地鐵物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)應(yīng)用探討

張浩杰

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及城市化的不斷推進，地鐵作為一種重要的快捷、新型交通工具，在一定程度上推進了城市的建設(shè)與發(fā)展。由于地鐵建筑結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，地下空間相對密閉，人員密集且不確定因素多，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救難度極大，且極易造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。消防給水系統(tǒng)作為地鐵最為主要和重要的滅火救援系統(tǒng)，具有一定的特殊性和重要性，必須時刻確保其完好性和可靠性。在新的應(yīng)用背景下，傳統(tǒng)消防給水系統(tǒng)已難以滿足地鐵消防安全和運維管理的需要，因此新型的物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)建設(shè)對提高地鐵消防安全水平是十分必要的。

1 當(dāng)前城市地鐵工程中存在的消防安全隱患分析

1.1 地鐵站內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險大

對于地鐵工程而言，乘坐人員眾多、客流量較大，旅客隨身攜帶的物品中存在大量的可燃物品，具有一定的不確定性因素。此外，當(dāng)前地鐵站內(nèi)大多設(shè)置有便利店、商店、餐廳或者報亭等大多以售賣報紙、書刊及食品為主的便民服務(wù)設(shè)施，火災(zāi)荷載較大且相對復(fù)雜，地鐵站內(nèi)設(shè)置的眾多廣告宣傳欄也是十分重要的火災(zāi)隱患。此外，部分地鐵換乘站與大型商業(yè)綜合體相鄰而建或直接開發(fā)為上蓋物業(yè)，體量較大、建筑功能復(fù)雜，為地鐵建筑消防安全帶來了新的問題和挑戰(zhàn)，隨著一系列新型問題的出現(xiàn)，地鐵建筑火災(zāi)風(fēng)險性也相對不斷增大。

1.2 地鐵站內(nèi)相關(guān)消防裝備缺乏

地鐵工程涵蓋了包括車站、區(qū)間隧道、橋梁、車輛段、綜合基地等眾多建筑組成，大部分處于地下空間，地鐵消防裝備的設(shè)計和選擇上具有一定的局限性，目前地鐵消防裝備應(yīng)用率也相對比較低，在消防設(shè)備硬件、控制、運維管理和實際應(yīng)用等方面均有相當(dāng)多問題，在系統(tǒng)的匹配性、兼容性、智能化和監(jiān)控時效性等方面均有不足，很難滿足新時代應(yīng)用背景下地鐵火災(zāi)救援的需要。同時，由于地鐵大多屬于地下空間，火災(zāi)時一些相關(guān)消防設(shè)備及救援器材很難向事故現(xiàn)場及時送達。因此，如何提高地鐵消防設(shè)備的整體滅火性能，提高系統(tǒng)的監(jiān)控時效性，確保系統(tǒng)時刻處于“準”工作狀態(tài)，是十分必要的。

1.3 地鐵消防安全管理不到位

地鐵消防給水設(shè)施設(shè)備遍布于地鐵車站、區(qū)間隧道、車輛段以及安全通道等各個場所，例如在設(shè)備夾層或者區(qū)間隧道等比較隱蔽區(qū)域，日常管理和檢查的工作難度極大，而且消防給水系統(tǒng)平時大多數(shù)處于靜默狀態(tài)，如果發(fā)生問題，很難第一時間發(fā)現(xiàn)并且對其進行整改。實際監(jiān)控管理者的綜合素養(yǎng)參差不齊，目前采用的“手填表”形式的運維手段難以保證系統(tǒng)過程性檢驗，管理的手段上明顯存在不足。其次，普通的消防給水系統(tǒng)不具備較高的智能化程度，不能自動或主動地反映問題，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)管時效比較滯后，以至于在系統(tǒng)設(shè)備長期運行過程中，未能對其進行合理維護及保養(yǎng)，導(dǎo)致消防安全隱患不斷積累增加，多起地鐵事故已暴露出相關(guān)問題[1]；在地鐵日常管理中消防維護不到位的情況比較突出，在消防維護過程中存在諸多人為因素和管理因素。因此，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用來加強消防設(shè)施監(jiān)管，顯得尤為重要[2]。

2 地鐵消防給水系統(tǒng)存在的問題分析

消防給水系統(tǒng)是地鐵工程消防安全的重要保障，其完好程度是在緊急情況下進行消防救援的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)確保消防管網(wǎng)及消防滅火設(shè)施時刻處于完好的狀態(tài)。但由于在實際的施工過程中以及后期的運營過程中存在著很多不確定因素，導(dǎo)致存在管網(wǎng)漏損嚴重、消防滅火設(shè)施失效、控制系統(tǒng)失效等風(fēng)險高居不下等問題，無法滿足城市軌道交通的消防救援需求，消防給水設(shè)施具體問題和風(fēng)險分析如下：

2.1 水泵控制系統(tǒng)的安全可靠性不高

消防水泵控制系統(tǒng)是消防給水系統(tǒng)的大腦中樞，傳統(tǒng)的消防控制系統(tǒng)采用分散采購、多柜組合，相互間接線較多，系統(tǒng)匹配兼容性較差，控制系統(tǒng)的安全可靠性有待進一步提高，控制系統(tǒng)面臨的主要問題有以下幾點：

2.1.1 水泵控制柜故障率較高

傳統(tǒng)的消防給水系統(tǒng)目前一般采用分散采購再施工整合的模式，很多消防水泵與消防水泵控制柜分屬于不同的廠家供貨，消防水泵控制柜與消防水泵的匹配性比較差。同時，由于長期處于通風(fēng)條件惡劣的地下室或封閉的消防水泵房內(nèi)，在潮濕環(huán)境中控制系統(tǒng)故障頻發(fā)，不能及時被發(fā)現(xiàn)或排除，導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障率較高，致使系統(tǒng)無法正常啟動。

2.1.2 控制系統(tǒng)失效

控制系統(tǒng)失效通常表現(xiàn)為控制回路依然有電，但是無論采取什么方式都無法啟動消防水泵，大多由于控制柜內(nèi)部電器元件、二次控制回路故障導(dǎo)致，很難在短時間內(nèi)完成排障工作，缺乏有效的監(jiān)控和測試手段，無法及時地發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)問題，控制系統(tǒng)失效將導(dǎo)致整個消防給水系統(tǒng)無法正常啟動供水。

2.1.3 缺少機械應(yīng)急裝置或者采用不合格的機械應(yīng)急裝置

機械應(yīng)急啟動裝置是確保系統(tǒng)啟動的最后也是最重要的一環(huán)，是在水泵控制系統(tǒng)失效，無法正常使用的情況下，采取人為機械接通的方式，實現(xiàn)消防水泵的全壓強啟，從而保證在火災(zāi)等緊急情況下及時啟動水泵，達到及時供水滅火的效果。目前市場上存在的應(yīng)急啟動裝置存在許多諸如機械應(yīng)力、柜門變形等情況導(dǎo)致的機械應(yīng)急失效，瞬時啟動電流導(dǎo)致?lián)舸﹤说陌踩[患，或者應(yīng)急啟動開關(guān)無法很好地檢查和排除故障等[3]。

2.1.4 自動狀態(tài)的保障措施不足

目前，我國消防水泵控制柜產(chǎn)品都會設(shè)置手/自動狀態(tài)鎖，以此鎖定系統(tǒng)的手/自動狀態(tài)。長期消防實踐證明，很多因素會導(dǎo)致手/自動狀態(tài)鑰匙的濫用。另外，由于控制柜向消控室反饋手動/自動狀態(tài)信號的接線方式通常為干接線，只要電路接通就會有反饋信號，很容易出現(xiàn)反接或弄虛作假的情況。甚至有些項目在消防檢查前，突擊改為正確的接線方式，消防檢查后，再對調(diào)接線，雖然遠程監(jiān)控的顯示結(jié)果為“自動”，實際上系統(tǒng)卻處于“手動”狀態(tài)，手/自動狀態(tài)的時效性和可靠性亟待解決。

2.1.5 自動啟動的前置條件被篡改

在實際運行的消防工程中，隨意調(diào)整壓力開關(guān)和流量開關(guān)動作設(shè)定值的情況經(jīng)常發(fā)生。例如，某系統(tǒng)壓力開關(guān)的設(shè)定值為0.80MPa、流量開關(guān)的設(shè)定值為1.5L/s。但是，在消防水泵出現(xiàn)頻繁自動啟動的現(xiàn)象后，人為地降低壓力開關(guān)的設(shè)定值至0.60 MPa，提高流量開關(guān)的設(shè)定值至100 L/s。系統(tǒng)雖然平時處于自動狀態(tài)，但在達到設(shè)定報警值時，依然無法自動啟動，失去火災(zāi)時及時自動啟動的前提條件。

2.2 消防水源的充足性無法得到保證

消防水源是滅火的根本，水量的多少對滅火救援起著關(guān)鍵性的作用，目前對于消防水源主要是通過FAS 監(jiān)控，但其只能監(jiān)控開關(guān)量信號，無法監(jiān)控連續(xù)性信號，而且FAS 監(jiān)控?zé)o法做到全過程閉環(huán)，一旦外部回路出現(xiàn)不接、空接或虛接的情況，很容易導(dǎo)致“在線不報警”的風(fēng)險。實踐證明，在設(shè)定消防水池或高位消防水箱的水位報警設(shè)施時很容易受到人為干擾，例如某消防水池的設(shè)計水位為3.0 m，因為水池漏水，實際水位已降至 0.5 m，操作人員擅自把數(shù)顯儀表的報警設(shè)定值降至 0.5 m，導(dǎo)致無法正常的報警，無法在火災(zāi)時保證充足的消防供水量。

2.3 普通消防水泵無低流量過熱防治措施

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，大部分消防水泵會處于長時間低流量運行的狀態(tài)。目前，我國對此沒有引起足夠的重視，在現(xiàn)行國家標準《消防泵》（GB6245-2006 ）[4]中沒有相應(yīng)的性能要求，而歐美等發(fā)達國家的消防水泵均為專用消防水泵，通?？梢猿惺苄∮诨虻扔?% 額定流量時長期運轉(zhuǎn)的技術(shù)要求，但是國內(nèi)生產(chǎn)的消防水泵大都由生產(chǎn)、市政或生活水泵改用而來，絕大多數(shù)消防水泵不能滿足此要求。消防泵低流量長時間運行會導(dǎo)致軸封溫度迅速升高，溫升會導(dǎo)致填料的損壞，目前國內(nèi)的消防泵大多采用機械密封，一旦損壞很容易造成不可逆的損壞，甚至導(dǎo)致消防泵整體失效，不具備低流量防過熱的防止措施，存在消防泵低流量運行軸封過熱的普遍風(fēng)險。

2.4 防管網(wǎng)超壓措施不合理

在我國，通常認為管網(wǎng)超壓是由消防水泵在低流量時出口壓力升高造成的，主要采用泄壓閥防止管網(wǎng)超壓，而管網(wǎng)超壓實際上是由水泵啟/停泵時的水錘造成的。國內(nèi)的消防工程經(jīng)常采用緩閉式止回閥+水錘吸納器作為防水錘系統(tǒng)，實踐證明緩閉式止回閥的動作機理復(fù)雜，難以長時間保證效果。另外，緩閉式止回閥的工作機理會造成水泵泵軸的倒轉(zhuǎn)，水泵發(fā)生倒轉(zhuǎn)說明已經(jīng)發(fā)生了回流和水錘，所以緩閉式止回閥是在水錘發(fā)生后減弱水錘的不利影響，而不是防止水錘發(fā)生。在某些采用緩閉式止回閥的消防工程里，消防水泵的倒轉(zhuǎn)甚至?xí)掷m(xù)幾分鐘，對于消防水泵的再次啟動非常不利。

2.5 消防檢查維護制度的執(zhí)行力不足

我國普遍采用人工定期試驗的維護管理模式，發(fā)生故障了才會維修，長期實踐證明這種人工模式效率低，效果差，很難長期貫徹。我國工業(yè)化和城市化快速發(fā)展的形勢，造就了很多巨型廠房和大型公共建筑，這些建筑內(nèi)的消防給水系統(tǒng)極為復(fù)雜，人工模式的可執(zhí)行性越來越有難度，且可靠性低，很容易受到人為因素的干擾，很難確保試驗記錄和試驗結(jié)果的準確性和真實性。例如在很多消防水泵水力性能的手動試驗中，試驗人員觀察水泵啟動后能出流就草草結(jié)束試驗，然后根據(jù)消防水泵標稱的參數(shù)，編寫試驗數(shù)據(jù)，是一種重記錄而輕實踐的典型做法。

2.6 消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)的全面性和有效性難實現(xiàn)

我國的消防水泵控制柜產(chǎn)品、聯(lián)動控制器產(chǎn)品以及城市消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)僅對系統(tǒng)的動作信號和報警信號進行實時監(jiān)控，缺乏實時數(shù)據(jù)的采集，很容易受到人為干擾。目前的消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)還停留在消防信息化的層面，主要是政府和企業(yè)之間的遠程監(jiān)控，監(jiān)控層面還不全面，并沒有實現(xiàn)真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)消防。

3 地鐵物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)研判及解決方案

3.1 控制系統(tǒng)安全可靠性方案

（1）運用全程閉環(huán)監(jiān)控的理念，使水泵控制柜增加水泵自動低頻巡檢和自動工頻巡檢功能。通過定時的自動巡檢，檢查水泵的運行狀況及水泵控制柜內(nèi)部電器元件的工況，防止控制系統(tǒng)失效，及時發(fā)現(xiàn)故障并反饋，同時水泵控制柜采用IP55的防水等級，增加除濕功能，確保消防控制柜處于良好的運行環(huán)境。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時查看水泵的運行、故障等情況。

（2）手自動狀態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時監(jiān)管消防水泵控制柜的手/自動狀態(tài)，可以通過手機APP 或電腦PC 端實時監(jiān)控。

（3）安全可靠的機械應(yīng)急啟動裝置。機械應(yīng)急啟動裝置為內(nèi)置一體式結(jié)構(gòu)，不受柜門變形或打開的影響。在控制系統(tǒng)故障或失效、電壓下降、接觸器電磁線圈燒毀、柜門變形等情況發(fā)生時，均能安全可靠地接通消防泵電動機的供電回路[5]。

（4）物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)還具有信息存儲和查詢功能，可以通過消防水泵控制柜上的面板進行查詢和操作，使消防給水系統(tǒng)更加直觀和智能化[6]。

3.2 消防給水保證安全可靠性方案

（1）消防水源監(jiān)控。普通的消防水源液位顯示，傳輸線路上的輸入模塊處于無源常開狀態(tài)，存在設(shè)備不在線無反饋不報警的風(fēng)險，難以保證消防水源的實時可靠性，同時人為故意修改高/低液位設(shè)定的數(shù)值存在風(fēng)險。因此物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)消防水位的實時監(jiān)控，形成全程閉環(huán)監(jiān)控實時水位，高低液位數(shù)值設(shè)定必須通過物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)定，任何人不可隨意更改，確保消防水源的實時可靠性。

（2）采用專用消防水泵。嚴格按照國家現(xiàn)行標準以及國外NFPA/FM/UL 的先進技術(shù)和經(jīng)驗，使消防水泵流量-功率曲線存在最大功率拐點，使消防水泵在運行過程中任何一點的功率滿足流量-揚程曲線上功率的要求，消防水泵通過盤根（填料）密封的方式，對水泵軸封處實現(xiàn)有效冷卻，實現(xiàn)低流量運行不過熱，大流量運行不過載功能，確保水泵運行的可靠性。

（3）采用消防專用的壓力開關(guān)和流量開關(guān)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，消防專用壓力開關(guān)和流量開關(guān)可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)定壓力和流量數(shù)值，平臺需要賬號密碼進入，任何人不可隨意更改，確保設(shè)定數(shù)值的可靠性。同時流量和壓力的數(shù)值可以通過手機APP 和電腦PC 端實時記錄和查詢，確保消防管網(wǎng)保持設(shè)定的壓力。

（4）采用FM 防水錘專用止回閥?？捎行p少水泵在啟停泵時產(chǎn)生的水錘效應(yīng)，確保管網(wǎng)運行過程中的安全性。

（5）采用裝配式成套設(shè)備。消防給水系統(tǒng)的傳統(tǒng)建設(shè)模式是分散采購部件，再由施工單位整合調(diào)試，難以保證系統(tǒng)的兼容性，而且在出現(xiàn)問題后經(jīng)常出現(xiàn)各單位互相推諉責(zé)任、難以找到責(zé)任主體的現(xiàn)象。成套設(shè)備兼容性好，智能化程度高，責(zé)任主體單一明確，可提高施工及維護效率，能夠提高消防給水系統(tǒng)整體的安全可靠性。

3.3 通過消防智能運維“技防”手段應(yīng)用實現(xiàn)消防給水主要設(shè)備的檢查及巡查功能

（1）通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)消防水泵手/自動狀態(tài)的監(jiān)控，有效防止人為因素的影響。

（2）消防給水重要設(shè)備要實現(xiàn)自檢和巡檢功能。包括以下方面的內(nèi)容：

①消防給水機組自動巡檢功能。包括消防控制柜的自動低頻巡檢、自動工頻巡檢，通過設(shè)定的時間，定期自動巡檢，檢查消防水泵和控制柜的運行工況，及時報警，及時反饋，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)實時信息傳輸功能，對運行故障情況實現(xiàn)可記錄查詢功能。

②智能末端自動巡檢功能。末端試水裝置是測試消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)末端壓力和測試消防給水系統(tǒng)是否可以正常聯(lián)動啟泵的關(guān)鍵設(shè)備，由于存在人為維護不善和操作空間局限性等因素，難以保證末端試水裝置測試的時效性和準確性，因此充分運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)末端自動巡檢功能，可以通過設(shè)定的時間進行末端自動巡檢，將巡檢的信息及時反饋，可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺、手機APP 以及PC 端進行實時查詢，有效檢查消防系統(tǒng)管網(wǎng)的真實情況。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控功能

物聯(lián)網(wǎng)消防給水技術(shù)可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，建立政府、業(yè)主單位、管理單位、維保單位等各個層面的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，更加直觀可靠，同時通過手機APP 以及PC 端可以進行實時查詢，更加簡便有效。采集的數(shù)據(jù)包括項目信息、系統(tǒng)信息、產(chǎn)品信息、實時數(shù)據(jù)、實時信號等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，且會在用戶終端界面上得到全面展示。

4 應(yīng)用前景

物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)采用了先進的物聯(lián)網(wǎng)消防技術(shù)，不僅適用于新建項目的消防工程，也適用于既有消防工程的改造，同時可完全兼容現(xiàn)有的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

我國新建項目的規(guī)模巨大，地鐵項目也越來越多，對于人員密集場所，消防給水系統(tǒng)的安全可靠性是必須解決的焦點問題。另外，我國經(jīng)濟經(jīng)歷了30 年的快速增長期，建成項目的規(guī)模在世界上絕無僅有，消防工程的既有規(guī)模巨大，所以從新建市場和既有市場的規(guī)模來看，應(yīng)用前景十分廣闊。

5 結(jié)論

我國已步入城市地鐵建設(shè)的高峰期，由于地鐵結(jié)構(gòu)及功能相對較為復(fù)雜，且大部分屬于地下空間，疏散撲救難度大，設(shè)備類型較多，人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，造成巨大的社會影響。因此，為確保地鐵消防系統(tǒng)的安全可靠性和滅火救援能力，保證消防給水系統(tǒng)的完好性及可靠性尤為重要，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)的運用格外必要。

物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)是一種軟硬結(jié)合、安全可靠的系統(tǒng)整體解決方案，從水力機械、系統(tǒng)控制、維護管理、消防監(jiān)督等幾個方面，形成系統(tǒng)性閉環(huán)綜合解決措施，可以從根本上提高消防給水系統(tǒng)的安全可靠性和滅火效能。消防給水系統(tǒng)是火災(zāi)發(fā)生后保障滅火救援工作順利開展的重要消防設(shè)施，為提高地鐵消防給水系統(tǒng)的安全可靠性，建議將物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)作為地鐵“智慧消防”建設(shè)中的最重要組成部分重點建設(shè)。