物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)在無人值守車站中的應(yīng)用探討

劉國良

深圳市市政設(shè)計研究院有限公司深圳 廣東 深圳 518000

引言

近年來，隨著軌道交通工程技術(shù)的不斷迭代，“無人值守車站”的呼聲也日益增強，然而傳統(tǒng)消防監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平及數(shù)據(jù)采集能力已難以滿足“無人值守車站”的功能需求。2017年，公安部發(fā)布了《關(guān)于全面推進“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]；2020年，中國軌道交通協(xié)會發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》[2]。物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)以其突出的智能化水平及強大的數(shù)據(jù)采集能力，為實現(xiàn)軌道交通的“數(shù)字化”和“智能化”賦能，在“智慧消防”及“智慧城軌”的進程中應(yīng)運而生。同時，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)本身的“智慧”屬性，也為打造安全、可靠、便捷、精準(zhǔn)、融合、協(xié)同、綠色、持續(xù)的新時代軌道交通、實現(xiàn)車站的“無人值守”提供了強有力的技術(shù)支持。

1 無人值守車站的主要特征

1.1 決策智能化

“無人值守車站”，顧名思義，即減少，直至徹底取消車站設(shè)備區(qū)設(shè)備管理及維護人員，僅需在車站設(shè)備發(fā)生故障報警時派員進行維修，或在事故工況時派遣處置人員進行現(xiàn)場干預(yù)。要達(dá)成上述目標(biāo)，“智能化車站管理決策”是其中必不可少的一環(huán)。而管理決策的智能化程度則與車站各點位的信息采集密度、準(zhǔn)確性和時效性密切相關(guān)。無人值守車站以對消防系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)等的全時域監(jiān)視為基礎(chǔ)，收集、分析設(shè)備運行狀態(tài)、環(huán)境控制要素等信息，實現(xiàn)設(shè)備智能化巡檢，并在突發(fā)公共安全事件下完成運營管理綜合決策及應(yīng)急預(yù)案優(yōu)化。

1.2 設(shè)備運行的自動化和遠(yuǎn)程化

縱觀各地投入運營的軌道交通工程，一條正線動則20km以上、包含十?dāng)?shù)個車站及停車場、車輛段，其中包含的各類系統(tǒng)及其設(shè)備更是難以計數(shù)。隨著“城際鐵路”概念的不斷深化，軌道交通工程的規(guī)模必將進一步擴大。隨之而來的運維時間成本、人力成本和物力成本亦將不斷上升。在此背景下，設(shè)備運行的自動化、遠(yuǎn)程化就顯得尤為重要。

針對這一目標(biāo)，無人值守車站在正常工況下，供暖通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)都將處于自動運行模式，保持車站環(huán)境始終處于預(yù)設(shè)狀態(tài)。同時，站內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、照度、地面積水等數(shù)據(jù)參數(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)實時傳送至OCC或NOCC，再經(jīng)由控制中心值班人員人工判斷是否需要人工遠(yuǎn)程干涉或派員進行現(xiàn)場操作。

1.3 火災(zāi)處置人員與事故現(xiàn)場的距離化

結(jié)合近年來全國軌道交通工程的火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，極少發(fā)生地鐵火災(zāi)，但仍無法斷言地鐵站內(nèi)不會發(fā)生火災(zāi)。因此，安全可靠的消防設(shè)施于地鐵車站而言必不可少。無人值守車站的特征，決定了車站僅保留部分客服、保潔及安保人員，一旦設(shè)備區(qū)發(fā)生火災(zāi)工況，設(shè)備管理及維護人員往往距事故現(xiàn)場較遠(yuǎn)，難以在第一時間抵達(dá)現(xiàn)場對事故進行人工干預(yù)處置。因此，在火災(zāi)工況初期，只能依靠車站的自動滅火系統(tǒng)、自動防排煙系統(tǒng)及建筑防火設(shè)施滅火或延緩火災(zāi)蔓延速度、降低火災(zāi)危害。

2 物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1 系統(tǒng)組成

物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)可分為感知層、應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)層三大板塊。

其中，感知層是物聯(lián)網(wǎng)消防的核心內(nèi)容，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)消防三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，即通過傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境信息。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。在軌道交通項目中，感知層具象化表現(xiàn)為各站設(shè)置的FAS系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等。

應(yīng)用層位于物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)的最頂層，在軌道交通工程中往往集成到地鐵控制中心、消防指揮中心，其具體功能為“處理”，即通過云計算平臺進行信息處理。應(yīng)用層與最底端的感知層一起，是物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)的顯著特征和核心所在，應(yīng)用層可以對感知層采集數(shù)據(jù)進行計算、處理和知識挖掘，從而實現(xiàn)對車站各系統(tǒng)設(shè)備的實時控制、精確管理和科學(xué)決策。物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)應(yīng)用層的核心功能圍繞“數(shù)據(jù)”和“應(yīng)用”兩個方面：“數(shù)據(jù)”是指應(yīng)用層需要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)的處理；“應(yīng)用”指在管理和處理數(shù)據(jù)之上，還要將這些數(shù)據(jù)與各系統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合。

網(wǎng)絡(luò)層則是感知層與應(yīng)用層之間的信息傳輸通道，向上將感知層獲取的信息數(shù)據(jù)傳送至應(yīng)用層，向下將應(yīng)用層的指令傳達(dá)給感知層。其核心要素為信息傳遞的安全性、及時性和完整性。其中安全性主要指對外來干擾信息的排他性；及時性體現(xiàn)在克服空間上的距離感，第一時間完成信息傳遞；完整性指在當(dāng)前軌道交通工程規(guī)模不斷擴大的趨勢下，避免遠(yuǎn)距離信息傳遞過程中數(shù)據(jù)“丟包”的現(xiàn)象。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 消防監(jiān)督檢查

消防監(jiān)督檢查是軌道交通工程中必不可少的重要工作，對預(yù)防火災(zāi)起著重要作用。實際運營過程中，長期以來均以人工定期巡查為主要手段，輔以便攜式的各類檢測工具。但是近年來，全國各地軌道交通網(wǎng)絡(luò)逐步完善、軌道交通工程規(guī)模不斷加大，使得消防監(jiān)督檢查的任務(wù)愈發(fā)艱巨，傳統(tǒng)的巡查工作需要投入大量的基層維保人員。但是人員的大量投入并不能保證消防監(jiān)督檢查工作的及時和有效。究其原因，一是車站規(guī)模、數(shù)量的上升，增加了人工巡檢的難度，人工巡查難以發(fā)現(xiàn)一些隱蔽處的問題；二是從業(yè)人員較多，難以保證每個巡檢人員的專業(yè)素養(yǎng)，職業(yè)技能不強、工作態(tài)度應(yīng)付了事的情況時有發(fā)生。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過其傳感信息交互系統(tǒng)和智能化技術(shù)，可以及時、有效地全面收集、整理、上傳車站環(huán)境信息，提高消防監(jiān)督檢查工作的時效性和準(zhǔn)確性。

2.3 消防遠(yuǎn)程監(jiān)控

與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，物聯(lián)網(wǎng)消防得益于其本身強大的數(shù)據(jù)傳送能力，一旦發(fā)生火災(zāi)，著火站點、地鐵控制中心及消防指揮中心可在第一時間收知火情。同時能夠及時、準(zhǔn)確地掌握火災(zāi)的確切地點和嚴(yán)重程度，并通過數(shù)據(jù)庫找到車站滅火設(shè)施的位置，從而幫助消防人員制定可靠的滅火方案，有效地開展滅火工作。

3 物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)在無人值守車站中的應(yīng)用必要性

由前文可知，一方面，無人值守車站必然將會面臨火災(zāi)處置人員無法第一時間出現(xiàn)在事故現(xiàn)場的問題。因此，一旦發(fā)生火災(zāi)工況，只能寄希望于自動滅火系統(tǒng)抑制或消除初期火災(zāi)；同時利用物聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)將警情實時傳送至地鐵控制中心及消防指揮中心，便于消防人員后續(xù)入場處置，避免火情擴大或產(chǎn)生次生災(zāi)害。

另一方面，物聯(lián)網(wǎng)消防給水的全時域監(jiān)測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確上傳所有消防系統(tǒng)設(shè)備的故障信息、維保信息至OCC或NOCC，并在全生命周期內(nèi)定期進行遠(yuǎn)程消防聯(lián)動測試。既起到防患于未然的重要作用，又解決了無人車站沒有工作人員值班巡查的問題。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)功能示意圖

4 物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)在無人值守車站中的可行性

4.1 政策可行性

2017年，公安部發(fā)布了《關(guān)于全面推進“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]。要求綜合運用物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，構(gòu)建立體化、全覆蓋的社會火災(zāi)防控體系，支撐現(xiàn)代消防警務(wù)勤務(wù)機制，提升火災(zāi)防控能力、應(yīng)急救援能力，實現(xiàn)符合實戰(zhàn)要求的“現(xiàn)代消防”。

2020年，中國軌道交通協(xié)會發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》[2]。綱要指出：“為了促使我國城軌交通行業(yè)信息化的健康發(fā)展和智慧城軌的有序建設(shè)，亟須進行行業(yè)層面的頂層設(shè)計，以統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略，明確建設(shè)目標(biāo)，確定重點任務(wù)，謀劃實施路徑，創(chuàng)新體制機制，制定保障措施，指導(dǎo)和鼓勵各城市按照“因地制宜、開拓創(chuàng)新、大膽探索、勇于實踐”的原則，有序推進智慧城軌建設(shè)。其中，“智能運維安全”作為智慧城軌的一項重要指標(biāo)，要求全面推廣應(yīng)用、建立設(shè)備智能運維標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)智能運維分析決策系統(tǒng)、建成綜合應(yīng)急管理系統(tǒng)。

4.2 技術(shù)可行性

物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)自提出以來，相關(guān)的技術(shù)水平已經(jīng)進入相對成熟的階段。就物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈而言，國內(nèi)已經(jīng)形成了包括芯片、元器件、設(shè)備、軟件、系統(tǒng)集成、運營、應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的較為完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。而在產(chǎn)業(yè)規(guī)模方面，根據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了6000億元人民幣，同比增長22.6%，2015年產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到7500億元人民幣，同比增長29.3%。預(yù)計到2020年，中國物聯(lián)網(wǎng)的整體規(guī)模將超過1.8萬億元。

隨著我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和創(chuàng)新能力不斷提升，在傳感器、RFID、M2M、標(biāo)識解析、工業(yè)控制等特定技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)擁有一定具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成果，部分自主技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)一定產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；在物聯(lián)網(wǎng)通用架構(gòu)、數(shù)據(jù)與語義、標(biāo)識和安全等基礎(chǔ)技術(shù)方面正加緊研發(fā)布局[3]。同時，我國業(yè)已形成涵蓋感知制造、網(wǎng)絡(luò)制造、軟件與信息處理、網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用服務(wù)等門類的相對齊全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系。產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在不斷擴大，已經(jīng)形成環(huán)渤海、長三角、珠三角，以及中西部地區(qū)四大區(qū)域集聚發(fā)展的空間布局，呈現(xiàn)出高端要素集聚發(fā)展的態(tài)勢。

4.3 投資可行性

以深圳某軌道交通項目為例，根據(jù)各設(shè)備廠家提供的數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)消防給水系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)需增加約50萬元/站的投資。如全線設(shè)20個車站，則設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)需增加約1000萬元投資。而在人力成本方面，平均每站可減少巡檢、維護人員約1-2人，全線每年約可節(jié)約綜合人工成本200萬元以上。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)設(shè)備費初期投入較高，但是綜合人力成本對比分析可知，運營時間5年左右，綜合投資基本持平。且運營時間越長，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)綜合成本越低、優(yōu)勢越明顯。

5 結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)作為一門逐漸興起的前沿技術(shù)，其市場規(guī)模、技術(shù)水平均足以滿足地鐵線路運行標(biāo)準(zhǔn)。而在國內(nèi)全面推廣“智慧城軌”及“智慧消防”的政策背景下，物聯(lián)網(wǎng)消防系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用也是順勢而為。將無人值守車站與物聯(lián)網(wǎng)消防技術(shù)相結(jié)合，不但可以在防火層面實現(xiàn)消防系統(tǒng)的全時域監(jiān)測、消除安全隱患，還可以在滅火救援方面起到及時滅火、監(jiān)控火情和配合消防人員協(xié)同消防的作用。