綜合性多層級智慧消防監(jiān)管平臺建設(shè)研究

唐俊杰 李曉峰 司田煜

作者簡介：

唐俊杰（1984- ），男，漢族，上海人，本科，工程師，研究方向：企業(yè)智能化、信息化系統(tǒng)項目建設(shè)；李曉峰（1971- ），男，漢族，浙江舟山人，本科，注冊安全工程師（化工安全），研究方向：消防應急信息化；司田煜（1994- ），男，漢族，江蘇豐縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：企業(yè)智能化、信息化系統(tǒng)項目建設(shè)。

摘要：消防應急是危化品倉儲企業(yè)必要的管理環(huán)節(jié)，智慧消防系統(tǒng)是“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”試點建設(shè)方案的重點內(nèi)容。本研究將基于物聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合5G通信、大數(shù)據(jù)分析、AI智能研判等技術(shù)，研究標準化、信息化、數(shù)字化、智能化的多層級智慧消防系統(tǒng)建設(shè)方法，探討一個全流程管理的綜合性火災防控救援系統(tǒng)框架，集成海陸空一體化救援力量，實現(xiàn)智慧防控、智慧管理、智慧作戰(zhàn)、智慧指揮的目標，提高危化品倉儲庫區(qū)的應急消防水平。

關(guān)鍵詞：智慧消防；物聯(lián)網(wǎng)；多層級；信息系統(tǒng)；應急救援；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)

引言

近年來，危化品行業(yè)的安全形勢日益嚴峻，而火災又是各類事故中危害最大、造成損失最嚴重的一項，還會引發(fā)污染、爆炸等一系列危害。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，僅2019年一年就發(fā)生較大火災802起，重大火災8起，大大危害到了人民的生命安全和財產(chǎn)安全。火災事故具有破壞性大、發(fā)生過程短、救援難度高等特點，2015年天津港8.12危險品倉庫特別重大火災爆炸事故、2017年鹽湖6.28較大爆炸事故、2018年宜賓7.12重大爆燃事故等均是由火災引起的。由此可見，消防管理在危化品倉儲企業(yè)屬于重中之重。

傳統(tǒng)的消防管理系統(tǒng)在設(shè)計和使用時都存在著一定的局限性，過于依賴使用場所和人工監(jiān)管，存在消防設(shè)備老化、控制終端技術(shù)落后、日常管理流于形式、工作人員缺乏相關(guān)消防知識等問題[1]。因此，危化品倉儲行業(yè)亟需一個標準化、信息化、智能化、數(shù)字化的智慧消防產(chǎn)品，能夠打通消防管理全流程，將消防管理水平提升到一個新高度。

隨著科學技術(shù)水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)被逐步地應用在安全管理當中，同時國家也出臺了多項政策推進危化品倉儲企業(yè)的信息化升級、智慧化改造。2021年4月，應急管理部印發(fā)了《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+危化安全生產(chǎn)”試點建設(shè)方案》，要求推進新一代信息技術(shù)和危險化學品安全生產(chǎn)深度融合，實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級，強化安全生產(chǎn)基礎(chǔ)和技術(shù)創(chuàng)新能力，構(gòu)建“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”技術(shù)體系和應用生態(tài)系統(tǒng)，提升安全生產(chǎn)風險感知評估、監(jiān)測預警和響應處置能力，為促進企業(yè)和監(jiān)管部門安全管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能。其中企業(yè)應用場景特別強調(diào)了敏捷應急的建設(shè)工作，要求化工企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全面賦能，覆蓋應急管理的預防、準備、響應、恢復全部4個階段，應用VR和AI技術(shù)，實現(xiàn)應急處置輔助資料的精準推送、應急資源的實時更新、應急救援的智能決策、應急隊伍的快速聯(lián)動和應急過程的全程記錄。

目前，智慧消防已經(jīng)成為消防安全管理的一個新方向，相關(guān)研究也不斷涌現(xiàn)。袁珍將ZigBee無線傳輸和視頻檢測技術(shù)融入消防報警系統(tǒng)，提高了實時性報警的準確度[2]。謝濟濤等人提出了由監(jiān)督平臺、監(jiān)控系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、消防救援調(diào)配、智能巡檢5部分組成的智慧消防系統(tǒng)[3]。趙誠婧提出了自動化火災防控、智能化救援指揮、精細化服務(wù)管理的概念[4]。云洋基于傳感器與大數(shù)據(jù)技術(shù)研究了防火監(jiān)督信息數(shù)據(jù)庫的建立方法[5]。段曉東從監(jiān)管部門層面提出了城市范圍的遠程火災監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)思路[6]。

然而上述消防系統(tǒng)都沒有實現(xiàn)消防管理全過程的打通，無法滿足應急救援力量的零延遲銜接，不能做到全員全流程參與，且難以適用于?；穫}儲企業(yè)的復雜管理條件。特別是針對多數(shù)石化倉儲庫區(qū)消防系統(tǒng)相互之間無法聯(lián)動、報警裝置未形成聯(lián)鎖、裝置點位不夠準確等問題，亟需一套綜合的智慧消防系統(tǒng)提升庫區(qū)的消防管理水平[7]。本文所研究的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多層級智慧消防系統(tǒng)，能夠做到日常管理、事前預警、消防救援、事故分析、能力提升的全流程智慧管理，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通信、AI智能研判打造綜合性火災防控平臺，切實提高危化品企業(yè)的消防管理水平[8]。

一、智慧消防系統(tǒng)多層級框架構(gòu)建思路

為了解決傳統(tǒng)消防管理過程中數(shù)據(jù)收集不全面、“信息孤島”難以打通、消防信息全面感知能力差、智能化處理不及時等問題，本研究將從技術(shù)和多層級架構(gòu)兩個維度入手，解決上述問題，構(gòu)建綜合性的智慧消防系統(tǒng)。智慧消防系統(tǒng)的建設(shè)應滿足如下目標：

智慧防控：發(fā)現(xiàn)異常自動報警，提升信息傳遞的效率。集成高科技智能終端、感知設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)云平臺，一旦檢測到險情與異常，系統(tǒng)自動在第一時間通過終端設(shè)備通知用戶及時處理。從被動發(fā)現(xiàn)險情為主動監(jiān)測預警，以防為主，將險情控制在萌芽狀態(tài)。

智慧作戰(zhàn)：根據(jù)實時動態(tài)數(shù)據(jù)，更高效精準作戰(zhàn)。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，智慧消防能實現(xiàn)現(xiàn)場人員、地理方位、實景數(shù)據(jù)等的集成，并實時動態(tài)更新，現(xiàn)場作戰(zhàn)人員借助這些精細化數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)精準作戰(zhàn)，提升救援效率。

智慧管理：系統(tǒng)化日常管理，保障消防設(shè)施的完好。利用物聯(lián)網(wǎng)、紅外線感知等技術(shù)，能很好地記錄當前消防設(shè)備的位置、狀態(tài)，如有系統(tǒng)損壞及時報修，能更好保障消防設(shè)施的完好，提供精準的設(shè)備信息。

智慧指揮：現(xiàn)場可視化動態(tài)圖像，實現(xiàn)調(diào)度智能化?，F(xiàn)場圖像實時傳輸，一張圖鏈接所有的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，滿足可視化、動態(tài)化指揮需求，實現(xiàn)消防救援人員、消防車輛、消防裝備、消防水源、消防物資等各類資源的實時智能化調(diào)度，幫助以最快的速度撲救，最大化保障人員財產(chǎn)安全。

（一）系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)手段

智慧消防系統(tǒng)應充分結(jié)合企業(yè)的自動化基礎(chǔ)和使用需求，通過數(shù)據(jù)采集、信息系統(tǒng)集成、統(tǒng)一平臺展示、綜合化消防部署的方式建設(shè)。首先，第一階段應基于企業(yè)已有自控層架構(gòu)，通過OPC/DA協(xié)議將現(xiàn)場生產(chǎn)、消防PHD實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等實時數(shù)據(jù)采集至云端實時數(shù)據(jù)庫。其次，聯(lián)動智慧消防監(jiān)控及企業(yè)信息管理系統(tǒng)、對接應急系統(tǒng)，建設(shè)智慧消防一體化管控平臺，通過合理布局及可視化展示，將集成的數(shù)據(jù)進行可視化展示，實現(xiàn)庫區(qū)整體監(jiān)控，滿足實時報警處置功能。最后，利用5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)優(yōu)勢，將視頻分析、視頻報警等可視化AI技術(shù)應用到智慧消防系統(tǒng)中，真正做到消防工作的“智慧”提升，實現(xiàn)報警方式多樣化、輔助功能聯(lián)動化、數(shù)據(jù)預警可視化、救援地點準確化、指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、指揮決策智能化。在第二階段，可以結(jié)合庫區(qū)智慧消防建設(shè)項目，改造、新增模擬消防固定設(shè)施、消防自控系統(tǒng)、消防控制柜等實訓設(shè)施，建設(shè)消防管理模擬界面，開展消防設(shè)施操作員取證、智慧消防培訓等功能，滿足應急管理人員智慧消防培訓需求，從專業(yè)人員角度進一步提升消防管理水平。智慧消防系統(tǒng)的建設(shè)應該從三個層面開展。

管理理念及準備：應急預案轉(zhuǎn)化、消防能力培訓。

制度保障：應急響應機制保障、應急處置機制保障。

技術(shù)支撐：大數(shù)據(jù)、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI分析；衛(wèi)星定位、傳感器、消防裝備。

智慧消防系統(tǒng)的核心要素是數(shù)據(jù)互通、資源調(diào)配、流程打通和監(jiān)控指揮，通過自控數(shù)據(jù)的采集、信息系統(tǒng)的集成、監(jiān)控駕駛艙界面的展示，將消防資源進行整合，聯(lián)動消防報警，通過可視化界面進行監(jiān)控和指揮，實現(xiàn)全數(shù)據(jù)量化研判、全業(yè)態(tài)深化應用、全地域業(yè)務(wù)覆蓋、全流程分析展示。

同時，智慧消防系統(tǒng)還應實現(xiàn)3級數(shù)據(jù)互通，1級是與庫區(qū)自控數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)互通，2級是與應急救援設(shè)備、應急救援隊伍、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)互通，3級是與省/市應急指揮中心、國家應急救援中心之間的數(shù)據(jù)互通，并且打通3級的數(shù)據(jù)通道，構(gòu)建一體化應急協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，做到全流程、全業(yè)態(tài)的應急消防響應。

（二）多層級架構(gòu)

智慧消防系統(tǒng)將通過多層級的概念，從感知預警到響應處置到復原分析，貫穿應急消防全流程。本文所述的智慧消防研究將系統(tǒng)按照事件順序分為六個層級，分別是感知層、預警層、響應層、處置層、復原層、輔助層。多層級的系統(tǒng)架構(gòu)可以做到職責明確、處置清晰、覆蓋全面的優(yōu)勢。

二、多層級智慧消防系統(tǒng)詳細建設(shè)內(nèi)容

（一）感知層

感知層的設(shè)計將從3個維度出發(fā)，分別是消防自控設(shè)備、視頻AI輔助、人員定位管理，涵蓋“人、機、料、環(huán)”各個層面，做到全方位的火災感知。

在設(shè)備方面，系統(tǒng)需要對接集成庫區(qū)的消防自控設(shè)備，包括可燃氣體檢測裝置、光纖光柵感溫裝置、儲罐無線測溫技術(shù)、移動式消防設(shè)備、工業(yè)防爆無人機等，實現(xiàn)第一時間的自控信號匯總分析。利用AI分析識別技術(shù)，通過視頻監(jiān)控進行輔助分析，搭載相應的智能算法，可以實現(xiàn)人員違規(guī)行為、關(guān)鍵部分溢油、煙霧分析、火災火焰等的感知。利用真實環(huán)境事故模擬的方式逐步積累素材，提高算法模型精度。同時，系統(tǒng)應將感知責任落實到個人，以人為感知基礎(chǔ)，提升消防判斷及救援物資能力判斷，結(jié)合人員定位管理、二道門管理，以實現(xiàn)對人員管理的提升，并借以班組的概念實現(xiàn)分級管控。

（二）預警層

在集成各類消防數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開展綜合監(jiān)控及響應、處置一體化平臺。

1.消防相關(guān)系統(tǒng)及設(shè)備的所有圖層及點位展示（可燃、火災報警、感溫光柵、消防設(shè)施等）。

2.在系統(tǒng)地圖中可對消防設(shè)備分布進行打點及檢修掛牌，同時可顯示該設(shè)備狀態(tài)、信息、完好情況等。

3.具備智能計算消火栓、泡沫站、消防水池、消防水罐等消防供給設(shè)備的可持續(xù)時間，為現(xiàn)場作戰(zhàn)指揮調(diào)度戰(zhàn)時資源提供輔助參考。

4.建立設(shè)備管理臺賬，對消防設(shè)備進行管理，能夠?qū)εR近超期的設(shè)備以及泡沫液有效期等進行彈窗提醒。

5.消防相關(guān)系統(tǒng)的報警信號接入及信息展示，細化報警信息的點位展示，細化到具體報警的設(shè)備設(shè)施，而不是只顯示一個報警類型或報警儲罐。

6.消防泵狀態(tài)需顯示壓力、溫度、電壓、電流等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。

7.報警處置流程，做到流程流轉(zhuǎn)，每一步對應相關(guān)操作確認人員，實現(xiàn)線下流程表單電子化。同時系統(tǒng)需記錄報警記錄、操作記錄，生成相關(guān)日志。

8.在系統(tǒng)地圖中需要有消防管網(wǎng)主線路展示。

9.系統(tǒng)能夠與其他應急系統(tǒng)等進行對接。

（三）響應層

建立成熟的響應機制，實現(xiàn)快速反應、數(shù)字化預案、消防力量協(xié)同。

應建立逐級響應機制，從員工、班組、企業(yè)到園區(qū)，快速完成初期響應，為后續(xù)的消防響應和政府對接做好準備工作。在火災得到響應后，應立即啟動數(shù)字化預案。數(shù)字化預案分為平時和戰(zhàn)時兩個部分，平時負責將線下預案轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可執(zhí)行的數(shù)字化預案，梳理預案體系，戰(zhàn)時負責建立逐級響應相關(guān)機制，啟動數(shù)據(jù)化預案，根據(jù)事態(tài)情況選取最優(yōu)預案，調(diào)動應急資源，為后續(xù)的消防處置提供指揮方案。根據(jù)數(shù)字化預案的內(nèi)容對接消防應急系統(tǒng)，完成事故接處警，聯(lián)動指揮救援，實現(xiàn)快速事故反應和傳遞，提高事故防范意識，提升事故響應效率。

（四）處置層

智慧消防系統(tǒng)需要聯(lián)動企業(yè)、園區(qū)、政府的應急消防救援力量，做到高效集成隊伍、人員和裝備，實現(xiàn)跨平臺通訊、可視化定位、可視化指揮的海陸空一體化指揮實戰(zhàn)功能。

（五）復原層

復原層負責研究事故后現(xiàn)場復原、工藝系統(tǒng)復原，建立相應的分析模型，如監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)統(tǒng)計模型、污染指標關(guān)聯(lián)溯源模型、火災源頭素原模型、風險單元統(tǒng)計模型等，對火災事故形成完整的事后分析，提高火災預防能力。

（六）輔助層

在輔助層構(gòu)建智慧消防培訓平臺，通過教學、實訓、模擬、演練、競賽、測試等方式組建專業(yè)消防隊伍，同時讓庫區(qū)工作人員具備消防安全專業(yè)知識。培訓中心建設(shè)可分為：真實火災實訓區(qū)、火災仿真模擬區(qū)、配套設(shè)施區(qū)、公用工程區(qū)、綜合服務(wù)區(qū)；應急救援真實火災實訓、應急救援裝備測試培訓、應急救援技能競賽、應急預案綜合演練、應急裝備展示交流。

三、智慧消防監(jiān)控平臺

?；穫}儲企業(yè)應圍繞智慧消防系統(tǒng)建設(shè)監(jiān)控平臺，聯(lián)動自控設(shè)備、報警設(shè)備、視頻監(jiān)控、應急廣播等系統(tǒng)，實現(xiàn)對庫區(qū)的智慧化消防可視化綜合管理。

可視化監(jiān)控平臺應以庫區(qū)地圖模塊為基礎(chǔ)，展示每個儲罐的圖標和位置，點擊儲罐圖標，能夠顯示相關(guān)信息，同時展示消防水罐液位、泡沫站液位、應急消防裝備信息、報警處置記錄、值班人員信息、消防泵狀態(tài)、官網(wǎng)壓力監(jiān)控、視頻監(jiān)控、報警彈框等信息。

結(jié)語

智慧消防系統(tǒng)的建立，需要從危化品企業(yè)自身的消防應急管理需求出發(fā)，貫徹落實政府部門的監(jiān)管要求，迅速聯(lián)動應急救援力量，做到制度標準落地、數(shù)據(jù)信息打通、人員專業(yè)培訓，可以提高企業(yè)及園區(qū)的消防應急能力，降低人員傷亡及財產(chǎn)損失，取得積極的社會效益。

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