物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧建筑消防工程中的應(yīng)用研究

黃廣國，晉廣慶，胡志誠

（1.山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計有限公司，山東 濟南 250002；2.山東君天建設(shè)工程有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

隨著中國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市各類建筑所面臨的各種火災(zāi)危險性也在迅速上升，城市消防工作任務(wù)日趨復(fù)雜艱巨。中華人民共和國國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會2022年2月印發(fā)的《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》中要求推行新型監(jiān)管模式，實施“互聯(lián)網(wǎng)+”監(jiān)管。堅持智慧引領(lǐng)，充分運用物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息技術(shù)，全時段、可視化監(jiān)測單位消防安全狀況，實時化、智能化評估消防安全風險，提高預(yù)測、預(yù)警能力，分級分類實施差異化消防安全線上監(jiān)管[1-5]。加速推動消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)工程建設(shè)，全方位推進消防設(shè)備信息化工程建設(shè)與滅火服務(wù)管理工作的相互結(jié)合、構(gòu)建全覆蓋面的火災(zāi)事故防治體系，加快推進現(xiàn)代科技物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與消防工作的深度融合已是刻不容緩的任務(wù)。

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸成熟，其在各行各業(yè)中的應(yīng)用均已取得良好效果。在建筑物的消防設(shè)施領(lǐng)域，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將微型的傳感元件植入到建筑物消防設(shè)施內(nèi)，再利用物聯(lián)網(wǎng)的傳輸方式將數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用終端，就可以實現(xiàn)對建筑物內(nèi)的消防設(shè)施的實時遠程監(jiān)控管理。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能系統(tǒng)工程，已成為當前智能建筑及消防設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主要態(tài)勢。區(qū)別于依靠總線技術(shù)的傳統(tǒng)消防設(shè)備管理系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能消防設(shè)備管理系統(tǒng)已經(jīng)建立了統(tǒng)一的標準化互聯(lián)與信息傳輸機制，并且在智能硬件上應(yīng)用的嵌入式微處理器也能夠通過系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)計的通信模塊接入以太網(wǎng)，從而完成消防信息與消防設(shè)備數(shù)據(jù)的傳遞。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)，主要由感知信號的收集部分、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及安全協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行平臺和數(shù)據(jù)處理中心等構(gòu)成。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)和設(shè)備管理相關(guān)技術(shù)，操作系統(tǒng)的總體設(shè)計架構(gòu)包括了感知層、信息傳輸層、使用層和管理層[6]，如圖1所示。

圖1 消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)

感知層由多個傳感器和信號的網(wǎng)關(guān)所構(gòu)成，包含RFID、傳感器、GPS、攝像頭、激光掃描儀、視頻采集終端、NFC標簽和識讀器等，負責感知和收集系統(tǒng)所需要的信息，其收集來源一般有電子感應(yīng)器、視頻集終端、物聯(lián)監(jiān)控、物聯(lián)巡查系統(tǒng)等，通過報警主機信息采集終端，獲取火災(zāi)探測器、可燃氣體探測器、火焰探測器等終端的報警巡檢信息，并對數(shù)據(jù)進行整理與分析后，利用LoRa模塊或NB-IoT模塊將消防設(shè)施信息傳遞至傳輸層。

傳輸層主要是利用無線網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)報警控制器對所接收的底層采集信號進行管理和傳遞；并通過有線互聯(lián)網(wǎng)和GPRS無線傳輸方式，將云服務(wù)器與火災(zāi)報警控制臺連接起來，支持雙向通信。

運行層則采取支持服務(wù)方法，利用信息運營中心實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析使用，主要由監(jiān)控中心計算機和智能手機等構(gòu)成；數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺分為消防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺和消防大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，實現(xiàn)對消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)的監(jiān)管。

管理層主要包含消防物聯(lián)網(wǎng)信息中心和指揮中心。消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化應(yīng)符合消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化管理中心的要求，并應(yīng)接受消防大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺的管理；消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)的管理層應(yīng)對數(shù)據(jù)安全監(jiān)測、數(shù)據(jù)支撐層分析、傳輸數(shù)據(jù)涉密、統(tǒng)計體檢報告等進行管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)感知層硬件設(shè)計

系統(tǒng)感知層主要包含傳感器或探測器設(shè)計，傳感器或探測器類型可采用報警主機信息采集終端、水系統(tǒng)信息采集傳感器、RFID標簽、NFC標簽、風速傳感器和視頻采集終端等。感知層硬件可分為4個功能模塊：傳感器模塊、控制模塊、傳輸模塊和電源模塊，如圖2所示。

圖2 感知層設(shè)備功能模塊

2.2 火災(zāi)報警控制器硬件設(shè)計

火災(zāi)報警控制器主要由主控模塊、顯示模塊、存儲模塊等組成，如圖3所示。控制器的主控模塊通過RS 485通信模塊獲取數(shù)據(jù)，利用以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)與云服務(wù)器的信息傳遞，同時數(shù)據(jù)輸出也可利用GPRS模塊、WiFi模塊、藍牙模塊完成，用于滿足不同使用環(huán)境下的信息傳遞。火災(zāi)報警控制器的顯示模塊可使用LCD液晶顯示屏，顯示屏支持觸摸控制功能。語音模塊的主要功能是當報警控制器接收到報警信號后，能夠播放疏散語音信息及火災(zāi)警示音。存儲模塊用于數(shù)據(jù)的存儲和歷史查詢，其數(shù)據(jù)安全和存儲可靠性應(yīng)不小于99.99%。

圖3 火災(zāi)報警控制器原理

3 消防智能化系統(tǒng)信息云平臺

消防智能化系統(tǒng)信息云平臺整體架構(gòu)如圖4所示，其使用的數(shù)據(jù)分析信息系統(tǒng)包括：建設(shè)工程項目信息系統(tǒng)、室外消防給水系統(tǒng)、室內(nèi)消防給水系統(tǒng)、自動噴淋滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、機械防煙排煙管理系統(tǒng)、火災(zāi)事故手動操作系統(tǒng)、緊急情況播報管理系統(tǒng)、消防專用電話系統(tǒng)、滅火器聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)、電力火災(zāi)事故監(jiān)測系統(tǒng)、消防電源檢測管理系統(tǒng)、緊急情況燈光與緊急情況撤離指揮標識管理系統(tǒng)、易燃氣體檢測與應(yīng)急報警管理系統(tǒng)、消防防火門監(jiān)控管理系統(tǒng)等。

圖4 消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)信息云平臺

消防智能化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)具備各類消防器材的狀態(tài)監(jiān)控、消防人員現(xiàn)場巡查信息、消防設(shè)施定位信息報警、模糊控制邏輯分析、火災(zāi)危險性綜合評價、手機APP實時訪問等模塊。

3.1 物聯(lián)監(jiān)測功能

信息系統(tǒng)可實時對各種消防器材的安全情況進行監(jiān)控，并接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、防煙排煙監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、消防栓監(jiān)測系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急消防廣播等，實時監(jiān)測各種消防設(shè)施的狀況[7]。

基于成熟的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)、嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)，利用消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)信息云平臺還可以監(jiān)視物聯(lián)網(wǎng)建筑滅火器的位置、使用壽命、內(nèi)部壓力等參數(shù)，可實現(xiàn)滅火器的全時空動態(tài)管理，使滅火器始終處于正常的待工作狀態(tài)。

3.2 物聯(lián)巡查功能

通過消防智能化信息系統(tǒng)的實時巡邏系統(tǒng)，可隨時監(jiān)督消防人員的工作情況。消防人員在現(xiàn)場巡查消防設(shè)施安全情況后，通過刷身份證等其他有效證件，系統(tǒng)會自動拍攝場景圖像，并對消防人員進行人像對比分析，確定消防人員的執(zhí)業(yè)身份，判斷是否為持證上崗，杜絕無證上崗，加強消防巡查人員的管理[8]。

3.3 CRT地圖實時報警功能

當系統(tǒng)監(jiān)測到火警信息后，信息系統(tǒng)將及時在CRT地圖中鎖定報警點的具體位置，可關(guān)聯(lián)最近的網(wǎng)絡(luò)攝像頭并觀看事故現(xiàn)場錄像，也可對各有關(guān)單位負責人發(fā)出報警或異常簡訊，并同時給出告警提醒。火災(zāi)監(jiān)管部門能從信息網(wǎng)絡(luò)中精確鎖定著火場所具體位置，并聽到聲光報警，從而大大提升了火災(zāi)報警器的工作水平和對火災(zāi)事故的處置效能。

3.4 綜合評估功能

數(shù)據(jù)平臺可以對建設(shè)工程項目的消防設(shè)施進行全面評價以及對火災(zāi)預(yù)警控制器和滅火聯(lián)合控制臺的歷史和實際工作狀態(tài)作出整體評價，從而確定火災(zāi)設(shè)施故障率、維護費用和抓鬮兒數(shù)[9]。

消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)是火災(zāi)隱患防控服務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)升級，通過物防、技防輔助人防，可實現(xiàn)及時有效排查及處置火災(zāi)隱患。系統(tǒng)建成后，消防監(jiān)管單位可解決長期以來消防監(jiān)管工作人手不足、工作量大、執(zhí)行難的問題，實現(xiàn)消防分級管理，監(jiān)管遠程化、數(shù)字化、可視化[10]。

3.5 移動終端APP實時監(jiān)測功能

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到建筑物消防設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)中具有一定的現(xiàn)實意義。通過對物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析，形成了建筑工程消防物聯(lián)網(wǎng)體系，實現(xiàn)了對建筑物消防工作關(guān)鍵要素的實時監(jiān)控；并能夠根據(jù)應(yīng)用平臺的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對建筑物內(nèi)消防裝備的運作情況作出綜合評價。建筑消防物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)為消防物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)管理平臺的建設(shè)奠定了基石，是解決建筑物內(nèi)滅火裝置檢測和維修管理問題的有效方式之一，它還能夠進行動態(tài)監(jiān)管，以及時發(fā)現(xiàn)建筑物滅火裝置的風險，從而提升消防系統(tǒng)的滅火效率。

4 結(jié) 語

消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)已經(jīng)成為消防建設(shè)項目中不容忽視的關(guān)鍵部分。不久的將來，越來越多的項目將會利用消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)，逐漸構(gòu)建起“智慧消防”的體系，每個城市的消防主管單位都可以與多個項目的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化系統(tǒng)實現(xiàn)連接和集成，形成數(shù)據(jù)融合共享的城市物聯(lián)網(wǎng)消防與遠程監(jiān)測系統(tǒng)。利用現(xiàn)代化信息科技，對建筑消防工程形成了立體化全信息管控，形成完整全面的智能消防解決方案；并通過圖形化、多集成、多接口的技術(shù)表現(xiàn)形式，切實提升城市的消防現(xiàn)代化管理水平。