消防設施聯網控制的新型實現方案探索

張存福

（蘭州大學保衛處，甘肅 蘭州 730000）

隨著社會發展，建筑消防設施功能和設備的日益增多，消防設施管理日益成為一個突出的管理問題。高校、大型小區、大型醫院等占地面積大、建筑物多，消防設施使用管理問題逐漸成為瓶頸。這些區域的建筑物通常比較分散，相對距離較遠，因消防審批驗收等因素制約各建筑物的火災自動報警控制系統安裝時間和設備規格均不統一，消防監控一般也只局限于單個建筑物內部，自成體系，獨立運行，不能做到集中監控，給設備的安全有效管理帶來困難。本文以某高校（以下簡稱LZ大學）消防現狀為例，實際探究該問題的解決方案。

1 LZ大學主要消防設施現狀

LZ大學為多校區辦學，其中城關校區管轄3個片區共32棟建筑物有消防控制室，榆中校區1個片區共10棟建筑物有消防控制室。上述42棟建筑物只有1棟建筑物的消防火災報警控制器為深圳泰和安JB-Q100GZ2L-LA040型，其余均為海灣安全技術有限公司產品，涉及規格型號為JB-QBGST200、JB-QB-GST500、JB-QG-GST5000、JB-QTGST5000，且聯動型居多，款式分壁掛式、琴臺式、立柜式。因每棟建筑物功能用途不一，其消防火災報警控制器連帶的消防設施差異很大，種類不同。綜合消防設施類型，主要有火災報警系統、消防水滅火系統、防排煙系統、消防廣播系統、消防電話系統以及消防卷簾等。從距離上分析，各建筑物之間有遠有近，距離報警監控中心最近的140m，最遠的1400m。

2 消防設施聯網的必要性和技術可行性

高校是國家高科技專業人才培養及科學研究、科技創新的重要基地，歷來被消防法律法規列入消防安全重點單位加以監督管理[1]。同時，高等院校的建筑結構功能復雜，人員密集，一旦發生火災，危害極大，社會影響強烈，消防安全已經成為高校安全的重要保障之一。LZ大學作為教育部直屬高校，學校各級領導高度重視消防安全管理工作，設置專人管理，每年投入比較多的消防設施整改專項經費，學校也一直被蘭州市確定為消防重點單位進行監管。LZ大學如完全按“消防控制室雙人雙崗24h值班”的規定執行，每個消防控制室安排持證的專職崗位人員值守，則難度較大，每年需投入大量資金，因此設法建設統一的消防控制中心、減少消防控制室崗位人員配備，成為解決該難題的唯一鑰匙和手段。正如華南理工大學李柏所言“開展消防系統聯網監控平臺的應用研究,設計一個消防聯網平臺,實現對該校區現有的自動火災報警系統的集中管控,對預防和控制火災的發生有重要的現實意義[2]”。

新的消防控制中心將相關區域建筑物的消防控制室進行聯網集中管理，不僅要匯聚各聯網建筑物的消防報警信息，對火災發生可以進行提前預防，而且還需遠程操作控制相應消防設施，對發生的火災可進行及時撲救，同時也要加強所有消防設施運行狀態的監管。LZ大學新消防控制中心的設置方案是在原校園消防聯網報警平臺的基礎上進行了拓展，并與原報警監控中心合署運行，按照現行相關消防規范，選擇消防聯動控制類等設備，利用光纖互聯技術，搭建新型消防集中聯網管理平臺，并且加強了消防控制中心人員配備和管理，撤銷或局部撤銷各聯網建筑物消防控制室值班人員，對聯網區域內的所有消防設備統一監控、統一指揮、統一調配，實現統籌管理，最大限度確保社會單位內部消防安全，有效減少學校每年在消防控制室管理方面的財力、人力、物力投入。

3 消防設施聯網控制的新型實現方案

3.1 集中聯網管理平臺

國家相關規范和消防監管部門要求消防控制中心應實現消防火災預警和主要消防設備 （消防泵、防排煙風機等）的遠程啟?？刂疲跐M足該條件情況下，可取消原來各建筑物消防控制室的值班人員。本實現方案中，消防控制中心通過設置消防集中聯網管理平臺來達到相關要求，結合各校區的劃分和歸屬，設置兩個消防控制中心，分別為城關消防控制中心和榆中消防控制中心，其中城關消防控制中心管轄3個片區的 32個消防控制室，榆中消防控制中心管轄1個片區的10個消防控制室。按照 《GB25506-2010消防控制室通用技術要求》3.1條規定“消防控制室內設置的消防設備應包括火災報警控制器、消防聯動控制器、消防控制室圖形顯示裝置、消防電話總機、消防應急廣播控制裝置、消防應急照明和疏散指示系統控制裝置、消防電源監控器等設備，或具有相應功能的組合設備”[3]，《GB50116-2013火災自動報警系統設計規范》3.4.2條“消防控制室內設置的消防設備應包括火災報警控制器、消防聯動控制器、消防控制室圖形顯示裝置、消防專用電話總機、消防應急廣播控制裝置、消防應急照明和疏散指示系統控制裝置、消防電源監控器等設備或具有相應功能的組合設備”[4]，故本方案的消防控制中心消防集中聯網管理平臺主要包括以下消防設備：消防主機（指火災報警控制器和消防聯動控制器）、消防控制室圖形顯示裝置、消防專用電話總機、消防應急廣播控制裝置等，而且相關裝置應為具有相應功能的組合設備。

消防集中聯網管理平臺設備與各建筑物消防設備之間的信息通訊介質，傳統方式一般選用“網線+電纜+同軸音頻線”的多種線纜，主要傳輸數據信號、開關量信號和音頻信號，結果往往是因多種線纜組合整體敷設，線徑粗大、施工困難。眾所周知，光纖傳輸信號具有抗干擾、損耗低（幾乎不考慮）、一芯多路、不受距離限制等優點，通訊信息傳輸暢通、有效、準確，而且從傳輸信號類型來講，光纖可傳輸數據信號、開關量信號、音頻等信號。本方案正是利用光纖的上述特性，將光纖作為上述消防信息通信傳輸介質，采用“光端機（發射端）+光纖+光端機（接收端）”布設，完美解決消防設施聯網中線纜敷設存在的困難。具體選型用多業務光端機、國標鎧裝光纜（單模，不少于6芯），最大限度利用光纖的一芯多路特性解決消防聯網中所有信息的通訊問題。此外，消防集中聯網管理平臺與各建筑物火災報警控制器總體上為主從關系，消防集中聯網管理平臺可遠程控制各建筑物火災報警控制器等消防設施，且有自動和手動兩種遠程控制模式，各建筑物終端消防系統原則上不做變動或改動，仍可獨立運行自成體系，其火災報警控制器及有關聯動控制等也不做改變，以符合該建筑物原消防驗收規范。

3.2 各設備之間的連接方式及功能實現

如圖1所示。

圖1 消防控制中心平臺與各終端設備連接示意圖

3.2.1 火災報警聯網

消防控制中心消防主機與各建筑物火災報警控制器之間選擇光纖通過CAN聯網方式直聯，實現火災報警設備聯網，主要設備為CAN總線聯網接口卡。CAN總線聯網接口卡提供了光電隔離的CAN總線接口，用于組成控制器總線型網絡，具有無主從、可靠性高、傳輸距離遠的特點，標準線路距離3000m[5]。聯網選擇星型拓撲結構，該結構聯網簡單、容易實現，且便于維護和管理，具有信息傳輸網絡延遲時間短、誤碼率低、設備故障診斷快捷、設備隔離較為容易等特點，是消防控制器聯網的主要模式。聯網后，消防控制中心消防主機就會顯示所有連接設備的報送信息，主要有各建筑物火災報警控制器信息、火災探測器報警信息、其他消防設備的管理和運行信息等，數量有千萬條，為了可靠分辨這些報警信息來自哪一棟建筑物的何種消防設備，就需要解決聯網消防設備重碼的問題。具體做法是各建筑火災報警控制器聯網前，對火災報警控制器及連接設備逐一進行二次碼定義，尤其要將火災探測器地址定義與實際物理地址對應一致，并完成相關設置。一旦火災探測器報警，消防控制中心才可有效區分報警信息的具體來源位置，方便處置人員第一時間趕到現場進行確認。另外消防聯網過程中某一片區域火災報警控制器相對比較集中，建議對該區域建火災報警控制器先由星型聯網集中器進行匯聚，然后再經光纖與消防控制中心消防主機聯網，從而有效減少光纖敷設數量。

3.2.2 CRT圖形裝置

《GB25506-2010消防控制室通用技術要求》5.1明確規定“消防控制室圖形顯示裝置應當符合當有火災報警信號、監管報警信號、反饋信號、屏蔽信號、故障信號輸入時，應有相應狀態的專用總指示，在總平面布局圖中應顯示輸入信號所在的建(構)筑物的位置，在建筑平面圖上應顯示輸入信號所在的位置和名稱，并記錄時間、信號類別和部位等信息”[6]。本方案中消防控制中心消防主機與各建筑物火災報警控制器之間已經可靠聯網，火災報警等信息已經無障礙傳輸，消防控制中心的CRT功能實現相對比較容易，只需增加高性能CRT圖形顯示設備（與消防控制中心消防主機配套），配置輸入聯網建筑物的消防點位平面圖后進行綜合聯動調試即可。消防控制中心消防主機一旦接收到某一棟建筑物報警的上傳信息，便觸發聯動機制，該信息同時與CRT圖形顯示裝置的消防平面圖關聯，CRT即時響應并自動切換顯示報警建筑物平面圖、相關文字提示信息以及消防設備的報警聯動信息等。CRT圖形裝置作為火災報警控制器運維的有效輔助和補充，不僅方便值班人員在第一時間獲取報警點位置信息，也有助于指揮員全面掌握現場火情，做出正確的處置決定。

3.2.3 主要消防設備遠程啟?？刂?/p>

《GB50116-2013火災自動報警系統設計規范》4.2.4條規定“消防水泵、防煙和排煙風機的控制設備，除應采用聯動控制方式外，還應在消防控制室設置手動直接控制裝置”[7]，這里的“手動直接控制裝置”一般指設在消防控制室的消防聯動控制器，“直接控制”是消防行業常說的“多線控制”，是指對消防聯動設施控制回路而言，信號由報警主機手動或聯動輸出，一對一、點對點直接控制設備。多線控制一般用于重點設備的控制，優點是可靠性高，穩定性好，缺點是施工工作量大，成本高。行業施工中普遍的做法是：從消防控制室火災報警控制器敷設線纜直接到終端消防設備的控制柜，火災報警控制器遠程發出啟停信號，信號經控制線纜傳輸到達終端消防設備的24V直流繼電器，直流繼電器立即響應并反饋至關聯電路，關聯電路控制消防設備的交流接觸器動作，繼而動強電電路接通或斷開，控制消防設備運行或停止。此外，《GB50116-2013火災自動報警系統設計規范》4.2.4條規定“壓力開關、水幕系統相關控制閥組和消防泵的啟動、停止的動作信號，應反饋至消防聯動控制器”[8]、4.3.3條規定“消火栓泵的動作信號應反饋至消防聯動控制器”[4]、4.5.4條規定“送風口、排煙口、排煙窗或排煙閥開啟和關閉的動作信號，防煙、排煙風機啟動和停止及電動防火閥關閉的動作信號，均應反饋至消防聯動控制器消火栓泵的動作信號應反饋至消防聯動控制器”[9]，為此遠程控制消防泵、風機等消防設備還需有信號反饋。

對于上述規范要求，給出如下探索解決方案：各建筑物對所屬的消防泵、防排煙風機等終端消防設備的控制模式保持不變；消防控制中心消防主機端加裝24V直流繼電器，用于產生遠程控制各建筑物終端消防設備的開關量信號，24V直流繼電器的數量根據所控終端消防設備的數量確定；消防控制中心至各建筑物火災報警控制器之間的敷設線纜采用光纖，光纖無損傳輸消防控制中心消防主機發出的開關量信號，建筑物火災報警控制器到本建筑終端消防設備之間增設多線控制線纜，光纖和多線控制線纜在建筑物火災報警控制器旁就近設置交匯點，多線控制線纜傳輸使用的24V直流電源引自本建筑火災報警控制器，但該直流電源的通斷受控于光纖傳輸的開關量信號；相應的建筑物終端消防設備控制柜內增設24V直流繼電器，新設24V直流繼電器與原有24V直流繼電器僅在它們二者的輸出端并聯，此二路24V直流繼電器均可間接控制交流接觸器，進而控制終端消防設備的運行與停止，輸出端并聯接法可有效隔離此二路控制信號，使其互不影響。如此設置方案，正好符合《GB50116-2013火災自動報警系統設計規范》4.2.4條規定，“3.2.4控制中心報警系統的設計，應符合下列規定：（1）有兩個及以上消防控制室時，應確定一個主消防控制室。（2）主消防控制室應能顯示所有火災報警信號和聯動控制狀態信號，并應能控制重要的消防設備；各分消防控制室內消防設備之間可互相傳輸、顯示狀態信息，但不應互相控制”。至于終端消防設備運行狀態信號反饋問題，選擇可雙向傳輸光纖開關量信號光端機，相關反饋信號經多線控制線纜、光纖（含光端機）等信號傳輸回路準確傳輸至消防控制中心。

消防控制室火災報警聯動控制器對終端消防設備的控制方式分為手動控制和自動控制兩種,手動控制按下火災報警聯動控制器的多線啟動盤按鍵即可實現，自動控制則需要火災報警聯動控制器、相關控制設備等處于自動控制運行狀態，一旦發生火災，相關設備立即按照編制控制器中先前輸入的流程指令運行。本方案中，給消防控制中心消防主機輸入準確規范的聯動指令，所有的終端消防設備在自動控制狀態下按聯動指令開始運行，整個過程可以不需要人為干預。指令編寫需綜合考慮所聯網的各建筑物消防設備具體情況，嚴格按照設備類型、設備編號、設備定義進行區分，不能有重碼、誤定義、指定不明確等情形，否則將影響整個系統可靠運行。

3.2.4 遠程對單體建筑物進行消防廣播

消防廣播是建筑物的重要消防設施之一，建筑物一旦發生火災等災害，消防控制室值班人員啟用消防廣播，遠程提醒相關人員進行逃生，并給予他們逃生信心，指引其采取正確的逃生方式、選擇合適的逃生路線，迅速離開危險區域獲得安全。本方案的做法是在消防控制中心設廣播裝置（主要有話筒、放音設備、音頻矩陣、1進多出型輸出通道選擇器等設施），各建筑物原有消防廣播設施利舊且不做改動，廣播音頻信號從消防控制中心話筒輸入，由光纖傳輸到達相應建筑物消防廣播主機，接入該消防廣播主機的背景音樂端口，然后連通各廣播喇叭播出。各建筑物的消防廣播音頻輸出均為模擬量，為一致性和連接調試需要，消防控制中心的遠程廣播裝置也選擇模擬音頻輸出裝置，不考慮數字廣播設施。音頻信號傳輸仍然使用方案中的單模光纖，遠程消防廣播如需配置拾音設備，則音頻信號連接的光纖光端機傳輸接口選擇雙向傳輸，如上定型也節省了項目建設的投入費用。本方法的特點是不改變和影響建筑物原有消防廣播系統功能，在消防控制中心就可遠程對某一建筑物進行消防廣播播音，給建筑物內人員傳遞語音信息。

3.2.5 設置遠程消防電話

為保證消防救援和現場處置時的信息溝通，需要設置專門的消防電話作為可靠的通訊工具。方案中在消防控制中心設置電話總機、輸出通道選擇器、電話交換設備等裝置，各建筑物消防控制室設獨立電話分機，總機與分機之間仍然使用光纖通訊。電話總機輸出通道選擇器為按鍵式，通過選擇按鍵接通某一建筑物的獨立電話分機，進行即時通訊，反向亦可?？倷C應選擇多通道輸入型，方便接聽多路分機呼叫通訊。

綜上探索，本方案按照有關消防規范建設了消防控制中心，搭建了新型消防集中聯網管理平臺，實現了消防設施的聯網控制，將原來分散的建筑物消防設備進行統一控制、集中管理。同時，統籌消防控制室人員配備，取消各建筑物消防控制室的值班人員，花精力提高消防控制中心的值班人員業務素質和技能，鍛煉他們的應急處置能力，不僅給單位減少了人力、物力和財力的投入成本，而且創新了單位消防設施管理模式，提升了單位消防安全管理總體水平。

4 加載視頻監控和一鍵對講功能

在消防日常工作中，管理者需要實時關注消防設施運行狀態，及時掌握相關設備是否可靠運行，利用網絡視頻監控是一種較為理想的選擇。網絡視頻監控的便利性、交互性、實時性等多項特性已經普遍運用于人們日常工作和生活場所，而且得到了廣泛認可。全數字化視頻監控能夠全天24h實施智能監視，并自動分析出捕捉到的圖像數據，及時傳遞給保衛人員[10]。本方案選擇在各建筑物消防控制室加裝視頻監控攝像頭和一鍵對講設備，通過光纖與消防控制中心監控平臺連接，方便消防巡查人員和消防控制中心進行即時通訊，同時消防控制中心可實時監控各建筑物消防控制室設備運行及人員操作等情況，實現重點消防部位的實時監控和痕跡管理。此外，在建筑物消防泵房（含控制柜）、室外水池等重要部位加裝網絡視頻攝像頭，經光纖也與消防控制中心聯網，由網絡視頻監控平臺控制。網絡監控視頻采用智能視頻監控技術，由電腦監控軟件自動監控管理，視頻攝像頭監控重點區域劃定虛擬電子圍欄，即在視頻畫面上虛擬劃定警戒邊界，對越過邊界的物體進行偵測[11]，一旦有人員等越過虛擬電力圍欄邊界，監控大屏立刻給出報警提醒，監控室人員根據監控圖像進行相關處置，做到消防重點部位24h無縫監視，保證安全。消防工作中通過視頻巡查各重要消防部位，不但可以減少工作人員現場巡查次數，降低工作強度，而且提升了消防工作要求和工作質量，形成消防巡查新模式。

5 消防火警報警與監控視頻聯動功能

LZ大學重點建筑物均實現了視頻攝像頭全覆蓋，利用這一有利條件，本方案考慮增加消防報警與監控視頻聯動功能（簡稱消監聯動功能）。在視頻監控管理平臺（或消防物聯網平臺）增加火災探測器、手動報警按鈕與視頻監控聯動模塊，以實現火災報警情況下該建筑物的消防報警與相應區域視頻攝像頭的聯動。當火災探測器報警時，安防畫面就會自動切換到火災報警點位所在樓層、走道甚至房間的監控畫面，并且能夠語音播報報警的具體位置，并有電子地圖顯示功能 （類似CRT系統），消（監）控值班操作人員就能第一時間通過畫面確認是火災還是火警，包括起火物質、火災的大小、是否有人被困等，為報警、滅火、組織疏散、應急救援等工作提供有力的、直觀的依據，可協助公安機關消防機構的火災事故調查和滅火救援工作[12]。建筑物某一區域發生消防報警時，消防控制中心顯示大屏則優先自動彈出該區域的實時監控畫面，并可選擇顯示該區域防火門、疏散通道以及主要消防滅火設備的實時畫面，消防控制中心工作人員根據實時圖像判斷火情情況，及時安排微型消防站應急人員進行相關處置、指導受困人員進行逃生。因消監聯動功能模塊需要消防設備和視頻監控設備之間進行有效信息交互和信號反饋，模塊需由其中一方或第三方牽頭開發，選擇合適的協議、端口，打通消防設備和視頻監控設備之間的通訊壁壘，確保信息通訊沒有阻礙，數據沒有丟失，保證最終功能無障礙實現。

6 消防物聯網功能信息

物聯網技術的不斷發展，在各個領域得到了廣泛的應用，尤其在消防安全管理方面，能夠有效提升管理效率和質量，促進信息化系統的建立，發展智慧城市智慧校園，提升消防防控水平[13]。本方案在實現過程中優先采用了光纖傳輸，為后期搭載消防物聯網管理平臺提供了便利，各建筑物的消防物聯網相關信息，通過光纖及時有效反饋至消防控制中心。光纖傳輸數據替代移動無線數據傳輸，在提高消防物聯網數據采集可靠性的同時，也降低了消防物聯網后期運行費用。消防控制中心的消防物聯網平臺通過統計、分析、狀態檢測，以及GIS嵌入應用，在物聯網視頻圖墻全方位展示各建筑物消防設施的相關信息，如單位信息、消防設備管理信息、用戶管理信息等。物聯網數據平臺實現整個建筑群的智能化管理，無紙化辦公、火警預警、分級報警處理、風險評估及維保管理等，實現建筑消防設施實時監控及高效管理，提前預警預測風險，降低風險發生率，提升消防安全管理水平[14]。物聯網數據平臺作為智慧消防的重要組成部分，在新一代信息技術發展應用關鍵標準的引領下，利用互聯網信息傳輸技術，加強相關系統布局，提升遠程數據采集和分析水平。總而言之，以物聯網技術為基礎的智慧消防系統極大程度上實現了火災防患于未然的目標[15]。智慧消防也因此得以創新和發展，不僅實現了消防設備的自動巡檢、故障跟進和報警處理的動態管理，而且實現了各類消防子系統的遠程監控和聯動識別，并進一步融合了視頻聯動，將消防、安防設施統籌管理，同時也與政府119報警平臺聯動，在接出警管理、消防調度指揮以及消防維保服務等方面發揮優勢。

7 云平臺及拓展

伴隨著現代科學技術信息的發展，在校園的安全管理過程中，消防系統安全也開始運用信息技術，其中大數據技術得到了的運用，通過數據的采集挖掘和提純等可以實現消防安全信息的掌握，為校園安全管理保駕護航[16]。實際運用過程中，數據采集和分析是消防系統大數據運用的關鍵，云平臺將二者有機聯系在一起。傳統的存儲技術將各平臺的存儲數據割裂開來，無法實現各平臺之間的信息共享，新時期應當積極將云存儲技術應用于消防信息平臺中，將分散的數據庫通過云存儲技術有機的聯系在一起[17]。本方案中以光纖為通訊介質的消防集中聯網管理平臺，在消防控制中心就可實現所有各建筑物消防設備信息的云存儲上傳，不需要為此再給每一棟建筑重復布設相關設備。

云平臺將各類消防信息資源進行共享，單位消防負責人、各中層單位管理人、責任人等均可通過手機端隨時隨地遠程掌握各種消防設施的運行情況，其中用戶層級管理模塊分配相關人員查看主要消防設備的運行視頻，各類數據分析模塊展現一線消防工作人員的工作情況、場所設備運維情況等信息，事故樹分析模型提前發出火災預警，并對危險進行定性和定量分析，等等。云平臺技術在當前大數據新時代經過二次開發和有效利用，將物、人、系統和信息資源有效結合，依靠智能技術的優勢，改變目前的管理方式，提高管理效率和管理水平。云平臺技術加強了消防設施的監管，使消防設施的日常線下管控與線上管控效果沒有差異，尤其支持緊急情況下線上無障礙運行，一旦遇到2002年的SARS事件、2020年的新冠疫情等特殊事件，通過線上控制便實現遠程滅火指揮、信息溝通、任務布置、預防宣傳、專業學習等各功能任務。

隨著消防物聯網技術發展，以及智慧城市、智慧消防系統工程建設的推進，消防工作和消防設備的運行管理、日常監督必將隨著新時代的新技術和新要求，緊隨社會發展并多方面借鑒和融合其他專業新技術實現革新，走向信息現代化、數字化、智能化，為我們的人身安全、財物安全、公共安全提供更好的、全新的服務保障。