智慧消防系統的構建與應用研究

摘要：

城鎮化發展越來越快，傳統的消防系統已無法適應當前社會發展的需要。為此，本文分別設計電力、電源、故障電弧、可視化視頻、電氣火災、防火門、可燃物、巡查檢查管理等8個監督子系統，由8個子系統構建智慧消防系統，在各個子系統的作用下，智慧消防系統連鎖反應，對消防終端實時采集信息、及時傳輸數據、快速分析處理、迅速行動排除，對異常信號或預警信號進行自檢測識別、判斷安全隱患、下達行動指令，可視化巡查檢查查找消防災情具體位置、時間、態勢，并打卡記錄上傳系統，提醒消防機構及相關部門，聯動出擊、消除隱患，確保人民生產生活安全。

關鍵詞：

消防系統；智慧技術；構建應用；安全防范

引言

城市經濟的不斷發展，加快了城鎮化建設進程。大量改擴建、新建的建筑工程涌現，高層或超高層建筑越來越多，建筑容量越來越大，建筑結構也越來越復雜，空間跨度也越來越大，無疑給建筑消防增加了很大的難度，大大提高了硬件設施設計建設要求。由此可見，消防人才儲備和軟件配置同樣至關重要。由于高層或者超高層的復雜結構，致使商住建筑發生火災的時間、位置、火情發展等均具有不確定性，隨機性很強。一旦發生火情，如何做到快速發現、確定準確位置、有效疏散建筑內人員、實現火災撲救等系列問題是當代消防需要考慮的關鍵。

二維平面指示圖是當前建筑所能提供的主要疏散示意圖，一定程度上能夠發揮作用，但可視性、直觀性等缺陷依然明顯[1]，致使火災發生時逃生路線無法實現靈活調整。由于復雜的建筑結構制約，二維平面消防疏散圖無法體現消防設備、空間信息、人員分布等基準信息，很難有效展示相互關系，在救援人員不熟悉建筑結構情況下，很難找到安全出口、消防設備和滅火路線的具體位置，再加上濃煙四散、火勢逼人、起火點不確定等惡劣復雜環境，建筑內人員很難快速找到有效逃生疏散路徑，大大增加了疏散路徑選擇時間和火災撲救工作難度[2]。這說明以前傳統靜態疏散引導方式的疏散示意圖已無法滿足現代都市大型建筑疏散引導需求[3]，難以實現高效疏散引導。傳統的消防體系很難及時、充分了解火情現狀、消防布置、區域結構、被困人員等基礎信息，消防救援人員無法在第一時間趕赴著火點，也無法根據火情實際制定有效快捷的救援路徑。為此，本文將結合BIM技術和智能化技術，進一步優化建筑設計，針對性管理使用設施設備，使其能夠高效快速了解火情，提高消防救援實效。

一、智慧消防系統原理分析

智慧消防系統主要是在消防系統中引入現代物聯網技術，與建筑設計施工同步構建的火災自動報警、消防電氣監控、滅火水源控制、逃生救援路徑等系列物聯網系統，從而將傳統消防體系升級為現代智慧消防體系。窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）智慧消防系統（原理圖如圖1所示）主要通過“感、傳、知、用”手段，綜合利用NB-IoT無線傳感、射頻識別（RFID）、地理信息系統（GIS）、大數據、云計算、人工智能等技術[4]，采用無線通信、互聯網、局域網、系統專網等信息網絡技術，通過NB-IoT智能化感知、RFID識別、GIS跟蹤定位了解消防設施設備、人員分布、火災現場等實時狀態[5]，采集、傳遞、反饋、處理現場火情信息，對收集反饋數據信息及時處理，充分挖掘數據潛在含義，科學分析火災現場火情態勢，為消防監督管理、實時消防救援提供第一手基礎信息支撐，提升消防現代化智能監督管理水平，提高消防救援滅火能力，推進智慧城市高效發展。

智慧消防系統致力于消防預防自動化、救援指揮智能化、工作日常體系化、部門聯動高效化，積極引入應用NB-IoT、云計算、大數據、GIS等現代化信息技術，實行智慧檢查、智慧預防、智慧執法、智慧搶險、智慧救援、智慧管理，不斷創新消防現代化管理模式。構建智慧消防系統的目的是促進社會單位履責盡職，加大消防檢查和巡查力度，使得各單位主體與消防部門實現隱患信息互通，執法更加精準，按照“逐級預警、多方聯動、群防群治”模式建立消防治理體系，清晰清楚、壓緊壓實消防安全主體責任，提升消防社會化管理水平。

二、智慧消防系統構建

智慧消防系統不是一個單純的系統，按照智慧消防系統功能需求分別構建具有獨立功能的各子系統，子系統之間既相互關聯，又獨立運轉，從而實現智慧消防系統功能的最大化、高效化、實用性，為消防現代化管理提供依據。

（一）電力監控系統

在構建智慧消防系統時預留子端口，同步將電力監控納入系統設計，電力監控子系統由智慧消防系統中心計算機、電力計量器、電力保護裝置、電纜線等元器件或系統組成，對配電系統中的數據信息、運行狀態、控制體系進行實時管理監控檢測等。電力監控系統能夠為用戶或監管主體提供“數據采集—信息傳輸—數據處理—信息反饋—集中控制”為一體的監控一體化解決方案，包含電力自動化、XPMS、控制策略系統、XPMS-3000、OPC產品、通信服務器、Web門戶工具等，在用戶信息化系統、分布式控制系統（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、監控和數據采集系統（SCADA）中得到廣泛應用[6]。

（二）電源監控系統

基于國家標準《消防設備電源監控系統》研發的電源監控系統[7]主要包括通線光纜、監控器、光電總線、傳感器以及模塊箱等，傳感器通過檢測主（備）用電源消防設備，從而快速判斷主要線路中的用電器或電力設施設備是否存在短路、斷路、過（欠）壓、過流、缺相等問題故障，如果出現上述故障，聲光報警信號將會及時提醒，可快速在控制顯示器上查找到故障位置、時間、類型等信息，從而在發生災情時，實現消防聯動的實時性、可靠性、有效性。

（三）故障電弧監控系統

從電氣消防火災起因分析，結合電力行業固有特點，故障電弧系統通過引入電流波形特征值檢測技術[8]進行故障檢測，充分體現了技術的強穩定性、高可靠性、使用維護方便等特點。因此，故障電弧監控系統在很多領域得到廣泛應用，比如企業工廠、休閑娛樂、物流倉儲、學校醫院、民用家庭等建筑火災預警系統。通過實時檢測電氣線路，可有效區分任何一相線是否為正常操作電弧或者故障操作電弧，進而消除消防隱患探測存在的盲區，有效彌補傳統電氣消防監控系統存在的技術缺陷。

（四）可視化視頻監控系統

可視化視頻監控系統是智慧消防系統最重要組成部分，主要由數據采集、信息傳輸、中心監控、終端設備4個部分組成，通過安裝可視化硬軟件設施設備，將采集到的圖像和信號在系統中進行信號模擬，在視頻服務器編碼轉譯的作用下編譯成可傳輸的數字信號，再通過無線網絡將編譯后的數字信號傳輸到中心監控室，監控室將收集匯總傳輸來的數字信號經過多級架構處理，實現分散點狀監控、數據統一管理、圖像實時查看，與此同時，還可以將其錄制保存，以便后期查看。

（五）電氣火災監控系統

該系統主要利用移動互聯網、傳感信號、云計算、無線聯通等現代化技術手段，在計算機端和手機端分別安裝APP，通過探測器和監控平臺信號反饋，APP信號及時提醒或預警，通過APP軟件并可實時觀測電氣火災情況。通過對線路檢測、電流監測、電壓測試、溫度檢測等主要引火因素識別，從系統異常反應，準確捕捉電氣消防隱患信號，根據反饋的預警信號來進行判斷、記錄、分析、查詢，線下找到安全隱患點，及時排除安全隱患，確保電氣消防防患于未“燃”。

（六）防火門監控系統

防火門監控系統既是實物系統，也是軟件系統，主要包括監控器、自動化閉門器、電磁釋放器、現場滅火器以及控制裝置等設施設備。借鑒于液壓原理，設計好壓力值，當火情壓力發生變化時，在壓力作用下防火門啟動工作；反之，防火門一般情況下保持正常狀態，作為人員正常通行通道，無需手動開門，也可用大小合適的木塞塞住。

（七）可燃物監控系統

消防預測可燃物是電氣系統的關鍵，建立可燃物監控檢測系統有利于識別可燃、易燃物。監控系統終端設置探測儀，實時監測電氣系統周圍是否存在異物，并通過可視化系統反饋到計算機中心，在光感、重感、煙感等作用下，通過實物圖像提醒或氣體濃度識別的方式將信號進行譯碼，轉換成數字信號顯示在控制面板上，及時聯動輸出信號，提醒消防人員現場查探、檢查設施設備，排除電氣消防安全隱患，預防可燃異物植入到電氣安全區域，從而保障安全生產生活。

（八）巡查管理監控系統

消防體系建設中，日常的監督管理、檢查巡查是重中之重，安全是以預防為主、防控結合。為此，各消防機構及相關聯動部門都應建立檢查巡查監督管理體系，借助該體系可最大限度實現信息化消防巡查信息管理、可視化查看巡查實際情況。系統主要設置智能監控和智能打卡模式，通過智能系統點對點下達巡查檢查指令并記錄行程，消防人員通過指令領取任務，在可視化鏡頭前開展日常巡查檢查并在線打卡，體現打卡記錄，防止虛假巡查檢查和不規范操作，形成消防巡查檢查規范化、標準化程序。另外，消防其他子系統出現任何預警信號，都可以通過聯網報警系統一并反饋到控制中心，控制中心通過聯網主機識別預警信號類別，及時做出危險判斷，再通過信號傳輸到各子系統，提醒消防人員及時排除安全隱患，確保安全隱患在第一時間得到排除解決，給應急救援節省出最為寶貴的時間。

三、智慧消防系統應用

在智慧消防系統設計構建中，預留電力監控系統、可視化視頻監控系統、電源監控系統、電氣火災監控系統、

故障電弧監控系統、防火門監控系統、易燃易爆監控系統、巡查管理監控系統8個子端口（詳見如圖2所示），當前已在匯龍變、煙雨變全面推廣應用[9]，實現在變電站內首次使用，在行業領域內具有可復制、可推廣、可應用前景。目前，保利集團、首鋼集團、中建集團、電建集團等大型國有集團都引入了智慧消防系統，在公司內部或產業終端都有智慧消防系統植入，為推廣應用起到引領性作用。

結束語

傳統消防系統已經不能適應當前發展需求。本文通過引入智慧技術，多預留一部分子端口，分別將電力、電源、故障電弧、可視化監控視頻、電氣火災、可燃物、巡查檢查監督管理等8個監控子系統接入預留端口，通過發揮各子系統的功能作用，匯聚信息體系，構建智慧消防系統，實時采集信息、及時傳輸數據、快速分析處理、迅速行動排除，對異常信號或預警信號進行自檢測識別、判斷安全隱患、下達行動指令，可視化查找消防災情具體位置、時間、態勢，聯動出擊、消除隱患。

參考文獻

[1]嚴超群.多產權多經營權建筑的消防法制缺陷及對策[J].中國建筑金屬結構，2013（22）：33.

[2]莊園.建筑消防安全疏散設計中存在不足點及措施研究[J].大眾標準化，2022（12）：107-109.

[3]邱友航. 最優路徑規劃的智能消防疏散系統軟件設計與實現[D].大連理工大學，2021.

[4]錢承山，宗文杰，孫寧，等.基于NB-IoT的智慧消防栓監測系統設計[J].國外電子測量技術，2021，40（12）：151-158.

[5]徐輝，熊書明，劉思純.基于NB-IoT的高可靠智慧消防系統研究與開發[J].科技創新與生產力，2021（11）：124-127+130.

[6]機器的遠程診斷服務數據規范第1部分：總則（團體標準征求意見）[S].北京：中國機械工業聯合會，2018.

[7]GB28184-2011，消防設備電源監控系統[S].北京：應急管理部，2011.

[8]宋亞凱，張一茗，張文濤，等.斷路器分合閘線圈電流波形特征值提取算法研究[J].高壓電器，2020，56（01）：181-187.

[9]呂超，顏國華，周剛，等.基于物聯網技術的智慧消防管控系統的研究與應用[J].電子產品世界，2020，27（10）：46-48.

作者簡介：

彭敏（1985- ），男，湖南長沙人，碩士，高級工程師，研究方向：工民建電氣設計。