核電廠智慧消防技術(shù)發(fā)展與展望

摘要：在國家核電發(fā)展戰(zhàn)略和核電轉(zhuǎn)型發(fā)展需求下，核電廠智慧消防技術(shù)的研究與建設(shè)迅速發(fā)展。通過調(diào)研國內(nèi)核電廠智慧消防建設(shè)的現(xiàn)狀與技術(shù)需求，總結(jié)了核電廠智慧消防技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向，結(jié)合核電廠的運(yùn)行特點(diǎn)與智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了核電廠智慧消防技術(shù)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)，以推動核電廠智慧消防技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：核電廠；智慧消防；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展方向

中圖分類號：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）11-0040-03

2017年，公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，要求綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)，全面促進(jìn)信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合。2022年2月，國務(wù)院安委會印發(fā)的《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》中也提出，深化“智慧消防”建設(shè)，加快消防信息化向數(shù)字化智能化方向融合發(fā)展，以及加強(qiáng)火災(zāi)風(fēng)險分析研判、早期識別和監(jiān)測預(yù)警等工作規(guī)劃。因此，為了實(shí)現(xiàn)我國核電技術(shù)持續(xù)發(fā)展、保持世界先進(jìn)水平，開展核電廠“智慧消防”的研究、設(shè)計(jì)與建設(shè)是迫切且重要的。

1 核電廠智慧消防建設(shè)的必要性

核電廠火災(zāi)風(fēng)險類型和重點(diǎn)消防部位多、分布廣，火災(zāi)影響因素復(fù)雜多樣，廠房內(nèi)設(shè)備布置精密、復(fù)雜，并且不同廠房有嚴(yán)格的核輻射隔離要求，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救難度大，火災(zāi)后果嚴(yán)重，甚至威脅核安全。因此，核電廠的消防安全是保證核安全的重要因素，在核電廠設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等環(huán)節(jié)都要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。由于運(yùn)行模式與技術(shù)現(xiàn)狀的約束，目前核電廠消防運(yùn)行管理主要存在以下問題：第一，消防相關(guān)信息存在孤島現(xiàn)象。雖然大部分消防設(shè)備信息已傳遞至機(jī)組主控室或消防控制室，但是仍然存在部分設(shè)備缺少實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控，或狀態(tài)信息僅存在于各個獨(dú)立系統(tǒng)和平臺內(nèi)，在運(yùn)行監(jiān)控、隱患排查和設(shè)備維護(hù)等階段無法及時獲取其運(yùn)行狀態(tài)，不利于全廠統(tǒng)一監(jiān)管和指揮調(diào)度。第二，火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)方式傳統(tǒng)。火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)、救援決策信息主要依靠紙質(zhì)規(guī)程，部分情況下需要人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，受人為因素影響較大。第三，消防管理模式效率有待提高。核電廠消防日常業(yè)務(wù)辦理、消防物資管理、消防培訓(xùn)考核等管理工作仍采用傳統(tǒng)模式，工作效率有待提高，人力成本高。

目前，核電廠消防相關(guān)系統(tǒng)已設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一定程度自動化運(yùn)行和主要狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測，如火災(zāi)自動報警、自動滅火、防排煙等，但是在涉核特殊區(qū)域仍然需要人工判斷和干預(yù)，如滅火系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)需要手動操作，核電廠消防日常業(yè)務(wù)辦理、消防系統(tǒng)和設(shè)備的巡檢維護(hù)、火災(zāi)后果分析和評估及滅火指揮救援等主要采用傳統(tǒng)方法，依靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷和處理，工作效率需要提高且缺乏實(shí)時的在線監(jiān)測和全面評估，不利于電廠對火災(zāi)風(fēng)險和消防設(shè)備健康狀態(tài)的全面把握，不利于火災(zāi)情況下的運(yùn)行操作和指揮救援。

因此，核電廠在消防日常管理、系統(tǒng)運(yùn)行、滅火救援等方面亟需一套智能化系統(tǒng)，簡化人員操作、減少誤操作，同時也能夠縮短火災(zāi)響應(yīng)時間，提高應(yīng)急響應(yīng)效率，優(yōu)化核電廠人員配置，助力國內(nèi)核電廠由“傳統(tǒng)消防”向“智慧消防”的高質(zhì)量轉(zhuǎn)變。

2 核電領(lǐng)域智慧消防建設(shè)現(xiàn)狀

在核電領(lǐng)域，國內(nèi)外各核電公司、設(shè)計(jì)院在消防數(shù)字化和智能化方面開展了一部分工作，為智慧消防的建設(shè)奠定了一定基礎(chǔ)。目前，大部分核電廠已經(jīng)完成了消防管理信息化，逐漸開展數(shù)字化管理的設(shè)計(jì)與建設(shè)。目前，對于智能化管理與核電消防的融合還處于起步階段，各核電公司和設(shè)計(jì)院也都在積極探索智能化發(fā)展的方向與重點(diǎn)。

2.1" A核電公司

A核電公司參與研發(fā)并建設(shè)了全廠消防監(jiān)控指揮中心和智慧消防監(jiān)控平臺，并作為集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范項(xiàng)目重點(diǎn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控、人員管理、設(shè)備管理等消防信息化服務(wù)功能。同時，該公司研發(fā)并應(yīng)用消防計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)荷載、防火屏障、動火證等信息和流程的數(shù)字化管理，并可作為后續(xù)建設(shè)智慧消防系統(tǒng)的技術(shù)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2" B核電公司

B核電公司在其工業(yè)安全智慧管理平臺中設(shè)有消防安全管理平臺，主要包含消防許可作業(yè)、消防隱患處置、消防設(shè)備設(shè)施、消防系統(tǒng)可用統(tǒng)計(jì)、消防安全統(tǒng)計(jì)等模塊，已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)消防安全的數(shù)字化靜態(tài)管理。未來，B核電公司將著力于消防管網(wǎng)隔離狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控和對下游消防系統(tǒng)影響的智能判斷，對消防管道的信息、技術(shù)參數(shù)等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，以解決日常管理、維護(hù)中的痛點(diǎn)問題。

2.3" 某儀器廠

某儀器廠研發(fā)了工業(yè)智慧消防管理云平臺——核消云，該平臺主要包含廠區(qū)中心、系統(tǒng)監(jiān)控、應(yīng)急中心、維保中心、知識庫、綜合管理、系統(tǒng)管理等功能模塊，具備煙氣趨勢有效評估、信息融合輔助決策、模擬數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測、火災(zāi)荷載綜合評估、消防設(shè)施日常運(yùn)維、數(shù)字預(yù)案語音接警等特色功能，為核電廠智能消防的建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4" 某核電集團(tuán)

某核電集團(tuán)委托C公司開發(fā)消防與工業(yè)安全信息化平臺，D核電公司開發(fā)消防安全管理在線平臺，實(shí)現(xiàn)消防管理信息化，將消防設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)作為火災(zāi)風(fēng)險評估因素，動態(tài)評估房間、廠房的火災(zāi)風(fēng)險，指導(dǎo)消防管理人員開展現(xiàn)場火災(zāi)風(fēng)險管控工作。

3 核電廠智慧消防技術(shù)發(fā)展方向

我國智慧消防的發(fā)展相較于國外起步較晚，核電廠智慧消防技術(shù)研究也處于起步階段。目前，大部分智慧消防項(xiàng)目仍停留在物聯(lián)網(wǎng)消防階段，即通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將消防系統(tǒng)設(shè)施通過有線、無線等連接方式，將相應(yīng)的感知數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)中心，進(jìn)而作出反應(yīng)，與真正的“智慧消防”還存在差距。因此，核電廠智慧消防技術(shù)的發(fā)展方向不僅僅是對傳統(tǒng)消防行業(yè)內(nèi)各個板塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，更要引入人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對消防設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，對火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行在線分析、預(yù)測，并提出輔助操作決策，從而真正實(shí)現(xiàn)核電消防的“智慧化”。

核電廠智慧消防系統(tǒng)，包括消防系統(tǒng)管網(wǎng)及設(shè)備的智能化管理、火災(zāi)智能探測與預(yù)警、火災(zāi)場景智能化預(yù)測、火災(zāi)風(fēng)險智能評估和智能自主決策等模塊，該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對核電廠火災(zāi)風(fēng)險的實(shí)時智能化分析、預(yù)警與決策，提高核電廠火災(zāi)風(fēng)險監(jiān)測與控制效率。

3.1" 核電廠消防管網(wǎng)及設(shè)備的智能化管理

利用物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)，對核電廠消防管網(wǎng)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸，包括消防管道、隔離閥、滅火器、消火栓、固定滅火設(shè)施、穩(wěn)壓泵等關(guān)鍵組件。結(jié)合建筑信息模型（BIM）、數(shù)字孿生等技術(shù)建立核電廠消防管網(wǎng)及設(shè)備的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型與物理模型的實(shí)時映射[1]，對核電廠消防管網(wǎng)及設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測及可視化展示。

3.2" 火災(zāi)智能探測與預(yù)警

通過熱成像、極早期熱解離子探測、AI圖像識別等先進(jìn)探測技術(shù)，對核電廠火災(zāi)風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，如監(jiān)測電氣機(jī)柜、電纜托盤內(nèi)的實(shí)時溫度分布，以及含氫管道、蓄電池間等含氫區(qū)域的氫氣濃度等，收集核電廠火災(zāi)初期信息，包括火源位置、火災(zāi)類型、煙氣濃度、溫度分布等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險的極早期預(yù)警。通過大模型等人工智能手段智能判斷應(yīng)急響應(yīng)措施，縮短從火災(zāi)探測到滅火響應(yīng)的時間間隔。實(shí)時監(jiān)測防火門、防火閥等的工作狀態(tài)，對核電廠防火邊界的完整性進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與預(yù)警，有效降低火災(zāi)蔓延的風(fēng)險。

3.3" 火災(zāi)場景智能化預(yù)測

目前，火災(zāi)模擬常用的區(qū)域模型對火災(zāi)場景進(jìn)行了較多簡化，具有一定的局限性；而計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）模型需要大量的計(jì)算資源和求解時間，且需要較多前置信息作為輸入，因此無法對核電廠火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行全面、實(shí)時的預(yù)測。因此，基于人工智能（AI）的火災(zāi)模擬技術(shù)，并有效利用核電廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)反饋，可以構(gòu)建核電廠火災(zāi)場景的人工智能模型。通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練提取火災(zāi)場景的特征信息，如建筑尺寸、火源特征（位置、功率、產(chǎn)煙率等）、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)（自動滅火、防排煙）等。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫中的煙氣發(fā)展特征、溫度分布規(guī)律等，可以對核電廠不同類型、位置的起火源起火后的火災(zāi)場景進(jìn)行智能化預(yù)測，提高核電廠火災(zāi)模擬分析效率，實(shí)現(xiàn)對消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、滅火措施、疏散路線等的高效比選。

3.4" 火災(zāi)風(fēng)險智能評估

建立多維度的火災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系，以防火空間或房間為分析單元，利用大模型等人工智能技術(shù)，對核電廠智能探測數(shù)據(jù)、火災(zāi)場景智能化預(yù)測數(shù)據(jù)以及核電廠基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，實(shí)現(xiàn)對核電廠火災(zāi)風(fēng)險的實(shí)時評估，對不同防火空間、房間等實(shí)時顯示風(fēng)險等級，展示火災(zāi)演化過程及可能蔓延區(qū)域，以及火災(zāi)對核安全的影響。此外，火災(zāi)風(fēng)險智能評估模型將根據(jù)不斷更新的數(shù)據(jù)持續(xù)優(yōu)化，定期更新數(shù)據(jù)庫和模型，確保評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步加強(qiáng)對核電廠火災(zāi)風(fēng)險實(shí)時化、立體化、全方位的感知[2]。

3.5" 智能自主決策

利用人工智能技術(shù)，根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果作出智能化的操作決策，如自動開啟現(xiàn)場視頻復(fù)核火災(zāi)等級、聯(lián)動消防行動卡等，并將輔助操作決策自動推送給主控室操作員、消防控制室、保衛(wèi)處、維修處等相關(guān)部門。對于需要現(xiàn)場處理的情景，將輔助操作決策推送至現(xiàn)場人員配備的移動終端或智能穿戴設(shè)備。根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險的實(shí)時變化，可以聯(lián)動優(yōu)化決策方案，更高效、精準(zhǔn)地降低火災(zāi)風(fēng)險[3]。

4 核電廠智慧消防技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

由于核電廠的特殊性，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在核電廠內(nèi)的應(yīng)用存在一定的限制，也反映出一些問題，主要包含以下幾個方面：

4.1" 標(biāo)準(zhǔn)性

一方面，核電廠智慧消防的研究與建設(shè)還處在探索階段；另一方面市場上開展核電廠智能消防研究的公司涉及多個行業(yè)，包括核電廠業(yè)主單位、核電行業(yè)設(shè)計(jì)院、消防工程公司、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、智能化配套硬件廠商等，因此該領(lǐng)域還沒有一套完善的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對智慧消防的建設(shè)、運(yùn)維等技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)管和約束有待加強(qiáng)。

4.2" 安全性

核電廠在開展智慧消防研究與建設(shè)時，需要采集核電廠海量的設(shè)計(jì)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，以實(shí)現(xiàn)其在特定環(huán)境下自主理解、規(guī)劃決策和執(zhí)行負(fù)責(zé)任務(wù)的功能，并根據(jù)核電廠實(shí)時監(jiān)測的動態(tài)數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化自身行為。因此，基于人工智能技術(shù)的智慧消防建設(shè)在數(shù)據(jù)、算法、模型等方面面臨更多新的安全形勢與挑戰(zhàn)[4]。國家在法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、戰(zhàn)略政策和道德規(guī)范等方面均采取了相應(yīng)的監(jiān)管手段，核電廠智慧消防研發(fā)應(yīng)完善智能安全頂層設(shè)計(jì)，智慧消防安全保障技術(shù)應(yīng)與智慧消防技術(shù)同步研究，實(shí)現(xiàn)核電廠智慧消防的安全、健康發(fā)展。

4.3" 可靠性

由于核電領(lǐng)域的特殊性，利用智慧消防系統(tǒng)得到的火災(zāi)風(fēng)險分析、輔助操作決策、火災(zāi)場景智能預(yù)測等結(jié)果均應(yīng)具備高度的可靠性。因此，核電廠智慧消防技術(shù)應(yīng)完善框架設(shè)計(jì)，使用高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練與學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建合理準(zhǔn)確的模型，并通過全面、大量的模型測試，提高結(jié)果的可靠性與穩(wěn)定性，確保智慧消防自主決策內(nèi)容符合核電廠運(yùn)行的相關(guān)要求，助力核電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷應(yīng)用于消防工作研究中，各大核電公司、核電廠設(shè)計(jì)單位等都將智慧消防的研發(fā)作為工作重點(diǎn)，并取得了一定的進(jìn)展與成效。未來，核電廠智慧消防技術(shù)的發(fā)展一方面要積極借鑒、學(xué)習(xí)各行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)；另一方面在保障核安全的基礎(chǔ)上，開展新技術(shù)與核電廠智慧消防建設(shè)與管理的融合性研究，保證核電廠智慧消防技術(shù)的先進(jìn)性與可靠性，促進(jìn)核電廠消防設(shè)計(jì)和運(yùn)行性能的持續(xù)優(yōu)化，提高核電廠消防設(shè)施安全運(yùn)維水平和管理水平。

參考文獻(xiàn)

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