淺談消防物聯(lián)網(wǎng)對建筑消防系統(tǒng)的提升

張 照 陽

(上海華建工程建設(shè)咨詢有限公司, 上海 200070)

0 引 言

現(xiàn)有的民用建筑消防設(shè)施體系主要包括室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、建筑防排煙系統(tǒng)、建筑電氣消防系統(tǒng)。消防系統(tǒng)構(gòu)架是以消防聯(lián)動控制系統(tǒng)為核心來對這些各自獨立的子系統(tǒng)進行控制和運行狀態(tài)的監(jiān)管。

1 以消防聯(lián)動控制系統(tǒng)為核心的建筑消防系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)模式

在現(xiàn)有的建筑消防系統(tǒng)中,消防聯(lián)動控制系統(tǒng)是核心組成部分。建筑消防系統(tǒng)的工作模式為消防聯(lián)動控制系統(tǒng)接收火災(zāi)報警控制器發(fā)出的火災(zāi)報警信號,并按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好的聯(lián)動邏輯完成各項消防功能,接收并顯示受控設(shè)備動作及反饋信號[1]?；馂?zāi)探測警報系統(tǒng)、消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、消防排煙系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)等相關(guān)的消防子系統(tǒng)均接受消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的控制和運行狀態(tài)監(jiān)管。各消防子系統(tǒng)和消防設(shè)施通過回路總線配接聯(lián)動模塊后與消防聯(lián)動控制器鏈接。以消防聯(lián)動控制系統(tǒng)為核心的現(xiàn)有建筑消防設(shè)施系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.2 現(xiàn)有建筑消防系統(tǒng)的不足

上述以消防聯(lián)動控制系統(tǒng)為核心的建筑消防體系看似安全可靠,但隨著現(xiàn)代建筑規(guī)模的發(fā)展暴露了一些不足。

1.2.1 龐大的消防系統(tǒng)規(guī)模增加了工程造價和運維難度

根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定,任一臺消防聯(lián)動控制器地址總數(shù)或火災(zāi)報警控制器(聯(lián)動型) 所控制的各類模塊總數(shù)不應(yīng)超過1 600點,每個回路配接聯(lián)動模塊的數(shù)量不宜超過100點,且應(yīng)留有不少于額定容量10%的余量[2]。許多大型建筑往往需要幾十至上百個回路總線從各個方向匯集到消防控制室內(nèi)的消防聯(lián)動控制器上,消控室內(nèi)設(shè)置幾臺至幾十臺的聯(lián)動控制器,從而組成了規(guī)模龐大而復(fù)雜的消防聯(lián)動控制系統(tǒng)。這種架構(gòu)模式造成了系統(tǒng)布線工程龐大的工程量,既增加了工程的造價,也給后期系統(tǒng)的運營維護增加了難度。

1.2.2 種類繁多的系統(tǒng)和消防設(shè)施增加了系統(tǒng)運行故障的風(fēng)險

根據(jù)消防聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)定的工作模式,當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)時,系統(tǒng)首先根據(jù)探測器來確認火災(zāi)發(fā)生的位置,而后通過聯(lián)動模塊預(yù)先設(shè)置好的聯(lián)動邏輯起動建筑物內(nèi)的消防系統(tǒng)、消防設(shè)施。消防聯(lián)動控制器控制的主要系統(tǒng)及設(shè)施包括:自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防火門系統(tǒng)、消防電梯系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)。而不同的消防系統(tǒng)、設(shè)施其聯(lián)動觸發(fā)信號、聯(lián)動控制信號及聯(lián)動反饋信號也不相同。在建筑規(guī)模較大、消防設(shè)施種類和數(shù)量較多的情況下,眾多的消防聯(lián)動信號與聯(lián)動反饋信號對消防聯(lián)動控制器的邏輯判斷和控制執(zhí)行能力提出了很高的要求和挑戰(zhàn),在一定程度上增加了系統(tǒng)的運行故障風(fēng)險。

1.2.3 對消防設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)管存在不足

按國家標(biāo)準GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求,消防聯(lián)動控制器應(yīng)能實時監(jiān)測自動滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)等建筑消防系統(tǒng)、消防設(shè)施的運行狀態(tài)信息[2]。但是按照目前的消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式,消防聯(lián)動控制器通過聯(lián)動模塊采集壓力開關(guān)動作、消防風(fēng)機起停等消防系統(tǒng)設(shè)備的動作狀態(tài)信號,以及信號閥關(guān)閉、消防水池液位報警等消防系統(tǒng)設(shè)施的故障報警等開關(guān)量信號(0/1)[3],但不能實時采集消防水池的液位變化信息和消火栓出口的實時流量信息等消防系統(tǒng)的模擬量狀態(tài)量,因此,當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時,無法實現(xiàn)對消防設(shè)施的動態(tài)監(jiān)測,對消防設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)管存在不足。

2 消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

2017年公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進“指揮消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(公消[2017]297號)》,要求運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù),加快推進“指揮消防”建設(shè),促進信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合、全覆蓋的社會火災(zāi)防控體系,實現(xiàn)“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變。2022年2月國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會印發(fā)了《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》,文中要求推行新型監(jiān)管模式,實施“互聯(lián)網(wǎng)+”監(jiān)管,堅持智慧引領(lǐng),充分運用物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息技術(shù),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(fēng)險,提高預(yù)測、預(yù)警能力,分級分類實施差異化消防安全線上監(jiān)管。上海市率先在全國范圍內(nèi)出臺了工程建設(shè)規(guī)范:DG/TJ 08-2251—2018《消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準》[4]。

2.1 消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)形式

消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是指通過信息感知設(shè)備,按消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)約定的協(xié)議,連接物、人、系統(tǒng)和信息資源,將數(shù)據(jù)動態(tài)上傳至信息運行中心;把消防設(shè)施與互聯(lián)網(wǎng)相連接進行信息交換,實現(xiàn)將物理實體和虛擬世界的信息進行交換處理并做出反應(yīng)的智能服務(wù)系統(tǒng)。消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由感知信號的收集部分、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及安全協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行平臺和數(shù)據(jù)處理中心等構(gòu)成,其系統(tǒng)的總體設(shè)計架構(gòu)包括了感知層、信息傳輸層、應(yīng)用層和管理層[4]。消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)架形式如圖2所示。

圖2 消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)架形式

感知層:負責(zé)系統(tǒng)感知和收集系統(tǒng)所需要的信息,其數(shù)據(jù)采集源來自眾多的電子傳感器、視頻終端、物聯(lián)監(jiān)控、物聯(lián)巡查等,通過報警主機信息采集終端獲取火災(zāi)探測器、可燃氣體探測器、空氣采樣探測器、火焰探測器等終端的報警巡查信息,并對數(shù)據(jù)進行分析整理后,將采集到的消防系統(tǒng)、消防設(shè)施信息傳遞到傳輸層。

傳輸層:利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)對消防系統(tǒng)接收的來自感知層的信息進行管理和傳遞,將云平臺服務(wù)器與消防系統(tǒng)、消防設(shè)施連接起來,同時能夠支持雙向的實時通信。

應(yīng)用層:采用支撐服務(wù)技術(shù),利用信息運營中心對大數(shù)據(jù)進行分析使用,主要由監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)和智能移動終端等組成;可將數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺分為消防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺和消防大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺,實現(xiàn)對消防系統(tǒng)、消防設(shè)施智能化、實時、動態(tài)的監(jiān)管。

管理層:包括消防數(shù)據(jù)交換應(yīng)用中心和管理指揮中心,能對消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸涉密等進行監(jiān)管。

2.2 消防物聯(lián)網(wǎng)對建筑消防系統(tǒng)的提升

2.2.1 對建筑消防設(shè)備監(jiān)測能力的提升

現(xiàn)有的建筑消防系統(tǒng)對消防設(shè)備的監(jiān)測存在不足,可能引發(fā)一些重大安全事故。如發(fā)生在杭州的6.22小區(qū)縱火案中,事發(fā)小區(qū)的消防系統(tǒng)、設(shè)施均按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[5]、《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[2]等國家消防相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準設(shè)計、施工。在發(fā)生火災(zāi)時,小區(qū)消控室顯示應(yīng)急廣播、消防電源、消防電梯、防排煙設(shè)施等消防設(shè)備狀態(tài)正常,小區(qū)消控室也在第一時間接到了發(fā)生火災(zāi)住戶的火災(zāi)報警信息?？墒钱?dāng)物業(yè)人員趕到現(xiàn)場打開消火栓滅火時卻發(fā)現(xiàn)消火栓無水可用,小區(qū)消防泵未能起動;又由于通道被雜物阻擋等原因,在火災(zāi)發(fā)生近30 min后消防人員才進入消防水泵房將消火栓泵手動起動,但因水箱內(nèi)存水量不足,不能提供足夠的滅火水量,且消火栓出水口壓力不足,不能有效滅火,這些消防設(shè)施在火災(zāi)時沒能正常運行,延誤了滅火行動,最終導(dǎo)致“小火釀成了大災(zāi)”。這起火災(zāi)事故暴露出現(xiàn)有的消防系統(tǒng)對消火栓系統(tǒng)監(jiān)管不力,對于消火栓水壓、流量等信息不能實現(xiàn)實時、動態(tài)監(jiān)控等問題。消防物聯(lián)網(wǎng)從感知層、傳輸層、應(yīng)用層對消防水系統(tǒng)進行提升。

(1) 感知層設(shè)計。

感知層主要由各種傳感器組成。設(shè)置在消火栓系統(tǒng)的傳感器主要包括:閥門開度傳感器(負責(zé)監(jiān)控消火栓的狀態(tài),判斷消火栓是否有漏水情況發(fā)生)、壓力傳感器(在最不利點消火栓及消防管網(wǎng)設(shè)置以監(jiān)測供水壓力)、液位傳感器(在消防水箱、水池設(shè)置監(jiān)測消防用水儲存量及水質(zhì)信息)[6]。設(shè)置在消防水管網(wǎng)中的傳感器分布示意圖如圖3所示。

圖3 設(shè)置在消防水管網(wǎng)中的傳感器分布示意圖

(2) 傳輸層設(shè)計。

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸有有線、無線兩種方式。考慮到建筑物中消防水系統(tǒng)體積龐大,末端傳感器距離服務(wù)器遠,而無線網(wǎng)絡(luò)相比于有線網(wǎng)絡(luò)省去了線路鋪設(shè)工序,降低了建造成本,所以消火栓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用無線方式,對比各種無線網(wǎng)絡(luò)特點后確定采用ZigBee結(jié)合LoRa技術(shù)形成分層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信方式。不同形式的無線網(wǎng)絡(luò)特點對比如圖4所示。

圖4 不同形式的無線網(wǎng)絡(luò)特點對比

(3) 應(yīng)用層設(shè)計。

通過在建筑模型圖上顯示消火栓的位置、功能、實時動態(tài)參數(shù)等信息,可以實時監(jiān)測消火栓系統(tǒng)的運行情況。當(dāng)收到異常反饋時可立即按地圖顯示位置派人員到現(xiàn)場查看。建筑消防水系統(tǒng)運行監(jiān)測示意圖如圖5所示。

圖5 建筑消防水系統(tǒng)運行監(jiān)測示意圖

2.2.2 對消防系統(tǒng)管理的提升

建筑消防系統(tǒng)建成投入使用后,物業(yè)管理單位對消防系統(tǒng)的管理水平,消防設(shè)備、設(shè)施以及消防器材的維護情況,也是影響建筑消防安全的重要因素。現(xiàn)實情況是,很多物業(yè)管理單位在執(zhí)行消防巡查制度時僅留于紙面,隨意填寫消防器材檢查記錄,消火栓、滅火器等消防器材甚至存在超過質(zhì)保期不能使用的狀況。引入消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理后,要求物業(yè)巡查人員須按照預(yù)先設(shè)定的路線對消防設(shè)施進行檢查,并在指定巡視點設(shè)置RFID、NFC標(biāo)簽,巡察人員手持移動終端對巡察結(jié)果進行記錄并拍照上傳,反饋問題。如在巡查過程發(fā)現(xiàn)消火栓、滅火器、應(yīng)急照明和疏散指示燈具等出現(xiàn)問題,巡查人員可以通過手持終端實時上報問題,通知維保人員及時檢修。

消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的引入還可以加強對維保檢測單位的監(jiān)督管理,如可要求維保人員每次工作時都須拍照上傳設(shè)備的檢查情況、檢測記錄,后續(xù)對其上傳的數(shù)據(jù)進行分析以監(jiān)督其履職情況。

上海市發(fā)布的《消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準》規(guī)定,社會單位的消防物聯(lián)網(wǎng)管理平臺中應(yīng)包含以下記錄:完整的報警信息、故障事件處理記錄;建筑物消防設(shè)施完好率的歷史記錄及實時分析;物業(yè)處理及時率、巡檢達標(biāo)率、維修及時率等統(tǒng)計信息;日常維護的及時性及標(biāo)準性分析、維保聯(lián)動記錄、維保報告;月度建筑物消防安全報告及年度建筑消防設(shè)施安全風(fēng)險的評估報告。消防部門通過對社會單位物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的監(jiān)督、檢查可以及時掌握建筑消防系統(tǒng)的運行狀況信息等,確保消防系統(tǒng)隨時處于一個良好的待命狀態(tài)。

2.2.3 與建筑智能化系統(tǒng)協(xié)同

消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還可以與建筑智能化系統(tǒng)協(xié)同工作,提升建筑消防系統(tǒng)的預(yù)警和火災(zāi)應(yīng)對能力。如在一些規(guī)模較大且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型建筑內(nèi),僅依靠安保或物業(yè)人工巡查并不能發(fā)現(xiàn)所有的消防安全隱患。將建筑智能化系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后,工作人員可通過安防攝像頭監(jiān)控疏散樓梯間、安全出口和消防通道,當(dāng)發(fā)現(xiàn)阻塞消防通道或違規(guī)占用消防通道等情況時及時通知相關(guān)人員整改,確保消防安全疏散通道暢通。發(fā)生火情時,攝像頭還可以直觀地監(jiān)視著火點位置和火勢情況,配合應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃逃生路線,同時控制門禁系統(tǒng)將逃生通道上的門禁全部釋放打開,確保人員能夠迅速逃生。

3 展望與思考

目前僅有上海市發(fā)布了地方標(biāo)準DG/TJ 08-2251—2018《消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準》,并要求:設(shè)置自動消防系統(tǒng)之一(自動噴水滅火系統(tǒng)、機械防煙或機械排煙系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)) 的建筑物或構(gòu)筑物,應(yīng)設(shè)置消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在國家層面還未出臺相關(guān)規(guī)范,相信隨著建筑消防的發(fā)展,未來一定會發(fā)布全國統(tǒng)一的規(guī)范指導(dǎo)消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)實施。

建筑的規(guī)模大小、內(nèi)部的消防設(shè)備設(shè)施類別也存在著很大差異,需要根據(jù)建筑的特點,合理設(shè)置消防物設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。例如 《上海市消防救援總隊關(guān)于本市消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作的通知(滬消規(guī)[2021]2號)》文件中規(guī)定,優(yōu)先接入本市消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建筑,包括大型商業(yè)綜合體建(建筑面積5萬m2以上的城市商業(yè)綜合體)、超高層建筑(建筑高度超過100 m的公共建筑),而對于一些建筑體量較小、消防設(shè)施種類較少的建筑并未做出設(shè)置消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)定。所以并非所有的建筑都要“盲目”地設(shè)置消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),而是應(yīng)該根據(jù)自身建筑的特點,并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求綜合考量后做出研判,避免過度建設(shè)。

4 結(jié) 語

消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的引入給傳統(tǒng)的建筑消防系統(tǒng)帶來了多方面的提升,相信未來會有越來越多的建筑將會應(yīng)用到消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),每個建筑的消防系統(tǒng)都將通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)連接互通,最終形成數(shù)據(jù)融合共享的城市消防物聯(lián)網(wǎng)。