基于物聯網技術的高層建筑消防監督管理研究

1 引言

建筑消防問題關系到居民的日常生活， 而高層建筑因結構復雜、內部空間大等特征，火災風險明顯增加。 為解決當前高層建筑消防監督管理方案的不足， 相關技術人員在物聯網技術體系的基礎上開發了功能互聯的新型消防管理模式，在實現高層建筑消防安全中發揮著重要作用，值得關注。

2 系統架構

物聯網技術實現了不同功能模塊的整合， 為滿足高層建筑物消防監督管理要求，本文將通過物聯網、云計算等技術構建建筑消防狀態識別體系，通過識別消防狀態生成報警信息，支持建筑物消防日常監督與智能分析等功能。 通過物聯網實現設備功能整合，可以全面提升消防監督管理體系[1]。

現階段， 基于物聯網的高層建筑消防監督管理系統結構主要分為4 個功能模塊，分別包括服務層、感知層、應用層與展示層，其詳細架構如圖1 所示。

圖1 基于物聯網的高層建筑消防監督管理系統結構

在圖1 所示架構下， 該物聯網系統可以整合火災自動報警、煙霧探測、視頻監控以及溫度監控等功能，確保系統具有良好的敏感度與可靠性， 可在火災發生的第一階段生成報警信息，為廣大群眾脫離火場爭取寶貴時間。

3 系統方案

3.1 功能設定

在物聯網服務層提供算法模型服務與數據管理服務，在消防監督管理中通過觀察消防設備狀態、 消防預警及消防報警模型等方法提供火災處理數據。 該技術可依托數據監督與數據分類方法快速整合高層建筑物內現場火情信息， 并將其中的關鍵數據上報至消防部門。

3.2 物聯網信息采集

在消防信息采集中使用ZigBee 技術支撐無線傳輸網絡，同時設置物業終端、消防終端。 物聯網信息采集數據流程如圖2 所示。

圖2 信息采集流程

信息采集是實現物聯網消防監督管理的關鍵， 通過信息采集裝置， 依托物聯網提供的動態信息感知功能可以詳細調取各個設備的運行狀態數據并將其上傳至消防管理系統中。根據圖2 介紹的數據處理流程可知， 該物聯網系統的終端采樣裝置在接收消防信息后可基于ZigBee 協議處理信息并上傳； 當路由器采集消防信息后可根據響應規則對信息進行第一次加工，并將其上傳至協調器中；協調器整合信息后，通過串口電路、以太網電路等渠道將信息上傳到因特網上；以太網處理信息后即可上傳至系統平臺[2]。

該系統通過調取消防設備關鍵信息評估狀態（見圖3），若發現消防設備存在故障或狀態異常，會生成報警信息，并與當地視頻監控系統聯動，確保物業可及時指派專人修復。

圖3 消防設備關鍵信息狀態評估架構

在物聯網平臺上引入火災預警信息處理模型， 該模型可采集消防系統發布的火情信息， 并對高層建筑物內部環境展開實時監督。 當監測區域內的溫度、煙霧水平異常時，系統拍攝現場資料上傳云端，并生成報警信息，由工作人員判斷是否發生火災；若設計時間內工作人員未給予反饋，系統可默認火災發生并發出警報。 在發出火災報警信息后，物聯網主機將火情信息發送至消防部門終端，同時播放現場安防視頻，由消防人員判斷火災情況，為快速處理火災提供資料支持。 例如，物聯網可以自動評估局部設置自動計算用水量變化的合理性，在系統中輸入限值后，對于低于限值的情況產生報警信息，其計算方法見式（1）：

式中，V 為室內消防給水的最大用水量，m3；qli為室內第i 種水滅火器的設計流量值，L/s；tli為室內第i 種水滅火系統的火災延續時間，h。

3.3 消防監督數據整合

該物聯網系統可以整合消防臺賬數據、火情數據以及消防設備故障統計數據等，通過定期清洗其中的無效數據保證系統響應能力。 在數據整合后即可以實現消防設備識別、消防異常預警以及建筑物消防安全評估等。 其詳細功能如表1 所示。

表1 消防監督數據整合資料

在表1 所介紹的功能模塊基礎上， 物聯網平臺可通過消防異常預警功能采集現場火災實時資料， 系統內部設置視頻分析算法快速識別火警預警信息，包括溫度、煙霧等。 確定火災發生后， 物聯網平臺通過視頻監控系統采集圖像并構建區域模型，利用該模型與消防車輛定位系統的整合，引導消防車輛快速抵達火災點； 若周圍存在消防通道占用情況系統自動發出警報信息，確保物業等相關部門盡快處置。 為強化其消防報警功能，在物聯網平臺上采用視頻分析算法，可對火災發生高風險區域（包括通信機房、電纜夾層、站用變等）進行24 h 監督， 上述空間一旦檢測到溫度升高并伴有煙霧等情況系統立即發出報警信息，通知相關人員快速處理。

3.4 消防監督信息處理

現場采集的消防監督信息可以直接接入探測終端與主機上，系統通過整合消防報警信息、消防設備狀態信息后，方便物業進行消防設備運維管理與隱患排查， 消防部門也可通過調取消防數據完成日常巡檢、隱患整改、警情處理等，對于物聯網數據處理中存在消防隱患的信息反饋至物業， 由物業及時處理。

4 應用優勢

基于物聯網平臺的高層建筑消防監督管理系統建成后，有助于提升消防監督管理能力，發現消防設備潛在質量隱患。

4.1 滿足日常消防監督檢查要求

構建消防物聯網后， 高層建筑中的消防設備均獲得不同電子標簽，將電子標簽輸入傳感器，確保消防部門在消防檢查時通過掃描電子標簽即可獲得消防信息。 例如，根據系統中消防設備的采購、檢修時間，判斷建筑消防設備工作年限是否符合規定等。 同時，物聯網傳感器交互系統支持隨時查閱高層建筑物的火災檢查記錄，通過物聯網定期更新消防設備信息，將消防信息上傳至建筑消防室， 確保在發生火災時及時救援并可指導建筑內部人員自救[3]。

例如， 通過物聯網技術在高層建筑中的每個消防栓中增設遙感檢測模塊， 確保消防部門在認可時間內通過移動端或固定端采集消防栓的運行狀態信息，其優勢表現為：

1）利用物聯網統計消防栓的工作狀態，判斷有無違法規定問題，如消防栓水壓不足等。

2）若高層建筑發生火災，消防人員通過物聯網可確定最近消火栓位置，及時投入消防救災工作中，以降低損失。

4.2 有助于保障消防設施完好

高層建筑中的人流量大且成分復雜， 經常出現消防器材破壞、丟失問題，這也成為現代高層建筑消防監督管理中的常態化內容。 傳統做法是指派責任人定期檢查消防設置擺放點，通過肉眼觀察消防栓、 噴淋裝置與水箱等重要設施齊全且質量合格。 但上述巡檢過程存在明顯問題，一方面高層建筑物的消防設備巡檢難度高，因為消防器材數量大且分布面廣，需要投入大量的人力資源，這對于日常巡檢工作而言難以實現。 另一方面， 單方面通過肉眼觀察的方法難以精準判斷消防設備的功能變化， 如部分消防設施無法通過現場檢測的方式判斷性能指標。

物聯網技術有效解決了上述問題， 其與每個消防設備建立信息連接后， 即可根據每個消防設備信號反饋結果判斷狀態， 如物聯網平臺發現某消防設備的信號異常則可以判斷設備損壞， 即可指派工作人員到現場檢查。 與傳統工作模式相比， 基于物聯網平臺的高層建筑消防監督管理具有更高的管理效率與質量，與人工模式相比，物聯網平臺運行效率更快，對設備異常狀態的敏感度更高，具有技術優勢。 除此之外，該系統可以直接接入城市物聯網消防遠程監控系統與智慧消防物聯網平臺，實時監測高層建筑消防裝置狀態，包括消防給水及消火栓系統的消防水泵電源工作狀態、故障狀態；消防電梯的停用和故障狀態；自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統的消防水泵電源工作狀態、消防水泵故障狀態。

5 結語