消防水池水位监测风险分析与应对措施研究

韩沅清 王琪 朱文娟

摘要：为了消除消防水池水位传统监测风险，确保消防用水的有效性，提出基于物联网技术构建消防水池水位监测系统的对策。本文通过对消防水池传统监测风险的分析，并重点探讨了在线不报警、篡改水位报警参数、无法监测实时水位等风险。分析表明：传统监测系统因受限于火灾自动报警系统有限的管控范围而无法实现全局闭环管控，只能接受“开关量信号”而无法实现水位的实时监控。然而，物联网监测系统可以接收、传递连续性信号，可以实现水位的远程实时监控，具备全局闭环管控能力。

关键词：消防水池；水位；传统监测；物联网技术；全局闭环

引言

通常情况下，市政供水很难满足高层建筑消防用水量需求。因此，多数高层建筑都会建设消防水池。在未发生火灾时，消防水池的水会在较长时间内处于静默状态，这种静默会麻痹消防管理人员，可能会使消防水池长时间处于缺水或者无水状态。一旦发生火灾，整个建筑可能面临缺水或者无水可用的困境。据统计，被成功扑救的火灾案例中，有93%的火场消防给水条件较好；在扑救火灾不力的案例中，有81.5%的火场缺乏消防用水[1]。根据2017年原公安部消防局颁布的《关于全面推荐“智慧消防”建设的指导意见》要求，消防应当实现“人防”向“技防”的转变。因此，为确保消防水池时刻有水，实现消防水池水位“技防”管控，深入分析消防水池水位传统监测系统存在的风险以及物联网监测系统所具有的优点是非常有必要的。

一、传统监测风险

（一）传统监测原理

目前，消防水池水位传统监测方式可以实现就地水位显示和远程水位报警的功能。其中，远程报警功能通过水位监测设施和火灾自动报警系统共同协作来实现。任何一种水位监测设施监测到的水位都是实时水位，传递的信号都是一种连续性信号。然而，火灾自动报警系统只能监测“开关量信号”。因此，通过在水位监测设施和火灾自动报警系统监视模块之间设置一个信号隔离输出仪表，使“连续性信号”转化为“开关量信号”，实现消防水池水位的传统在线监测，如图1所示。

（二）在线不报警

在火灾自动报警系统中，火灾报警主机只能对监视模块进行监视和巡检，只具备局部闭环管控能力。当水位监测设施与信号隔离输出仪表或信号隔离输出仪表与监视模块之间的通信线路出现损坏、空接、虚接，消防水池缺水或无水时，监视模块是无法接收到信号隔离输出仪表传递的电信号，会一直处于静默状态。这种静默状态会使报警主机不报警，消防管理人员会误以为消防水池水位正常，即在线不报警，如图2所示。

（三）篡改水位报警参数

当消防水池水位报警参数被人为篡改时，不管水位是否正常或传统监测系统是否有问题，整个监测系统都会一直处于静默状态，这种静默状态会麻痹消防管理人员，使消防水池一直处于缺水或者无水状态。例如，原设定的最低有效水位的报警参数是1m，现在被人为篡改为0m，当消防水池水位下降到0.5m时，报警主机不会产生报警反应。

（四）泵腔进气

消防给水系统的出水阀组沿水流方向依次为同心异径管、可曲绕橡胶管软接头、防水锤专用止回阀、出水立管明杆软密封闸阀等[2]。当消防水池缺水或无水时，随着时间的推移，止回阀阀前水位会因为止回阀阻水缘故逐渐趋近于消防水池水位。当阀前水位低于离心泵叶轮毂或低于泵腔时，空气会代替水填满原有水管道和组件，即泵腔进气，如图3所示。

在消防给水系统中，泵腔进气会导致消防泵在无水状态下干转，进而造成机械密封干磨、发热甚至失效。机械密封一旦失效，维修人员必须对消防泵进行整体拆卸，才能更换新的机械密封，极大拖延了灭火救援时间。在定期检查中，已经损坏或处于失效边缘的机械密封很难被发现。

（五）无法监测实时水位

火灾自动报警系统只能监测“开关量信号”，因此火灾自动报警系统本身的通信机制是无法监测水位的实时数据的。

二、物联网监测系统

（一）方案设计

通过对消防水池水位传统监测风险的分析，得出传统监测风险主要来源于传统监测系统无法实现对水位监测的全局闭环管控。因此，本文基于物联网技术构建了消防水池水位物联网监测系统，如图4所示。

由图4可知，消防水池水位物联网监测系统主要由硬件和软件两部分组成，硬件主要包括专用液位传感器、RS485信号线、物联网专用信息箱等组件，软件部分包括消防水池水位物联网监测平台及PC、APP移动终端监控软件。

（二）系统架构

消防水池水位物联网监测系统架构由下而上为感知层、传输层、云端基础设施层、应用层，如图5所示。

感知层位于消防水池水位物联网监测系统体系架构的最底层，其功能为获取水位信息。传输层将水位监测设施采集到的水位信息通过无线通信方式（GPRS/4G/Wi-Fi）或者以太网等有线通信方式将水位监测设施采集的数据传输到远程服务器或者云端。云端基础设施层主要负责服务器集群资源的管理、分配、调度以及提供与平台无关的应用运行环境。应用层负责数据的接收、处理、存储以及面向用户提供SaaS形式的云服务。

（三）系统功能

实时水位监测：物联网可以传递连续性信号，可以将实时水位真实可靠显示在移动终端。只有根据真实可靠的水位才能对“报警”“故障”信号作出准确判断。不在线报警：水位监测设施与消防水池水位物联网信息箱之间通过有线通信方式直接连接，当连接的通信线路出现损坏、空接、虚接时，物联网信息箱会立刻发出声光报警，同时向消防水池水位物联网监测平台发出报警信号，并向负责该设施的消防监管人员发送短信通知，从而实现了对消防水池水位的全程闭环监测，如图6所示。防人为篡改水位报警参数：为了防止人随意篡改水位报警参数，工作人员必须通过物联网水位监测信息箱的液晶触摸屏输入账号和密码，登录物联网消防水池监测平台对消防水池水位报警参数进行设定，整个操作过程被系统记忆。

（四）APP交互界面

图7是消防水池水位物联网监测平台的APP端。

（五）优势对比

消防水池水位传统监测与物联网监测的主要优势对比见表1。

结语

笔者通过对消防水池水位传统监测系统进行分析，给出了传统监测存在的风险。基于这些风险设计了消防水池水位物联网监测系统，并得出以下结论：消防水池水位传统监测系统因火灾自动报警系统的管控范围有限而无法实现全局闭环管控，这会出现在线不报警、人为篡改水位报警参数等消防风险；通过“开关量信号”无法准确描述或判断消防水池水量是否“正常”，无法监测实时水位；因消防水池缺水或无水造成的泵腔进气可能会带来三种较为严重的消防风险，分别是火灾失控、电动机过载、机械密封失效；消防水池水位物联网监测系统具有实时显示、远程实时监测、不在线报警、防人为篡改水位报警参数、自动记录、自动存储、历史运行数据自动统计与分析等功能，具备全程闭环管控能力。

参考文献

[1]GB 50974-2014.消防给水及消火栓系统技术规范[S].中国计划出版社，2014.

[2]19S204-1.消防专用水泵选用及安装（一）[S].中国计划出版社，2020.