基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防管理系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用

摘要：文章闡述了軌道交通中消防管理亟須解決的問題，并基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行消防管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究與設(shè)計。首先，將整個系統(tǒng)從下至上劃分為端設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和平臺應(yīng)用層，并在車站環(huán)境下驗證了系統(tǒng)架構(gòu)。其次，結(jié)合現(xiàn)狀和存在的諸多問題，圍繞各個子系統(tǒng)設(shè)計平臺應(yīng)用，包括三維可視化、在線監(jiān)測和應(yīng)急決策輔助等。最后，簡述了系統(tǒng)的設(shè)備層和網(wǎng)絡(luò)層的實現(xiàn)方式，為其可實施性提供了技術(shù)支撐。實踐證明，消防管理平臺可全面提升軌道交通的監(jiān)督管理水平。

關(guān)鍵詞：軌道交通;物聯(lián)網(wǎng);消防;平臺應(yīng)用

中圖法分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application of fire management system based on Internet ofthings technology in rail transit

LI Jinghu

（Shanghai Shentong Metro Co.，Ltd.，Shanghai 202201，China）

Abstract：This paper expounds the problems that need to be solved in the fire property management in the rail transit industry， and carries out the application research and design of the fire property management system platform based on the Internet of things technology. Firstly， the whole system is divided into end device perception layer， network communication layer， data service layer and platform application layer from bottom to top， and the system architecture is verified in the station implementation. Secondly， combined with the current situation and many existing problems，the platform application is designed around each subsystem， including three-dimensional visualization， online monitoring and emergency decision-making assistance. Finally， the implementation of the device layer and network layer of the system platform is briefly described， which provides technical support for the implementation of the whole platform. Finally， the supervision and management level is comprehensively improved through the fire property management platform.

Key words：rail transit， IoT， fire control， platform application

國外對智慧消防的研究由來已久，英、美、德等國家的智慧消防管理技術(shù)較為成熟[1]。與國外相比，國內(nèi)對智慧消防管理技術(shù)的研究起步較晚。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，智慧消防作為新興產(chǎn)業(yè)逐漸為大家所熟知[2]。

隨著上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，截至2021年12月31日，已開通運營508座車站，但車站消防管理水平并沒有顯著提高。目前，軌道交通車站在消防管理上存在如下問題。

（1）平臺管理功能單一：車站綜合監(jiān)控室集中監(jiān)管顯示信息僅滿足消防聯(lián)動功能需求，車站日常管理工序分散、管理過程中存在信息交流不及時的情況。

（2）設(shè)備監(jiān)管深度不足：車站現(xiàn)場末端設(shè)備提供的數(shù)據(jù)參數(shù)只滿足了基本消防需求，對車站整體的監(jiān)管深度不足，須人為協(xié)助巡檢，費時費力且存在信息滯后的安全隱患。

（3）缺乏探測器智能管理預(yù)警：地下車站在滿足運營通風(fēng)使用的前提下，易影響探測器的靈敏度和污染度，且易誤報火警。

（4）缺乏判斷標(biāo)準(zhǔn)：目前，車站日常事件處理中以人為主，機(jī)器數(shù)據(jù)和運營規(guī)程為輔，消防設(shè)備車站信息顯示系統(tǒng)缺乏自判斷及針對性功能。

（5）缺乏設(shè)備全生命周期管理：車站運營時間長，終端設(shè)備使用周期較長，部分設(shè)備使用壽命臨近，車站無法對此類設(shè)備進(jìn)行提前預(yù)判和處理。

綜合上述問題，對軌道交通中消防管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究顯得尤為重要，其中涉及 FAS 系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。本文所研究的平臺應(yīng)用，將有助于軌道交通車站的消防管理。

1概況

消防管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針[3]。采用“感、傳、知、用”等物聯(lián)技術(shù)手段，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)，對車站消防設(shè)施、器材和人員等狀態(tài)進(jìn)行智能感知、識別、定位與跟蹤，實現(xiàn)實時、動態(tài)、互動和融合的消防信息采集、傳遞和處理。通過數(shù)據(jù)挖掘和態(tài)勢分析，為防火監(jiān)督管理和滅火救援提供了信息支撐，提高了車站消防監(jiān)督與管理水平，增強(qiáng)了消防應(yīng)急處置能力，從而使車站防控更有效率[4]。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)

消防管理系統(tǒng)從實現(xiàn)上分為端設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和平臺應(yīng)用層。

（1）端設(shè)備感知層：利用物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)采集手段，實時采集已安裝了傳感設(shè)備的各系統(tǒng)的狀態(tài)信息，及時獲取各種感知信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信層：采用基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可利用有線和無線等接入方式進(jìn)行組網(wǎng)，可以根據(jù)實際的現(xiàn)場環(huán)境和既有設(shè)備進(jìn)行合理的網(wǎng)絡(luò)選擇和建設(shè)。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)層：將端設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合、計算和處理，為平臺應(yīng)用層提供有效的數(shù)據(jù)。

（4）平臺應(yīng)用層：針對消防管理的各種場景設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)用。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

3消防管理平臺

上海軌道交通消防管理平臺立足消防業(yè)務(wù)管理場景，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對各級單位的消防系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過信息化建設(shè)實現(xiàn)精細(xì)防控、多元共治[5]。創(chuàng)建 B/S 架構(gòu)模式的云平臺，實現(xiàn)不同機(jī)器、平臺和網(wǎng)絡(luò)之間的交互操作，可實時分析傳輸至消防管理系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對災(zāi)害對象、環(huán)境和消防器材等狀態(tài)的智能感知以及業(yè)務(wù)單位之間的信息交流和通信，提供消防智能決策。本系統(tǒng)設(shè)計平臺功能時圍繞各個子系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用拓展。

3.1三維可視化界面

三維可視化界面如圖2所示，其具有下述功能。

（1）集成各品牌監(jiān)測系統(tǒng)，統(tǒng)一門戶登錄。同時，對高關(guān)注度的設(shè)備信息進(jìn)行跟蹤、統(tǒng)計和呈現(xiàn)。

（2）應(yīng)用三維建模技術(shù)，在三維模型上疊加設(shè)施、設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù);發(fā)生報警時，平臺可查看報警點位附近的視頻監(jiān)控及設(shè)備狀態(tài)。

（3）三維可視化建筑圖形具備實景、虛擬和平面三種模式。

（4）三維可視化界面具備動態(tài)圖形顯示功能，動態(tài)圖形顯示包括：設(shè)備狀態(tài)動態(tài)顯示、風(fēng)管風(fēng)向流動動畫顯示、著火區(qū)域臨近出入口動態(tài)顯示。

3.2設(shè)施設(shè)備在線監(jiān)測

（1）火災(zāi)報警：集中顯示探測器、故障、屏蔽狀態(tài)信息以及主機(jī)內(nèi)部功能性部件的實時狀態(tài)。

（2）氣體滅火：根據(jù)現(xiàn)場實際位置，布置所有氣體滅火報警系統(tǒng)設(shè)備點位，并實時動態(tài)顯示氣體滅火報警系統(tǒng)設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)。

（3）電氣火災(zāi)：對車站消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜、綜合監(jiān)控室電源箱內(nèi)的配電回路電壓、剩余電流、導(dǎo)線溫度、漏電流信息進(jìn)行監(jiān)測。

（4）視頻監(jiān)控：利用溫度及煙霧感知智能攝像機(jī)對車站環(huán)控電控室、UPS 電源室、EPS 電源室、綜合監(jiān)控室進(jìn)行火情監(jiān)測;利用云臺攝像機(jī)對消防泵房內(nèi)控制柜運行情況進(jìn)行監(jiān)視。

（5）消防水：集中顯示消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜內(nèi)開關(guān)量信息;集中顯示消火栓、噴淋管網(wǎng)末端壓力信息。

（6）防排煙：集中顯示車站排煙、排風(fēng)機(jī)在火災(zāi)狀態(tài)下的末端運行風(fēng)量;集中顯示火災(zāi)聯(lián)動工況對應(yīng)的所有風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥信息。

3.3在線巡檢

構(gòu)建以落實法定職責(zé)的線上消防巡檢系統(tǒng)，保障車站日常消防安全管理的規(guī)范化和常態(tài)化，用線上管理的方式督促車站相關(guān)人員擔(dān)負(fù)各項安全職責(zé)，并能事后對工作成果進(jìn)行監(jiān)督檢查。

（1）消防巡查檢查：根據(jù)建筑實際情況確定巡檢內(nèi)容、頻次及巡檢路徑。通過手持終端掃碼后，自動彈出巡檢頁面，并對該部位的巡檢內(nèi)容進(jìn)行逐項確認(rèn)。

（2）隱患整改：現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的隱患及時通過手持終端錄入系統(tǒng)，并生成故障維修單。

（3）每次執(zhí)行巡檢任務(wù)的過程中，啟用手持終端進(jìn)行場景拍攝，拍攝結(jié)果保存在執(zhí)行明細(xì)下。

（4）管理平臺可查詢已執(zhí)行的巡檢計劃任務(wù)明細(xì)，針對巡檢結(jié)果的有效性進(jìn)行查證。

3.4設(shè)備資產(chǎn)清單

通過物聯(lián)網(wǎng)、信息化、大數(shù)據(jù)等技術(shù)[6]，建立設(shè)備資產(chǎn)清單，實現(xiàn)設(shè)備的使用、維護(hù)、大修改造，直至報廢的全生命周期服務(wù)模式，做到設(shè)備數(shù)據(jù)完整可靠，同時提高車站的設(shè)備管理水平。

（1）建立并完善設(shè)備臺賬體系，實現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)臺賬管理。

（2）以表格形式顯示接入平臺的各系統(tǒng)設(shè)備信息，信息包括設(shè)備類型、設(shè)備名稱、設(shè)備監(jiān)控對象名稱、設(shè)備數(shù)量。

（3）管理平臺設(shè)備資產(chǎn)清單按系統(tǒng)分類展現(xiàn)。

（4）管理平臺具備系統(tǒng)設(shè)備的增加、刪除、信息修改功能。

（5）設(shè)備資產(chǎn)清單內(nèi)設(shè)備信息具備同步功能。

3.5應(yīng)急決策輔助

本功能采用有別于傳統(tǒng)的方法，以提高火災(zāi)快速處理能力。

（1）平臺應(yīng)急決策輔助界面顯示設(shè)備報警時間、報警設(shè)備狀態(tài)及位置信息、著火區(qū)域臨近出入口位置及信息、著火區(qū)域視頻畫面、火災(zāi)聯(lián)動設(shè)備執(zhí)行情況、車站在職人員信息及聯(lián)系方式等。

（2）平臺應(yīng)急決策輔助界面與車站三維可視化建筑圖在同一界面展示。

3.6火災(zāi)聯(lián)動可視化

利用物聯(lián)感知技術(shù)，采集車站消防系統(tǒng)設(shè)備信息，依托車站火災(zāi)聯(lián)動執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，將車站火災(zāi)聯(lián)動處置變得直觀清晰。

（1）車站發(fā)生火災(zāi)時，消防管理平臺三維可視化建筑圖自動彈出著火點位置，應(yīng)急決策輔助界面看板同時顯示相關(guān)信息。

（2）火災(zāi)聯(lián)動界面看板顯示火災(zāi)聯(lián)動工況對比表、對應(yīng)火災(zāi)模式工況系統(tǒng)圖動態(tài)畫面、火災(zāi)聯(lián)動工況執(zhí)行結(jié)果。

（3）火災(zāi)聯(lián)動界面看板與車站三維可視化建筑圖在同一界面展示;車站三維可視化建筑圖中動態(tài)呈現(xiàn)風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥的動作狀態(tài)及送、排風(fēng)風(fēng)向動畫。

4實現(xiàn)方式

消防管理平臺的實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（無線通信網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng)等）[8]，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的消防管理系統(tǒng)。平臺接收來源于數(shù)據(jù)底座的車站機(jī)電系統(tǒng)的涉消設(shè)備的傳輸信息。

4.1數(shù)據(jù)的感知獲取

利用LoRaWAN和NB?IoT關(guān)鍵采集技術(shù)，實現(xiàn)對各類消防水源、消防設(shè)備等車站消防設(shè)施的狀態(tài)、位置、數(shù)量、行為的智能監(jiān)測，以確保相關(guān)人員可以及時處理故障和火災(zāi)警報。

（1）火災(zāi)報警：在綜合監(jiān)控室通過增設(shè)信息采集裝置，集中采集火災(zāi)報警主機(jī)內(nèi)信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）氣體滅火：在綜合監(jiān)控室通過增設(shè)信息采集裝置，集中采集氣體滅火報警主機(jī)內(nèi)信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）電氣火災(zāi)：在消火栓控制柜、噴淋泵控制柜以及集中監(jiān)控室配電柜內(nèi)通過增設(shè)組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，以實現(xiàn)消防電源設(shè)備的實時保護(hù)。

（4）視頻監(jiān)控：在環(huán)控電控室、UPS 電源室、EPS 電源室、綜合監(jiān)控室內(nèi)通過增設(shè)溫度及煙霧感知智能攝像機(jī)，對重要機(jī)房內(nèi)火源情況進(jìn)行監(jiān)視;在消防泵房通過增設(shè)云臺攝像機(jī)，對消防泵房內(nèi)控制柜運行情況進(jìn)行監(jiān)視。

（5）消防水：在消防泵房通過增設(shè)信息采集裝置，集中采集消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜內(nèi)開關(guān)量信息;通過增設(shè)末端壓力傳感器，對消火栓、噴淋管網(wǎng)末端壓力進(jìn)行監(jiān)測。

（6）防排煙：通過增設(shè)風(fēng)量傳感器，實現(xiàn)車站排煙、排風(fēng)機(jī)在火災(zāi)狀態(tài)下的末端運行風(fēng)量監(jiān)測。

4.2無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋

車站內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)包括Wi?Fi網(wǎng)絡(luò)和低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)。通過在車站內(nèi)設(shè)備區(qū)走道內(nèi)增設(shè)無線 AP 點，實現(xiàn)車站設(shè)備區(qū)Wi?Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為車站消防巡檢、終端設(shè)備網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)上傳提供服務(wù)。通過在車站內(nèi)布設(shè)物聯(lián)終端設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

4.3 設(shè)備供電

（1）車站綜合監(jiān)控室內(nèi)設(shè)備（包括火災(zāi)報警系統(tǒng)信息采集裝置、服務(wù)器機(jī)柜）由綜合監(jiān)控室既有電視墻背部配電柜提供電源。

（2）風(fēng)量傳感器、采集傳輸控制終端、溫度及煙霧感知智能攝像機(jī)、云臺攝像機(jī)、無線AP點電源由配電間內(nèi)電源適配器提供，配電間內(nèi)電源適配器上路進(jìn)線電源由配電間內(nèi)EPS配電柜提供。

（3）無線、有線末端壓力傳感器、水系統(tǒng)信息采集裝置電源由水泵房內(nèi)水泵控制柜提供。

5 結(jié)論

考慮到當(dāng)前軌道交通車站消防管理的諸多問題和挑戰(zhàn)，我們利用物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、云計算等技術(shù)建立了一個能夠?qū)R聚的消防信息進(jìn)行分析和判斷的平臺。通過該平臺實現(xiàn)了綜合監(jiān)控管理新模式，改變了傳統(tǒng)的人工、被動式消防安全管理方式，有效提高了安全檢查的針對性和有效性。建立的統(tǒng)一運維技術(shù)體系，實現(xiàn)了面向物聯(lián)網(wǎng)軟硬件設(shè)備的統(tǒng)一運維服務(wù)，有效克服系統(tǒng)設(shè)備類型的復(fù)雜多樣、設(shè)備數(shù)量龐大、協(xié)議不統(tǒng)一的難題，并能夠快速定位和分析故障，提高運維管理效率，從而保障整體系統(tǒng)持續(xù)、高質(zhì)量運行。同時，提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，為軌道交通大數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計和開發(fā)提供豐富的數(shù)據(jù)支持服務(wù)。

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作者簡介：

李景虎（1980-），碩士，高級工程師，研究方向：自動控制。