物聯網技術在智慧建筑消防工程中的應用研究

黃廣國，晉廣慶，胡志誠

（1.山東大衛(wèi)國際建筑設計有限公司，山東 濟南 250002；2.山東君天建設工程有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

隨著中國社會經濟的高速發(fā)展，城市各類建筑所面臨的各種火災危險性也在迅速上升，城市消防工作任務日趨復雜艱巨。中華人民共和國國務院安全生產委員會2022年2月印發(fā)的《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》中要求推行新型監(jiān)管模式，實施“互聯網+”監(jiān)管。堅持智慧引領，充分運用物聯網和現代信息技術，全時段、可視化監(jiān)測單位消防安全狀況，實時化、智能化評估消防安全風險，提高預測、預警能力，分級分類實施差異化消防安全線上監(jiān)管[1-5]。加速推動消防物聯網設備智能化系統工程建設，全方位推進消防設備信息化工程建設與滅火服務管理工作的相互結合、構建全覆蓋面的火災事故防治體系，加快推進現代科技物聯網技術與消防工作的深度融合已是刻不容緩的任務。

由于物聯網技術的日漸成熟，其在各行各業(yè)中的應用均已取得良好效果。在建筑物的消防設施領域，利用物聯網技術將微型的傳感元件植入到建筑物消防設施內，再利用物聯網的傳輸方式將數據上傳給應用終端，就可以實現對建筑物內的消防設施的實時遠程監(jiān)控管理。采用物聯網技術和無線傳感器物聯網技術的消防物聯網設備智能系統工程，已成為當前智能建筑及消防設備監(jiān)控系統發(fā)展的主要態(tài)勢。區(qū)別于依靠總線技術的傳統消防設備管理系統，基于物聯網技術的智能消防設備管理系統已經建立了統一的標準化互聯與信息傳輸機制，并且在智能硬件上應用的嵌入式微處理器也能夠通過系統開發(fā)者設計的通信模塊接入以太網，從而完成消防信息與消防設備數據的傳遞。

1 系統架構

消防物聯網設備智能化系統，主要由感知信號的收集部分、數據傳輸網絡以及安全協議、網絡系統的運行平臺和數據處理中心等構成。結合物聯網技術架構和設備管理相關技術，操作系統的總體設計架構包括了感知層、信息傳輸層、使用層和管理層[6]，如圖1所示。

圖1 消防物聯網系統體系架構

感知層由多個傳感器和信號的網關所構成，包含RFID、傳感器、GPS、攝像頭、激光掃描儀、視頻采集終端、NFC標簽和識讀器等，負責感知和收集系統所需要的信息，其收集來源一般有電子感應器、視頻集終端、物聯監(jiān)控、物聯巡查系統等，通過報警主機信息采集終端，獲取火災探測器、可燃氣體探測器、火焰探測器等終端的報警巡檢信息，并對數據進行整理與分析后，利用LoRa模塊或NB-IoT模塊將消防設施信息傳遞至傳輸層。

傳輸層主要是利用無線網絡火災報警控制器對所接收的底層采集信號進行管理和傳遞；并通過有線互聯網和GPRS無線傳輸方式，將云服務器與火災報警控制臺連接起來，支持雙向通信。

運行層則采取支持服務方法，利用信息運營中心實現大數據分析使用，主要由監(jiān)控中心計算機和智能手機等構成；數據應用平臺分為消防物聯網應用平臺和消防大數據應用平臺，實現對消防物聯網設備智能化系統的監(jiān)管。

管理層主要包含消防物聯網信息中心和指揮中心。消防物聯網設備智能化應符合消防物聯網設備智能化管理中心的要求，并應接受消防大數據應用平臺的管理；消防物聯網設備智能化系統的管理層應對數據安全監(jiān)測、數據支撐層分析、傳輸數據涉密、統計體檢報告等進行管理。

2 系統設計

2.1 系統感知層硬件設計

系統感知層主要包含傳感器或探測器設計，傳感器或探測器類型可采用報警主機信息采集終端、水系統信息采集傳感器、RFID標簽、NFC標簽、風速傳感器和視頻采集終端等。感知層硬件可分為4個功能模塊：傳感器模塊、控制模塊、傳輸模塊和電源模塊，如圖2所示。

圖2 感知層設備功能模塊

2.2 火災報警控制器硬件設計

火災報警控制器主要由主控模塊、顯示模塊、存儲模塊等組成，如圖3所示。控制器的主控模塊通過RS 485通信模塊獲取數據，利用以太網模塊實現與云服務器的信息傳遞，同時數據輸出也可利用GPRS模塊、WiFi模塊、藍牙模塊完成，用于滿足不同使用環(huán)境下的信息傳遞?；馂膱缶刂破鞯娘@示模塊可使用LCD液晶顯示屏，顯示屏支持觸摸控制功能。語音模塊的主要功能是當報警控制器接收到報警信號后，能夠播放疏散語音信息及火災警示音。存儲模塊用于數據的存儲和歷史查詢，其數據安全和存儲可靠性應不小于99.99%。

圖3 火災報警控制器原理

3 消防智能化系統信息云平臺

消防智能化系統信息云平臺整體架構如圖4所示，其使用的數據分析信息系統包括：建設工程項目信息系統、室外消防給水系統、室內消防給水系統、自動噴淋滅火系統、氣體滅火系統、機械防煙排煙管理系統、火災事故手動操作系統、緊急情況播報管理系統、消防專用電話系統、滅火器聯合監(jiān)控系統、電力火災事故監(jiān)測系統、消防電源檢測管理系統、緊急情況燈光與緊急情況撤離指揮標識管理系統、易燃氣體檢測與應急報警管理系統、消防防火門監(jiān)控管理系統等。

圖4 消防物聯網設備智能化系統信息云平臺

消防智能化系統的監(jiān)控系統具備各類消防器材的狀態(tài)監(jiān)控、消防人員現場巡查信息、消防設施定位信息報警、模糊控制邏輯分析、火災危險性綜合評價、手機APP實時訪問等模塊。

3.1 物聯監(jiān)測功能

信息系統可實時對各種消防器材的安全情況進行監(jiān)控，并接入火災自動報警系統、防煙排煙監(jiān)控系統、防火門監(jiān)控系統、消防電源監(jiān)控系統、消防應急照明和疏散指示系統、消防栓監(jiān)測系統、電氣火災監(jiān)控系統、應急消防廣播等，實時監(jiān)測各種消防設施的狀況[7]。

基于成熟的物聯網、云計算、大數據等技術、嵌入式技術和無線通信技術，利用消防物聯網設備智能化系統信息云平臺還可以監(jiān)視物聯網建筑滅火器的位置、使用壽命、內部壓力等參數，可實現滅火器的全時空動態(tài)管理，使滅火器始終處于正常的待工作狀態(tài)。

3.2 物聯巡查功能

通過消防智能化信息系統的實時巡邏系統，可隨時監(jiān)督消防人員的工作情況。消防人員在現場巡查消防設施安全情況后，通過刷身份證等其他有效證件，系統會自動拍攝場景圖像，并對消防人員進行人像對比分析，確定消防人員的執(zhí)業(yè)身份，判斷是否為持證上崗，杜絕無證上崗，加強消防巡查人員的管理[8]。

3.3 CRT地圖實時報警功能

當系統監(jiān)測到火警信息后，信息系統將及時在CRT地圖中鎖定報警點的具體位置，可關聯最近的網絡攝像頭并觀看事故現場錄像，也可對各有關單位負責人發(fā)出報警或異常簡訊，并同時給出告警提醒。火災監(jiān)管部門能從信息網絡中精確鎖定著火場所具體位置，并聽到聲光報警，從而大大提升了火災報警器的工作水平和對火災事故的處置效能。

3.4 綜合評估功能

數據平臺可以對建設工程項目的消防設施進行全面評價以及對火災預警控制器和滅火聯合控制臺的歷史和實際工作狀態(tài)作出整體評價，從而確定火災設施故障率、維護費用和抓鬮兒數[9]。

消防物聯網設備智能化系統是火災隱患防控服務系統的技術升級，通過物防、技防輔助人防，可實現及時有效排查及處置火災隱患。系統建成后，消防監(jiān)管單位可解決長期以來消防監(jiān)管工作人手不足、工作量大、執(zhí)行難的問題，實現消防分級管理，監(jiān)管遠程化、數字化、可視化[10]。

3.5 移動終端APP實時監(jiān)測功能

將物聯網技術運用到建筑物消防設施監(jiān)控系統中具有一定的現實意義。通過對物聯網結構的數據分析，形成了建筑工程消防物聯網體系，實現了對建筑物消防工作關鍵要素的實時監(jiān)控；并能夠根據應用平臺的大數據分析結果，對建筑物內消防裝備的運作情況作出綜合評價。建筑消防物聯網管理系統為消防物聯網、大數據管理平臺的建設奠定了基石，是解決建筑物內滅火裝置檢測和維修管理問題的有效方式之一，它還能夠進行動態(tài)監(jiān)管，以及時發(fā)現建筑物滅火裝置的風險，從而提升消防系統的滅火效率。

4 結 語

消防物聯網設備智能化系統已經成為消防建設項目中不容忽視的關鍵部分。不久的將來，越來越多的項目將會利用消防物聯網設備智能化系統，逐漸構建起“智慧消防”的體系，每個城市的消防主管單位都可以與多個項目的物聯網設備智能化系統實現連接和集成，形成數據融合共享的城市物聯網消防與遠程監(jiān)測系統。利用現代化信息科技，對建筑消防工程形成了立體化全信息管控，形成完整全面的智能消防解決方案；并通過圖形化、多集成、多接口的技術表現形式，切實提升城市的消防現代化管理水平。