高層建筑消防監(jiān)督管理中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用分析

鞠洪杰

（北京市順義區(qū)消防救援支隊(duì)，北京 101300）

1 引言

人防、物防、技防是城市消防安全管理工作的三要素，相比于人防物防水平的提升狀況來(lái)看，有關(guān)現(xiàn)代化建筑消防監(jiān)督管理的“技防”手段并未得到充分重視。而反思傳統(tǒng)消防監(jiān)督管理模式中最大的問(wèn)題，在于“信息孤島”效應(yīng)，為了保證建筑內(nèi)部的消防安全狀態(tài)，要投入大量的值守人力成本。但即使是這樣，由于缺乏有效的常態(tài)化預(yù)警機(jī)制，導(dǎo)致建筑消防監(jiān)督管理很難確保不出現(xiàn)管理疏漏點(diǎn)位，在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故現(xiàn)象時(shí)火勢(shì)已經(jīng)發(fā)展至一定程度，進(jìn)而錯(cuò)過(guò)最佳撲救時(shí)機(jī)。

2 高層建筑消防監(jiān)督管理中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用

2.1 降低人力值班成本

智慧消防平臺(tái)的建設(shè)思路，簡(jiǎn)單理解就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為通信接口，借助先進(jìn)的傳感器技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及人工智能技術(shù)等，將建筑內(nèi)部的消防監(jiān)督控制點(diǎn)位信息全部真實(shí)地反饋至消防值班室。這意味著無(wú)論是企業(yè)還是民用住宅小區(qū)，都不再需要消防巡邏這種低效耗時(shí)的工作方式，這樣高層建筑的投資業(yè)主或使用者，可以在消防工程設(shè)計(jì)以及消防設(shè)施配置上投入更多的資金與精力，進(jìn)而提高建筑消防監(jiān)督管理工作水平。

2.2 提高消防風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力

高層建筑由于內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜且用途多樣，給消防安全管理工作帶來(lái)諸多不便，例如，地下庫(kù)室、隱蔽狹窄空間堆放了大量的可燃物，為火災(zāi)發(fā)生創(chuàng)造了必要條件；人員流動(dòng)性大，導(dǎo)致吸煙區(qū)、樓梯走廊等成為建筑失火的高概率場(chǎng)所；電氣線路老化、化學(xué)危險(xiǎn)品管理不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌幕馂?zāi)性質(zhì)復(fù)雜；樓層與房間數(shù)量較多，不利于確定樓內(nèi)人員安全疏散狀況[1]。而在消防監(jiān)督管理中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目的在于通過(guò)智能終端、感知設(shè)備，第一時(shí)間識(shí)別發(fā)現(xiàn)火災(zāi)前兆，為消防疏散以及火災(zāi)撲救爭(zhēng)取有利時(shí)機(jī)，將消防安全事故控制在萌芽狀態(tài)，從而避免火災(zāi)事故損失進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3 保障消防設(shè)施的完好狀況

消防設(shè)施檢查是現(xiàn)代建筑消防監(jiān)督管理中的一項(xiàng)常態(tài)化工作內(nèi)容，現(xiàn)階段的普遍做法是由專門委任的消防安全責(zé)任人組織消防工作小組到達(dá)消防設(shè)施的擺放點(diǎn)位逐一檢查登記，以確保消防栓、消防噴淋裝置、消防水箱等重要消防設(shè)施數(shù)量齊全、質(zhì)量完好、功能正常。但這樣的巡檢制度雖然看似完善合理，實(shí)際實(shí)施起來(lái)卻存在兩方面的現(xiàn)實(shí)困難，其一是消防工作小組內(nèi)部缺乏監(jiān)督約束機(jī)制，使消防設(shè)施檢查極容易因登記信息失真而失去實(shí)際作用；其二是對(duì)消防設(shè)施器械管理知識(shí)的掌握水平有一定要求，例如，一些耗材性質(zhì)的消防設(shè)施不能通過(guò)試用來(lái)檢查功能質(zhì)量，而單憑設(shè)施產(chǎn)品的外觀、重量或其他物性表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，又有失準(zhǔn)確性。因此，需要借助物聯(lián)網(wǎng)、溫度感應(yīng)技術(shù)、紅外傳感技術(shù)或壓力感應(yīng)技術(shù)，常態(tài)化在線監(jiān)控消防設(shè)施的質(zhì)量情況，一旦建筑消防設(shè)施出現(xiàn)故障工況，可以及時(shí)發(fā)出告警信息，通知消防值班室及時(shí)維護(hù)更換，確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)可以為現(xiàn)場(chǎng)撲救工作提供當(dāng)前全部消防設(shè)施的所在位置以及狀態(tài)信息。

3 全場(chǎng)景智慧消防平臺(tái)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的消防滅火設(shè)施

3.1.1 智能噴水滅火裝置的安裝設(shè)計(jì)思路

某地安裝的智能噴水滅火裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能噴水滅火裝置的安裝示意圖

滅火裝置中的示數(shù)儀表、試驗(yàn)功能的閥門組以及報(bào)警器等設(shè)備均是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與值班室的消防信息平臺(tái)相連。在平日的消防設(shè)施檢查工作中，主要由壓力計(jì)、流速計(jì)等儀表類元件負(fù)責(zé)將噴淋裝置的運(yùn)行狀態(tài)以電子脈沖信號(hào)的形式回傳給消防值班室的[2]。而在值班室的信息平臺(tái)上，可以根據(jù)設(shè)備的所有回傳信息來(lái)判斷滅活裝置是否處于故障狀態(tài)。

在設(shè)備安裝時(shí)需要明確如下技術(shù)參數(shù)。1）噴頭流量

式中，Q為工作噴頭的流量，L/min；K為噴頭流量系數(shù)，該智能滅火裝置使用的噴頭取K=115；P為噴頭工作水壓，MPa。

2）流速水平

式中，V為工作噴頭所在水力管段的流速水平，m/s；q為管段的單位流量，m3/s；D為水力管段的內(nèi)徑，m。

3）水力降坡

式中，i為工作噴頭管道的水力降坡，即每米管道的水頭損失，m；V為管道內(nèi)的平均流速水平，L/min；D為水力管段的內(nèi)徑，m。參考GB 50084—2017《噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，最終確認(rèn)了該噴淋裝置的最終技術(shù)參數(shù)為如下：有效防火面積為137.6 m2；噴淋裝置總流量不小于19.63 L/s；管段流速不小于2.48 m/s；水力降坡不大于0.519。

3.1.2 主要實(shí)現(xiàn)功能

這樣的安裝方案下每當(dāng)遇有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，首先由工作噴頭執(zhí)行噴水響應(yīng)動(dòng)作，此時(shí)由于工作管段在泄水閥的作用下開始逐漸排空，流速計(jì)示數(shù)開始發(fā)生變化。而濕式報(bào)警閥由于水壓平衡小孔來(lái)不及補(bǔ)水，閥瓣的上部與下部會(huì)受到不同壓力，進(jìn)而使閥瓣開啟，與消防管網(wǎng)建立水力聯(lián)系。接著消防管網(wǎng)的水除了會(huì)流向工作噴頭的支管以外，還會(huì)嚴(yán)重警報(bào)閥下沿的環(huán)形槽進(jìn)入延時(shí)器。此時(shí)，水力警鈴由于感應(yīng)到內(nèi)部的水壓情況，會(huì)打開壓力開關(guān)并發(fā)出告警信息，提示建筑內(nèi)人員及時(shí)從火場(chǎng)撤離。最后，由消防聯(lián)動(dòng)控制器啟動(dòng)消防水泵，繼續(xù)加大向工作噴頭的供水壓力。

而智能噴水滅火裝置安裝的電子水力儀表，負(fù)責(zé)將工作示數(shù)全部回傳給消防控制室的信息平臺(tái)，經(jīng)過(guò)后臺(tái)計(jì)算后實(shí)時(shí)輸出消防滅火噴頭的流量、流速以及水力降坡變化信息。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行信息低于設(shè)計(jì)水平時(shí)，說(shuō)明設(shè)備的自動(dòng)噴水滅火效率可能受到影響，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)著火點(diǎn)的監(jiān)控，并合理組織人力滅火處置方案。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑電力安全監(jiān)控系統(tǒng)

電力安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按功能結(jié)構(gòu)可以大致分為組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控器、物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)路由裝置3 部分。這個(gè)系統(tǒng)中最主要的元件就是電氣火災(zāi)監(jiān)控器，它由若干個(gè)銅排式電流互感器、電纜式電流互感器以及一個(gè)溫度傳感器組成。其中，每個(gè)互感器都由閉合的鐵心與繞軸組成，最大可承受10倍的過(guò)載電流強(qiáng)度，依靠電磁感應(yīng)測(cè)得工作電路的剩余電流情況。使用時(shí)需要將建筑電氣線路的3 根相線與中性線分別穿過(guò)電流互感器的觸點(diǎn)，在電氣線路正常工作狀態(tài)下，由于電氣線路的三相電流相量總和為零，因此，互感器內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生磁通感應(yīng)，那么電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)器的二次控制回路輸出側(cè)也就不會(huì)有感應(yīng)電流出現(xiàn)。若建筑內(nèi)部的線路因老化、過(guò)度彎折而出現(xiàn)絕緣層破損，就會(huì)使中性線出現(xiàn)剩余電流，此時(shí)相間電流相量之和不為零，互感器內(nèi)部的鐵心與繞組會(huì)產(chǎn)生磁通，向二次側(cè)釋放感應(yīng)電流信號(hào)。而漏電電流的強(qiáng)度i用基爾霍夫電流定律來(lái)計(jì)算：

若漏電電流的節(jié)點(diǎn)存在n條支路，進(jìn)入互感器的電流值為正，輸出互感器的電流節(jié)點(diǎn)為負(fù)，那么經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的漏電流之和i為流經(jīng)支路電流k的電流ik之和。

當(dāng)電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到高于預(yù)設(shè)危險(xiǎn)值的漏電電流時(shí)，會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)與無(wú)線路由裝置連接的數(shù)據(jù)通信信道，將采集的過(guò)載電流情況發(fā)送至云數(shù)據(jù)中心，再經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)端App 應(yīng)用發(fā)送給單位消防責(zé)任人，進(jìn)而在演變成為電氣火災(zāi)前，及時(shí)組織人員對(duì)故障線路點(diǎn)位進(jìn)行維修排查。

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能，是對(duì)建筑重點(diǎn)場(chǎng)所進(jìn)行24 h常態(tài)化的火災(zāi)監(jiān)視，它主要由如下3 個(gè)裝置構(gòu)成：

1）溫度感應(yīng)裝置，主要是應(yīng)用終端探測(cè)原理。將插入一個(gè)有源NTC 半導(dǎo)體接觸探頭直接插入固定的安裝地點(diǎn)，這種材料的特性是載流子數(shù)目會(huì)隨著溫度升高而增多，使接觸探頭的阻抗值在短時(shí)間內(nèi)驟減。這樣當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域的著火點(diǎn)部位出現(xiàn)異常溫升時(shí)，溫度傳感器就可以利用自身阻抗特性，將電阻變化情況轉(zhuǎn)化為測(cè)區(qū)溫度的反應(yīng)信息[3]。

2）煙感報(bào)警器，在火災(zāi)的初期，有機(jī)物燃燒不是先產(chǎn)生明火，而是先產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)的煙霧。煙感報(bào)警器需要安裝在監(jiān)視區(qū)域的天花板上方捕捉火災(zāi)的前兆信號(hào)，這種煙感報(bào)警器的內(nèi)部有一個(gè)光路發(fā)生器和光路感應(yīng)器。當(dāng)監(jiān)視區(qū)域無(wú)火災(zāi)現(xiàn)象時(shí)，光路發(fā)生器射出的光束是偏離周圍光路感應(yīng)器的。若此時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)可燃物開始形成著火點(diǎn)，會(huì)有大量的煙霧升騰至煙感報(bào)警器的感應(yīng)單元中，此時(shí)在煙霧粒子的散射作用下，光束完全偏離預(yù)設(shè)軌道，折射至光路感應(yīng)器區(qū)域內(nèi)。而隨著現(xiàn)場(chǎng)煙霧量逐漸增加，光路感應(yīng)器內(nèi)折射的光束會(huì)越來(lái)越多，當(dāng)感應(yīng)光強(qiáng)度超過(guò)一定預(yù)設(shè)值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信息。

3）NB-lot 通信模塊，將溫度感應(yīng)裝置與煙感報(bào)警器的信號(hào)采集單元一并接入NB-lot 通信網(wǎng)絡(luò)中，就可以來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控功能了。當(dāng)上述兩個(gè)火災(zāi)監(jiān)控模塊發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)后，會(huì)按照預(yù)設(shè)好的程序通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)SIM 卡，將現(xiàn)場(chǎng)火情信息自動(dòng)回傳至用戶的手機(jī)App 以及消防值班室。這樣就可以在火勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大前快速定位火場(chǎng)，反饋著火點(diǎn)的溫度、火勢(shì)情況等綜合信息，為后續(xù)滅火救援工作的展開提供有利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建筑消防監(jiān)督管理中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)消防管理模式中人力投入成本大、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警不及時(shí)以及常態(tài)化檢查不到位的弊端問(wèn)題。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組建全場(chǎng)景智慧消防平臺(tái)，能改變建筑消防監(jiān)督工作長(zhǎng)期以來(lái)的被動(dòng)局面，這對(duì)于提高城市建筑消防救援能力、降低火災(zāi)事故損失來(lái)說(shuō)有著重要意義。