物聯網技術在高層建筑火災事故調查中的應用策略

劉盛 王浩杰

摘要：在明確高層建筑火災事故調查的必要性和難點的基礎上，介紹了物聯網技術的基本結構，并針對性地闡述了包括提取高層建筑火災現場靜態信息、確定高層建筑火災事故初始起火點的位置、準確記錄高層建筑火災事故時消防報警與滅火設施的聯動、積極幫助火場指揮員對救援工作的開展提供幫助等在內的物聯網技術在高層建筑火災事故調查中可以發揮的作用。同時，還詳細分析了消防設備物聯網管理的各系統、火災事故調查工作所需物聯網技術的硬件配備、高層建筑消防設備物聯網系統操作系統設計、高層建筑消防設備物聯網系統數據處理在內的高層建筑火災事故調查中物聯網技術的應用，以期能夠對高層建筑火災調查工作和消防物聯網設計與設置提供有益幫助。

關鍵詞：物聯網；高層建筑；火災事故調查

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）01-0115-03

一定時期內，火災事故調查人員確定火災事故的起因、初始起火點、火災發展過程、轟燃發生時間等相關信息僅靠對事故現場進行勘查、取證、鑒定后，再根據既往經驗結合火災動力學的一些基本原理就做出推斷，缺少關鍵的數據信息支撐，再加上火災事故現場環境普遍較為混亂，消防救援人員在撲救火災的過程中會影響火場中的很多痕跡。因此，火災事故調查人員采集的物證頻有瑕疵、數據信度不高，致使后續相關工作的開展受到嚴重影響。根據消防部門公開披露的數據可知，近年來高層建筑火災事故逐漸呈現高發趨勢。然而，高層建筑在建筑形制、內部固定（移動）火災荷載特點和防火設備設施的配備等方面都與單多層建筑有著較為明顯的區別。當高層建筑發生火災后，其火災的各方面特點較單多層建筑火災事故亦有一定區別，因此其火災事故調查工作不僅會受到上述干擾因素的影響，而且還不能簡單套用過往經驗，需要更具有針對性的火災事故調查方法和更為有力的佐證。物聯網技術恰好可以在一定程度上給予火災事故調查人員這一方面的幫助。文章從筆者實際工作經驗出發，對物聯網在高層建筑火災事故調查中的應用進行探討，以期更準確地推斷高層建筑火災事故發生過程中的諸多情況[1-3]。

1 高層建筑火災事故調查的必要性

高層建筑目前已經成為各地新建建筑的主要類型之一，且其火災特點與以往的單多層建筑有著本質區別，火災后果往往是造成群死群傷和經濟財產的巨大損失[4]。通過對高層建筑火災事故起因和過程的準確判斷，盡可能真實地推斷起火原因，重塑火災發展過程。一方面可以為火災事故中各方應負責任進行合理推斷，另一方面更可以為未來高層建筑的防火工作提供現實的實踐經驗和理論依據，還可為應急救援隊伍日后針對高層建筑開展的各項演練工作提供實戰模型，從而使得訓練更具針對性。

2 高層建筑火災事故調查的難點

高層建筑火災事故往往因其內外部固定（移動）火災荷載較大以及建筑構造形式特點，在火災發展過程中極易形成煙囪效應，從而造成了火勢的快速擴散，加速了火焰和熱煙氣在建筑內部的快速蔓延，縮短轟燃發生的時間，同時增加了可能發生轟燃的點位，加之其建筑內部結構復雜，面積龐大等原因，導致火災事故調查人員在現有技術條件支撐下很難準確找到火災事故的初始起火點。通過過往多起高層建筑火災事故現場人員的調查發現，調查人員同火災現場人員了解情況時，經常發現不同人員甚至同一人員前后談話中矛盾較多，使得談話工作不僅不能幫助火災事故調查工作，甚至會對工作人員的判斷帶來一定誤導。由于高層建筑內部空間大，結構復雜，有的起火點較為隱蔽，如果僅靠人工尋找、判斷起火點極為困難，使得火災事故原因認定證據不充分、信服度較低。

3 物聯網技術的基本結構

物聯網技術是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能的技術。典型的物聯網體系架構分為三個層面，自下而上分別是感知層、網絡層和應用層。感知層是物聯網擁有全面感知的關鍵技術，具備更精準、更全面的感知能力，而解決低功耗、小型化和低成本問題是其未來發展方向；網絡層以被識別物體周邊移動信號作為基礎設施，是當前物聯網技術中標準化程度和產業化能力最為完善的部分；應用層是將物聯網技術與行業專業技術相結合，實現廣泛智能化應用的解決方案[5]。

4 物聯網技術在火災事故調查中的作用

當前，高層建筑火災事故調查工作的要求不斷提高，傳統的火災事故調查工作理念和方法亟待更新，而物聯網技術可以較為完善的契合高層建筑火災事故調查工作的這一需求和趨勢，極大提升其工作效率。

4.1? 獲取高層建筑火災現場消防設施等的靜態信息

應用物聯網技術可以實現對高層建筑火災事故現場消防設施靜態信息的收集、匯總和分析。將高層建筑內設置的消防設施分布情況和運行狀況等信息實時錄入到物聯網系統當中，實現高層建筑消防設施信息化管理的同時可以極大節省負責收集該項工作資料的消防安全工作人員的精力，并極大提升火災發生后火災事故調查工作效率。高層建筑內物聯網需要錄入的具體信息包括高層建筑的基本情況、火災隱患重點位置、消防設施設置情況、報警設備安裝情況、高層建筑自身消防水源和周邊水源情況、既定滅火進攻路線和應急疏散線路等信息。

4.2? 確定高層建筑火災事故初始起火點的位置

準確推斷起火原因，找到火災事故源頭是火災事故調查的關鍵環節。一方面，準確推斷起火原因可以為后續推演火災發展過程提供決定性的幫助，另一方面，火災事故的責任推斷可以為日后高層建筑的防火工作提供科學的理論支撐。通過BIM軟件建立高層建筑的三維數字模型，將預先編制的火災應急救援預案、建筑內安設的消防設施等的數據信息以及通過傳感器采集到的包括高層建筑內電氣、消防、樓宇等各設施的運行情況數據存儲在物聯網平臺之上，一旦發生火災事故，便可根據三維數字模型快速、準確地確定初始起火點位，通知應急救援力量開展滅火工作。在進行火災事故調查工作時，也可快速推測初始起火點位，準確判斷起火時間，快速確定起火原因，并為后續相關工作提供必要且有力的數據和材料支持。

4.3? 準確記錄火災發生時消防報警與滅火設施的聯動

真實推演火災過程，重塑真實的火場環境是火災事故調查的重要工作。通過對高層建筑火災發展過程進行推演，一方面，可以發現和總結出高層建筑火災發生和發展的規律，另一方面，可以分析促進或延緩高層建筑火災事故進程的原因。同時，也可對應急救援人員在火災救援過程中采用方案等工作的合理性做出裁定。為了確保高層建筑內發生火災事故后，其預制的消防設施可以及時、有效地發揮既定作用，可以借助物聯網技術的優勢，實現消防預警系統與滅火設施之間的準確聯動，并通過分析消防設施實時運行情況，判斷滅火系統是否完好有效，為及時、有效地保養高層建筑消防設施提供數據支撐。

4.4? 為救援人員開展救援工作提供依據并為后續工作提供數據支撐

當高層建筑發生火災事故時，救援人員可以調取高層建筑物聯網中存儲的消防設備運行信息，對火災的發展情況進行推測，為滅火救援進攻路線的規劃提供必要依據。同時，在高層建筑火災事故的調查階段，通過調取上述信息，還可以輔助工作人員模擬火場實際情況，為后續相關的戰訓、防火工作提供實際教學案例，為相關火災科學研究工作提供實踐支撐。

5 高層建筑火災事故調查中物聯網技術的應用

5.1? 消防設備物聯網管理系統總覽

根據國家物聯網基礎標準工作組制定的物聯網體系結構標準，匯總高層建筑防火設計規范和其消防設備設施的實際特點，設計的高層建筑消防設備物聯網管理系統的構架可由消防設備設施感知控制系統、設備運行維護管理系統、消防信息服務系統、信息資源交換系統、消防管理對象控制系統和用戶服務系統共6個部分組成。

消防設備設施感知控制系統通常包括高層建筑內各類設備設施運行情況的數據顯示系統、火災事故的探測感知系統、收集火災預警設備故障的感知系統、收集滅火設備故障信息的感知系統、采集非用電類設備運行情況的系統和采集高層建筑內各類設施發生位移變化的信息采集系統等6個子系統組成。消防設備設施感知控制系統能借助物聯網技術存儲被感知對象自身運行情況和周邊環境變化的數據信息，并對其進行加工、處理、分析，而后根據各服務對象的具體需要提供相應的服務接口。

設備運行維護管理系統包括與消防設備設施運行維護、管理、法規監管及其他相關的管理系統。其主要作用是確保高層建筑消防物聯網平臺能夠在國家相關法律法規的監管下安全、平穩、可靠運行，是高層建筑消防物聯網平臺良好運行的基礎。

消防信息服務系統在固定場景下可同信息資源交換系統的內容相互轉化，但是信息資源交換系統除具備消防信息的系統外，還應包含對國家安全部門和對高層建筑消防設備運行情況數據資源有需求的單位提供信息的接口。

消防管理對象控制系統包括高層建筑物本體結構的各類基本情況信息和其內部配備的各類消防設備設施情況信息系統。此處所指的消防設備設施主要包括高層建筑內的各類火災自動預警系統、室內外消火栓、各類防火門、疏散通道、消防水源等信息。這些消防設備設施信息系統作為消防管理對象系統的同時也是消防設備設施感知控制系統。

用戶服務系統的用戶主要包括高層建筑業主單位、消防安全監督管理和應急救援單位、消防設備設施檢測和維保機構、高層建筑消防安全工作責任人和管理人以及高層建筑施保單位等。

5.2? 火災事故調查工作所需物聯網技術的硬件配備

高層建筑物聯網硬件的配備應根據所服務建筑的實際需要，對各子系統進行優化設計，并使各系統之間能夠達到協同工作。通常高層建筑物聯網的硬件設備包括負責傳輸火災預警信息的傳輸裝置，設置在噴淋和消火栓等滅火設備末端的無線水壓和液位監測裝置，負責監測空間環境溫度、設備電流、電壓等指標的綜合監測裝置、視頻監控設備以及負責對各類設備設施進行巡檢的裝置等。此外，在供電方面盡量選取易于更換且技術較為成熟的鋰電池，確保設備不間斷運行的同時避免電氣火災的發生，并針對各類設備所處空間的實際情況按規定選擇設備的防塵、防爆和防水等級。此外，在高層建筑投入使用之后，應定期對各類設備進行維護保養和技術更新，一方面確保及時消除設備漏洞，另一方面能及時根據實際需要調整適合所服務建筑的設備，從而更好地為高層建筑日常監測預警和發生火災后的調查工作服務。

5.3? 高層建筑消防設備物聯網系統操作系統設計

高層建筑火災事故調查工作所需的物聯網操作系統設計應遵循操作簡便原則，強化設備監控平臺界面的可視化，確保簡單易學，易于上手。通信功能是物聯網系統的關鍵，必須同物聯網中其他設備設施完全契合，建議選擇CAN總線方式進行信息傳輸，從而使得監控平臺和各設備終端之間可以相互傳輸和共享數據。此外，因為人員操作不當或火災都可能導致物聯網數據丟失和遭到破壞，為此，建議高層建筑的消防物聯網系統選用FIFO+Hash算法，使CAN總線傳遞數據始終處于優先處理級，設定多線程方式循環讀取A線程數據信息，并將獲取CAN數據實時置入到FIFO隊列中。同時，將B線程FIFO隊列出隊操作，從而避免CAN數據丟失和被破壞，保證物聯網數據信息的安全性和完整性，滿足火災事故調查工作對各類數據的需要。

5.4? 高層建筑消防設備物聯網系統數據處理

高層建筑火災事故調查工作所要進行的數據梳理包括多個方面的業務，不同業務之間的通信方式不盡相同，因此需要在各設備終端對數據信息進行分析和處理。為了避免火災發生時，各設備終端的信息記錄不完整，便于發生緊急情況時各應急設備能夠及時啟動，應盡可能實現各平臺信息統一化管理，避免信息記錄不完整。

5.5? 高層建筑消防設備物聯網系統通信網絡技術

高層建筑消防設備物聯網系統在實際應用過程中離不開通信網絡技術的支持，利用通信網絡技術能對收集到的消防設備聯動信息進行及時分析和傳遞，這一過程中，高速寬帶通信網絡技術是關鍵保障。針對目前IPv4技術資源較為有限的實際情況，在建設高層建筑消防設備物聯網時建議選用IPv6代替IPv4，以此滿足高層建筑消防物聯網系統對大量IP地址的需求。除此之外，為了實現對復雜數據的快速匯總、計算和分析，在設備的選型上還應盡可能地選用新設備，利用新概念，例如應用云計算和超級計算機等新型科技。

6 結語

高層建筑消防設備物聯網系統可以通過其所收集到的動態數據信息分析高層建筑內的初始起火點和火焰、熱煙氣蔓延趨勢，從而可以為火災事故調查工作提供高層建筑內各設備全鏈條的運行數據，幫助火災事故調查人員準確、高效地完成對高層建筑火災事故過程的推演工作，增強火災事故責任認定的可信度，更好地服務后續相關工作。

參考文獻：

[1]楊成剛.基于物聯網的消防管理系統的設計與實現[D].長春：吉林大學，2015.

[2]劉藝.基于無線傳感器網絡的遠程智能監控系統研究與設計[D].沈陽：沈陽理工大學，2015.

[3]金玉祥.加強建筑消防設施標準化管理的思考[J].消防科學與技術，2012，31（12）：1365-1367.

[4]丁航.基于云計算的消防監控系統的設計與實現[D].廈門：廈門大學，2012.

[5]申彬彬.智能消防實時監測系統設計與實現[D].長沙：湖南大學，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