基于物聯網的高層建筑防火預警系統研究

摘要：消防隱患一直是高層建筑領域老生常談的問題。隨著高層住宅的普及，其防火問題關系到千家萬戶的利益，受到社會的普遍關注，因此對高層建筑的防火一直是領域內的研究熱點，亦是一項亟需解決的問題。通過調查可知，高層建筑發生火災難以解決的原因，主要是無法準確快速地查明失火的原因和獲取準確的位置，火勢蔓延速度快，危及范圍廣，撲滅的難度較大。隨著物聯網技術的出現，高層建筑的防火技術出現了新的契機。本文主要論述一種基于物聯網技術的新型高層建筑防火預警系統，以滿足高層建筑防火的現實需要，保護城市居民的生命財產安全。

關鍵詞：建筑防火 ?高層建筑??物聯網 ?預警系統

通常而言，服務于建筑消防的通信設備與電力系統相連。但是一旦發生火災，首先中斷的就是建筑物內部的電力供應系統和通信設施，使得消防通信設備失效，導致消防部門無法及時獲取建筑物內部的情況，難以判斷火情，給消防工作的開展帶來了很大的困難。而物聯網技術的運用，則可以很好地解決這一問題。雖然目前火災預警系統已經成為高層建筑必須安裝的設施之一，但是由于供電及其他技術因素影響，其功能往往得不到正常發揮，與物聯網技術融合有助于完善火災預警系統，為我國的消防事業做出貢獻，保障每一位居民的生命安全和財產安全。目前火災報警系統已經普及，但其中很多技術還不成熟，很多時候并沒有發揮其應有的功能^[4]。而且，出于防災減災的目的，不能只滿足于火災發生時系統能夠及時報警，更要在火災發生之前就發出警報，及時向消防部門報備，將火災扼殺在初始狀態。火災發生前的幾分鐘是系統檢測預警的黃金時段，此時建筑內部環境往往會發生異常變化，如溫度升高、煙霧急劇增加等，應當加強防火預警系統的監測功能，在監測到環境參數異常時自動報警。就火災預警的含義而言，系統能夠利用各種現代科技監測環境中的物理表征，能夠在火災發生之前就發出警報，提醒相關人員前去查看，從根本上避免火災發生。

1 物聯網技術

物聯網是在互聯網基礎上發展起來的新興技術，其吸納了互聯網技術的優點，又具有滿足現代信息連通需要的核心科技，能夠良好地服務于日新月異的現代經濟。物聯網的連通基礎比互聯網更加廣泛，可以將任意物品聯系起來，實現萬物的互聯互通，以便實現對任意物品的監管，物聯網的系統結構如下。

作為具有巨大發展潛力的新興技術，物聯網建設被納入國家的規劃重點，給予了大量研發和建設方面的支持。物聯網的實質是對現有互聯網技術的補充和發展，能夠更高效地實現軟件和硬件的結合，促進經濟社會的高質量發展。在總體結構上，物聯網可以分為感知層、網絡層和應用層，各個層級分工明確：感知層主要由傳感節點組成，擁有連接不同網絡的功能，在整個系統中發揮著基礎性作用;網絡層的目的主要是通信;應用層則包含了各類物聯網應用。

2 基于物聯網的高層建筑防火預警系統

2.1?系統架構

相比于傳統的防火預警系統，本文提出的一種基于物聯網所構建的新型高層建筑防火預警系統，通過對其系統性優化，能夠彌補傳統系統的各種不足。在傳感層，新型防火預警系統加入了風速和風向傳感器、溫濕度傳感器、氧氣傳感器等，以便對火災現場實施全面、及時的監測，克服單一傳感系統不能準確反映火災現場情況的缺陷，有助于消防部門快速了解災情，最大限度地降低火災帶來的損失。該火災預警系統由兩大子系統構成：無線傳感器子系統與網絡監測子系統，而兩大子系統的聯通是通過大量數據匯聚點實現的。無線傳感器可以直接感知監測區域，經過數據匯集點的整合將建筑物內部的情況傳輸到遠程監控中心，而整個過程需要聯網實現。不僅如此，傳感器還可以對收集到的信息進行自動化處理，對火災現場的情況做評級處理，發現危急狀況可優先通報。

相比于低層建筑，高層建筑由于住戶較多、火勢蔓延速度快，一旦發生火災很難撲滅，往往會造成巨大的人財物損失，后果不堪設想。因此，針對高層建筑的防火策略是“預防為主，防消結合”。對于高層建筑而言，構建安全可靠的防火預警系統是放在首位的。針對該問題，我國已經頒布了相關的技術標準和實施策略：一旦建筑高度超過250m，建設方就需要針對該建筑的防火問題提出專門的設計方案，在不斷的討論后形成最終方案，并提交消防部門審核，通過審核后才可以繼續建設。除了高層建筑，還有超高層建筑，一般屬于商業、辦公等的集合體，對于消防預警有著極為嚴苛的要求。為了使防火預警系統持續發揮作用，設計者應當兼顧系統的功能性和實用性，考慮到系統的使用者是物業人員，通常不具備較強的編程能力，應當簡化系統的操作界面，方便物業人員使用，將高層建筑的防火系統與消防部門的系統相連，能夠實現自動報警，提升防災減災的效率。但是應當辯證看待系統的自動報警功能，不可避免地會出現誤報的情況，導致自動報警的消息在消防部門的優先級不高，自動報警不能完全取代人工巡視，應當將自動報警與人工巡視有機結合，更加全面地服務于建筑物的防災減災。同時，還應當在高層建筑內部或者附近建設專門的消防分控室，消防分控室需要有專人值班，可以24h監控建筑物內部的情況，一旦發現問題及時報告。

2.2?系統硬件

該系統的硬件主要分布于各節點中，不僅能夠收集監測區域的各種信息，還能夠對收集到的數據進行初步分析和評級，確定現場的溫度、濕度、火焰光的強弱及煙霧的濃度，并以此為依據，選擇不同的路由協議發送數據，不同的協議傳送信息的速度不同。事實上，低速傳感器的信息處理能力較弱，信息傳輸的終端是遠程監控中心，而高速傳感器的信息處理能力較強，可以對收集到的信息進行更加復雜的處理，并將信息直接發送到用戶軟件終端，直接與市民對接，幫助市民及時了解到火災現場的狀況，避免傳播恐慌情緒。為了實現不同的功能，傳感器節點具有不同分類，包括但不局限于用于數據采集、數據處理、數據傳輸等環節。數據采集節點主要檢測區域內各種指標的變化情況，一旦發生異動就會記錄在冊;數據處理節點負責對收集到的數據進行簡單地分類處理，為后續的工作奠定基礎;數據傳輸節點則溝通了數據采集端和監測中心。總而言之，傳感器開展工作的各個部分是相對獨立的，可以保障其工作的持續性和穩定性，即使有部分節點損壞也不影響傳感器的整體功能。值得注意的是，數據采集節點是一切工作的基礎，因此其擁有更為獨特的設計，采用相互接套和相互聯系的方式實現主板拓展，既能提高工作的效率，也能方便之后的檢修，增強系統的拓展性和安全性。

以電氣火災預防技術為例。不論在國內還是國外，該技術一直是消防領域的研究熱點，也是經過實踐檢驗的有效的消防科技。由于電氣火災預防技術的廣泛應用，不少國家都制定了相應的標準和規范，并引導企業積極開發新興消防硬件設施，以便更好地與消防預警系統適配。我國也不例外，學界長期以來將電氣火災預防技術中的電弧型和過熱型預防技術作為研究重點。經過多年的研究已經有了不少的成果，但仍然存在不完善之處，最重要的是缺乏與系統適配的供電和電氣產品，大量的產品存在偷工減料、質量不過關的問題，無法在實際應用中發揮作用。另外，從制度方面看，我國對于消防產品的質檢標準不統一，不同的地區標準不同，容易導致部分產品以假亂真、以次充好，擾亂消防產品市場的秩序，更是將人民群眾的生命財產安全置于巨大的風險中。

2.3軟件設計

該系統的軟件結構主要有3個部分：傳感器節點、匯聚節點和遠程監控平臺，其涵蓋了火災預警的整個流程。不同的軟件具有相對獨立的工作方式，但聯系密切，共同服務于防災減災的目標。通過三者的配合，可以將物聯網深入運用到火災預警過程中，整合各類火災感應設備，對火災現場進行綜合評判，將信息聯網快速傳達給消防人員，幫助消防部門盡快做出人員和物資部署，提升火災救援的效率;另外，還可以將火災信息傳達給現場附近的居民，提醒居民快速疏散，爭取更多逃生時間，減少人員傷亡，最大限度地降低人力和物力的損失。值得注意的是，要想實現上述軟件的正常運行，需要保障設備供電與聯網正常。因此，一般而言，建筑內部的消防設施都有一套獨立的供電設備，以確保通信正常。

例如，針對空氣中懸浮粉塵的消防隱患問題，可以通過軟件設計來解決。眾所周知，空氣中存在大量浮塵時，消防隱患會大大提高，一旦出現火星或者溫度升高就很容易導致火災，且大火會快速充斥整個建筑物內部空間，短時間內造成大量的人力和物力損失。因此，長期以來消防部門一直將遍布懸浮粉塵的工廠車間、實驗室、倉庫等作為重點防范對象，要求配備專門的防火設備，且要求責任人定期排查消防隱患，防患于未然。一般而言，雖然這些場所配備了防火預警設備，但由于空氣中的浮塵會降低室內的亮度等，處于這種場景中的防火設備性能會下降，容易發出錯誤警報，不能很好地達到消防目的。為了解決這個問題，可以加強防火預警系統中的相關軟件，讓系統能夠識別經常性的浮塵環境，并自動更改參數以適應環境，能夠更加靈活地監測建筑內部的情況。

3 系統平臺拓展性分析

該防火預警系統平臺的拓展性主要通過兩個方面展現，一是設備層的可拓展，二是系統集成的可拓展。本系統的設備層在設計時不僅滿足了目前高層設備防火監測的需要，還為系統未來的智能化預留了空間，有助于系統的升級。隨著科技的發展，還可以增加智能煙感軟件、視頻監控軟件等。在系統集成的拓展性上，該系統采用了SOA設計原則和相關技術標準，是一個標準化的預警平臺，形成松耦合模式，實現業務邏輯、應用邏輯和數據邏輯的分離，能夠滿足消防預警的多樣化需要，同時使得數據滿足實用性和開放性原則，拓展系統平臺的使用范圍。該消防預警系統采用的是模塊化的設計，各模塊既相互聯系又相對獨立，能夠獨立地開展工作，集合成一個統一的整體。另外，該系統配備了可開放接口，方便其他系統的接入，能夠和其他系統共享信息，實現資源的整合，既能提高消防預警的工作效率，也能避免消防部門機構冗雜。

高層和超高層建筑物內部的情況較為復雜，具有特殊性，開展防火預警工作更為困難，為了方便建筑物后續的維護和消防系統的升級，本文提及的防火預警系統更具延展性，專門為高層建筑而設計，更具有針對性，使用在高層和超高層建筑中能夠更好地發揮性能，有效抑制火災的產生和發展，幫助建筑內部的人員疏散，同時系統配備的各種硬件設置可以自動進入滅火模式采取應急措施，阻止火災蔓延，為消防員爭取更多的救援時間。但是，目前在超高層建筑的火災防控工作中存在一系列困難，例如，使用單位較多，人員集中且流量大;存在大量的豎向通道，它們會形成巨大的“煙囪”效應，使得火災迅速蔓延;疏散距離長，疏散極度困難;由于建筑高度高，消防水池和水箱的儲水量難以滿足高載荷火災延續時間內的使用等。因此，超高層建筑火災聯動控制應根據自身消防特點設定，目前，我國在此方面的基礎理論、實用技術研究等都存在一定的不足，這是未來的研究方向。

4 結語

綜上所述，高層建筑在現代城市中越來越常見，我國相當一部分的居民住宅都是高層建筑。由此可見，高層建筑的防火與人民群眾的利益緊密相連。但現有的防火預警系統還存在一些設計上的不合理之處，具有一定的安全隱患，無法滿足現代高層建筑的防火需要。為了增強高層建筑消防預警系統的有效性，本文引入物聯網技術，在汲取傳統防火系統設計思路和總結經驗的基礎上提出了一種新型高層建筑防火預警系統。該系統不僅在系統架構方面做出了改進，還對該系統使用的軟件和硬件進行了升級，以便更好地監測建筑物內部的情況，發現有火災跡象時系統會及時將信息傳達給監測中心，便于消防部門快速展開救援，降低人財物的損失，為人民群眾的生命和財產安全提供保障，促進社會的穩定與繁榮。

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中圖分類號：TU976.5DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2202-5640-1016作者簡介：胡波（1970—），男，本科，高級工程師，研究方向為電子工程。