能地选用新设备，利用新概念，例如应用云计算和超级计算机等新型科技。

6 結语

高层建筑消防设备物联网系统可以通过其所收集到的动态数据信息分析高层建筑内的初始起火点和火焰、热烟气蔓延趋势，从而可以为火灾事故调查工作提供高层建筑内各设备全链条的运行数据，帮助火灾事故调查人员准确、高效地完成对高层建筑火灾事故过程的推演工作，增强火灾事故责任认定的可信度，更好地服务后续相关工作。

参考文献：

[1]杨成刚.基于物联网的消防管理系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2015.

[2]刘艺.基于无线传感器网络的远程智能监控系统研究与设计[D].沈阳：沈阳理工大学，2015.

[3]金玉祥.加强建筑消防设施标准化管理的思考[J].消防科学与技术，2012，31（12）：1365-1367.

[4]丁航.基于云计算的消防监控系统的设计与实现[D].厦门：厦门大学，2012.

[5]申彬彬.智能消防实时监测系统设计与实现[D].长沙：湖南大学，2014.

Application strategy of Internet of Things

technology in high-rise building fire investigation

Liu Sheng， Wang Haojie

（Ningbo Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Ningbo 315016）

Abstract：On the basis of clarifying the necessity and difficulty of high-rise building fire investigation， the basic structure of Internet of Things （IoT） technology is introduced. It also expounds the role that IoT technology， including extracting static information on the high-rise building fire scene， determining the location of the initial fire point of the high-rise building fire， accurately recording the linkage between the fire alarm and the fire facilities during the high-rise building fire accident， and actively helping the fire commander to rescue the work， can play in the investigation of high-rise building fire accidents. At the same time， the paper analyzes the application of IoT technology in the investigation of fire accidents in high-rise buildings in detail， including various systems for IoT management of fire equipment， the hardware equipment of IoT technology required for fire investigation， and the operation system design of high-rise building fire equipment IoT system， data processing of high-rise building fire equipment IoT system. It is hoped that it can provide beneficial help to the fire investigation of high-rise buildings and the design and setting of fire protection IoT.

Keywords：Internet of Things; high-rise building; fire investigation