綜合性多層級智慧消防監管平臺建設研究

唐俊杰 李曉峰 司田煜

作者簡介：

唐俊杰（1984- ），男，漢族，上海人，本科，工程師，研究方向：企業智能化、信息化系統項目建設；李曉峰（1971- ），男，漢族，浙江舟山人，本科，注冊安全工程師（化工安全），研究方向：消防應急信息化；司田煜（1994- ），男，漢族，江蘇豐縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：企業智能化、信息化系統項目建設。

摘要：消防應急是危化品倉儲企業必要的管理環節，智慧消防系統是“工業互聯網+安全生產”試點建設方案的重點內容。本研究將基于物聯網，結合5G通信、大數據分析、AI智能研判等技術，研究標準化、信息化、數字化、智能化的多層級智慧消防系統建設方法，探討一個全流程管理的綜合性火災防控救援系統框架，集成海陸空一體化救援力量，實現智慧防控、智慧管理、智慧作戰、智慧指揮的目標，提高危化品倉儲庫區的應急消防水平。

關鍵詞：智慧消防；物聯網；多層級；信息系統；應急救援；工業互聯網+安全生產

引言

近年來，危化品行業的安全形勢日益嚴峻，而火災又是各類事故中危害最大、造成損失最嚴重的一項，還會引發污染、爆炸等一系列危害。國家統計局數據顯示，僅2019年一年就發生較大火災802起，重大火災8起，大大危害到了人民的生命安全和財產安全。火災事故具有破壞性大、發生過程短、救援難度高等特點，2015年天津港8.12危險品倉庫特別重大火災爆炸事故、2017年鹽湖6.28較大爆炸事故、2018年宜賓7.12重大爆燃事故等均是由火災引起的。由此可見，消防管理在危化品倉儲企業屬于重中之重。

傳統的消防管理系統在設計和使用時都存在著一定的局限性，過于依賴使用場所和人工監管，存在消防設備老化、控制終端技術落后、日常管理流于形式、工作人員缺乏相關消防知識等問題[1]。因此，危化品倉儲行業亟需一個標準化、信息化、智能化、數字化的智慧消防產品，能夠打通消防管理全流程，將消防管理水平提升到一個新高度。

隨著科學技術水平的提高，物聯網、大數據等先進技術被逐步地應用在安全管理當中，同時國家也出臺了多項政策推進危化品倉儲企業的信息化升級、智慧化改造。2021年4月，應急管理部印發了《“工業互聯網+危化安全生產”試點建設方案》，要求推進新一代信息技術和危險化學品安全生產深度融合，實現數字化轉型、智能化升級，強化安全生產基礎和技術創新能力，構建“工業互聯網+危化安全生產”技術體系和應用生態系統，提升安全生產風險感知評估、監測預警和響應處置能力，為促進企業和監管部門安全管理數字化轉型賦能。其中企業應用場景特別強調了敏捷應急的建設工作，要求化工企業通過工業互聯網全面賦能，覆蓋應急管理的預防、準備、響應、恢復全部4個階段，應用VR和AI技術，實現應急處置輔助資料的精準推送、應急資源的實時更新、應急救援的智能決策、應急隊伍的快速聯動和應急過程的全程記錄。

目前，智慧消防已經成為消防安全管理的一個新方向，相關研究也不斷涌現。袁珍將ZigBee無線傳輸和視頻檢測技術融入消防報警系統，提高了實時性報警的準確度[2]。謝濟濤等人提出了由監督平臺、監控系統、大數據系統、消防救援調配、智能巡檢5部分組成的智慧消防系統[3]。趙誠婧提出了自動化火災防控、智能化救援指揮、精細化服務管理的概念[4]。云洋基于傳感器與大數據技術研究了防火監督信息數據庫的建立方法[5]。段曉東從監管部門層面提出了城市范圍的遠程火災監控系統建設思路[6]。

然而上述消防系統都沒有實現消防管理全過程的打通，無法滿足應急救援力量的零延遲銜接，不能做到全員全流程參與，且難以適用于危化品倉儲企業的復雜管理條件。特別是針對多數石化倉儲庫區消防系統相互之間無法聯動、報警裝置未形成聯鎖、裝置點位不夠準確等問題，亟需一套綜合的智慧消防系統提升庫區的消防管理水平[7]。本文所研究的基于物聯網技術的多層級智慧消防系統，能夠做到日常管理、事前預警、消防救援、事故分析、能力提升的全流程智慧管理，通過物聯網技術、5G通信、AI智能研判打造綜合性火災防控平臺，切實提高危化品企業的消防管理水平[8]。

一、智慧消防系統多層級框架構建思路

為了解決傳統消防管理過程中數據收集不全面、“信息孤島”難以打通、消防信息全面感知能力差、智能化處理不及時等問題，本研究將從技術和多層級架構兩個維度入手，解決上述問題，構建綜合性的智慧消防系統。智慧消防系統的建設應滿足如下目標：

智慧防控：發現異常自動報警，提升信息傳遞的效率。集成高科技智能終端、感知設備，利用物聯網技術，結合大數據云平臺，一旦檢測到險情與異常，系統自動在第一時間通過終端設備通知用戶及時處理。從被動發現險情為主動監測預警，以防為主，將險情控制在萌芽狀態。

智慧作戰：根據實時動態數據，更高效精準作戰。通過視頻監控系統、物聯網數據等，智慧消防能實現現場人員、地理方位、實景數據等的集成，并實時動態更新，現場作戰人員借助這些精細化數據，能實現精準作戰，提升救援效率。

智慧管理：系統化日常管理，保障消防設施的完好。利用物聯網、紅外線感知等技術，能很好地記錄當前消防設備的位置、狀態，如有系統損壞及時報修，能更好保障消防設施的完好，提供精準的設備信息。

智慧指揮：現場可視化動態圖像，實現調度智能化。現場圖像實時傳輸，一張圖鏈接所有的系統和數據，滿足可視化、動態化指揮需求，實現消防救援人員、消防車輛、消防裝備、消防水源、消防物資等各類資源的實時智能化調度，幫助以最快的速度撲救，最大化保障人員財產安全。

（一）系統建設技術手段

智慧消防系統應充分結合企業的自動化基礎和使用需求，通過數據采集、信息系統集成、統一平臺展示、綜合化消防部署的方式建設。首先，第一階段應基于企業已有自控層架構，通過OPC/DA協議將現場生產、消防PHD實時數據庫系統等實時數據采集至云端實時數據庫。其次，聯動智慧消防監控及企業信息管理系統、對接應急系統，建設智慧消防一體化管控平臺，通過合理布局及可視化展示，將集成的數據進行可視化展示，實現庫區整體監控，滿足實時報警處置功能。最后，利用5G通信、物聯網、云計算等技術優勢，將視頻分析、視頻報警等可視化AI技術應用到智慧消防系統中，真正做到消防工作的“智慧”提升，實現報警方式多樣化、輔助功能聯動化、數據預警可視化、救援地點準確化、指揮系統網絡化、指揮決策智能化。在第二階段，可以結合庫區智慧消防建設項目，改造、新增模擬消防固定設施、消防自控系統、消防控制柜等實訓設施，建設消防管理模擬界面，開展消防設施操作員取證、智慧消防培訓等功能，滿足應急管理人員智慧消防培訓需求，從專業人員角度進一步提升消防管理水平。智慧消防系統的建設應該從三個層面開展。

管理理念及準備：應急預案轉化、消防能力培訓。

制度保障：應急響應機制保障、應急處置機制保障。

技術支撐：大數據、5G通信、物聯網技術、AI分析；衛星定位、傳感器、消防裝備。

智慧消防系統的核心要素是數據互通、資源調配、流程打通和監控指揮，通過自控數據的采集、信息系統的集成、監控駕駛艙界面的展示，將消防資源進行整合，聯動消防報警，通過可視化界面進行監控和指揮，實現全數據量化研判、全業態深化應用、全地域業務覆蓋、全流程分析展示。

同時，智慧消防系統還應實現3級數據互通，1級是與庫區自控數據的數據互通，2級是與應急救援設備、應急救援隊伍、衛星網絡之間的數據互通，3級是與省/市應急指揮中心、國家應急救援中心之間的數據互通，并且打通3級的數據通道，構建一體化應急協同網絡，做到全流程、全業態的應急消防響應。

（二）多層級架構

智慧消防系統將通過多層級的概念，從感知預警到響應處置到復原分析，貫穿應急消防全流程。本文所述的智慧消防研究將系統按照事件順序分為六個層級，分別是感知層、預警層、響應層、處置層、復原層、輔助層。多層級的系統架構可以做到職責明確、處置清晰、覆蓋全面的優勢。

二、多層級智慧消防系統詳細建設內容

（一）感知層

感知層的設計將從3個維度出發，分別是消防自控設備、視頻AI輔助、人員定位管理，涵蓋“人、機、料、環”各個層面，做到全方位的火災感知。

在設備方面，系統需要對接集成庫區的消防自控設備，包括可燃氣體檢測裝置、光纖光柵感溫裝置、儲罐無線測溫技術、移動式消防設備、工業防爆無人機等，實現第一時間的自控信號匯總分析。利用AI分析識別技術，通過視頻監控進行輔助分析，搭載相應的智能算法，可以實現人員違規行為、關鍵部分溢油、煙霧分析、火災火焰等的感知。利用真實環境事故模擬的方式逐步積累素材，提高算法模型精度。同時，系統應將感知責任落實到個人，以人為感知基礎，提升消防判斷及救援物資能力判斷，結合人員定位管理、二道門管理，以實現對人員管理的提升，并借以班組的概念實現分級管控。

（二）預警層

在集成各類消防數據的基礎上，開展綜合監控及響應、處置一體化平臺。

1.消防相關系統及設備的所有圖層及點位展示（可燃、火災報警、感溫光柵、消防設施等）。

2.在系統地圖中可對消防設備分布進行打點及檢修掛牌，同時可顯示該設備狀態、信息、完好情況等。

3.具備智能計算消火栓、泡沫站、消防水池、消防水罐等消防供給設備的可持續時間，為現場作戰指揮調度戰時資源提供輔助參考。

4.建立設備管理臺賬，對消防設備進行管理，能夠對臨近超期的設備以及泡沫液有效期等進行彈窗提醒。

5.消防相關系統的報警信號接入及信息展示，細化報警信息的點位展示，細化到具體報警的設備設施，而不是只顯示一個報警類型或報警儲罐。

6.消防泵狀態需顯示壓力、溫度、電壓、電流等設備狀態數據。

7.報警處置流程，做到流程流轉，每一步對應相關操作確認人員，實現線下流程表單電子化。同時系統需記錄報警記錄、操作記錄，生成相關日志。

8.在系統地圖中需要有消防管網主線路展示。

9.系統能夠與其他應急系統等進行對接。

（三）響應層

建立成熟的響應機制，實現快速反應、數字化預案、消防力量協同。

應建立逐級響應機制，從員工、班組、企業到園區，快速完成初期響應，為后續的消防響應和政府對接做好準備工作。在火災得到響應后，應立即啟動數字化預案。數字化預案分為平時和戰時兩個部分，平時負責將線下預案轉化為系統可執行的數字化預案，梳理預案體系，戰時負責建立逐級響應相關機制，啟動數據化預案，根據事態情況選取最優預案，調動應急資源，為后續的消防處置提供指揮方案。根據數字化預案的內容對接消防應急系統，完成事故接處警，聯動指揮救援，實現快速事故反應和傳遞，提高事故防范意識，提升事故響應效率。

（四）處置層

智慧消防系統需要聯動企業、園區、政府的應急消防救援力量，做到高效集成隊伍、人員和裝備，實現跨平臺通訊、可視化定位、可視化指揮的海陸空一體化指揮實戰功能。

（五）復原層

復原層負責研究事故后現場復原、工藝系統復原，建立相應的分析模型，如監測數據關聯統計模型、污染指標關聯溯源模型、火災源頭素原模型、風險單元統計模型等，對火災事故形成完整的事后分析，提高火災預防能力。

（六）輔助層

在輔助層構建智慧消防培訓平臺，通過教學、實訓、模擬、演練、競賽、測試等方式組建專業消防隊伍，同時讓庫區工作人員具備消防安全專業知識。培訓中心建設可分為：真實火災實訓區、火災仿真模擬區、配套設施區、公用工程區、綜合服務區；應急救援真實火災實訓、應急救援裝備測試培訓、應急救援技能競賽、應急預案綜合演練、應急裝備展示交流。

三、智慧消防監控平臺

危化品倉儲企業應圍繞智慧消防系統建設監控平臺，聯動自控設備、報警設備、視頻監控、應急廣播等系統，實現對庫區的智慧化消防可視化綜合管理。

可視化監控平臺應以庫區地圖模塊為基礎，展示每個儲罐的圖標和位置，點擊儲罐圖標，能夠顯示相關信息，同時展示消防水罐液位、泡沫站液位、應急消防裝備信息、報警處置記錄、值班人員信息、消防泵狀態、官網壓力監控、視頻監控、報警彈框等信息。

結語

智慧消防系統的建立，需要從危化品企業自身的消防應急管理需求出發，貫徹落實政府部門的監管要求，迅速聯動應急救援力量，做到制度標準落地、數據信息打通、人員專業培訓，可以提高企業及園區的消防應急能力，降低人員傷亡及財產損失，取得積極的社會效益。

參考文獻

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