物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高層建筑消防工作中的應(yīng)用

劉晨

摘要：在城市建設(shè)發(fā)展中，加大高層建筑消防監(jiān)督管理力度，能進(jìn)一步降低火災(zāi)事故的發(fā)生概率，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧穩(wěn)定發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種快速發(fā)展的新型技術(shù)，在建筑火情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用屬于一項(xiàng)創(chuàng)新性研究成果，尤其是在城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展中，面對(duì)要求越來越高的高層建筑防火設(shè)計(jì)監(jiān)督要求，合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，既能解決建筑內(nèi)部的消防問題，又可以從基礎(chǔ)上為居民提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。因此，在了解高層建筑消防監(jiān)督管理要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來高層建筑消防工作面臨的問題，探討了如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高建筑消防監(jiān)督管理水平，希望對(duì)相關(guān)工作有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；高層建筑；消防監(jiān)督；智慧消防系統(tǒng)；火災(zāi)識(shí)別

中圖分類號(hào)：D035.36? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2023）09-0052-03

高層建筑的消防安全工作不僅是保障社會(huì)穩(wěn)定和民生質(zhì)量的基礎(chǔ)事業(yè)，也是當(dāng)前政府部門和居民關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谧非蠼?jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，根據(jù)需求設(shè)計(jì)出多種功能性建筑物。雖然相關(guān)政策規(guī)定加大了對(duì)項(xiàng)目施工的管控力度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是實(shí)際建設(shè)管理中依舊存在較多隱患，如果沒有制定安全規(guī)范的控制措施，一旦在多種因素影響下出現(xiàn)火災(zāi)，那么大火可能會(huì)持續(xù)蔓延，威脅人們的生命安全，也無法控制經(jīng)濟(jì)損失。

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興技術(shù)手段，近年來從概念到技術(shù)方面都迅速發(fā)展，并逐漸引起社會(huì)各個(gè)層面的關(guān)注，將該技術(shù)應(yīng)用到高層建筑消防檢測(cè)設(shè)備中，與自動(dòng)滅火設(shè)備平臺(tái)有效連接，能遠(yuǎn)程智能控制火災(zāi)事故和緊急救援。此舉有助于提升消防監(jiān)督管理工作效率，有效控制項(xiàng)目工程建設(shè)的投資成本，盡可能避免消防事故中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入高層建筑消防工作的重要性

在設(shè)計(jì)規(guī)劃高層建筑的消防監(jiān)督系統(tǒng)時(shí)，必須充分考慮高層供水的重力干擾問題，保障消防水系統(tǒng)擁有充足的壓力，向每個(gè)樓層的消防系統(tǒng)提供水源，而樓層消防系統(tǒng)都可以按照預(yù)期設(shè)定正常工作。同時(shí)，還要保障供水系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)堵塞等問題，這樣既可以預(yù)防消防水損害居民財(cái)產(chǎn)，又能預(yù)防大量消防水堆積阻礙人員的正常疏散[1]。通常情況下，高層建筑消防排水設(shè)計(jì)的管道直徑和位置必須符合有關(guān)規(guī)定，以此確保其在出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)可以正常使用水源。而應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)消防給水系統(tǒng)可以很好地提高消防給水系統(tǒng)的可靠性和滅火效能。

現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用，全面提升了相關(guān)領(lǐng)域的工作效率和整體質(zhì)量，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)創(chuàng)造了良好條件。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集整理傳感器交互系統(tǒng)的各項(xiàng)信息，運(yùn)用智能技術(shù)處理分析各項(xiàng)信息，為高層建筑的消防監(jiān)督檢查工作提供有效依據(jù)。當(dāng)前，最常見的檢測(cè)系統(tǒng)就是溫度傳感系統(tǒng)，監(jiān)督人員可以通過實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)督管理各類設(shè)備來獲取信息，并提出處理決策，這樣有助于降低相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，提升高層建筑消防監(jiān)督檢查的效率[2]。

2 目前高層建筑消防工作面臨的問題

高層建筑具有土地利用率較高的特征，能滿足城市居民的住房需求，但作為目前城市建設(shè)發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn)，高層建筑的消防安全風(fēng)險(xiǎn)越發(fā)顯著。在2022年，全國(guó)多地高層建筑小區(qū)都出現(xiàn)了火災(zāi)隱患，不僅導(dǎo)致大量居民個(gè)人財(cái)產(chǎn)和公共財(cái)產(chǎn)損失慘重，還造成了人員傷亡。高層建筑火災(zāi)撲救難度較高、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重、極容易造成人員傷亡，因此被看作是世界性消防難題。在近幾年技術(shù)革新探討中，行業(yè)專家基于高層建筑火災(zāi)防控工作提出了以固為主、固移結(jié)合的作戰(zhàn)原則，制定了不同場(chǎng)景下的滅火救援預(yù)案，逐漸強(qiáng)化了消防工作人員和居民的建筑防火意識(shí)。但目前已有的滅火救援準(zhǔn)備工作和作戰(zhàn)措施，依舊無法有效解決這一世界性難題。高層建筑消防工作面臨的具體問題體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，人員疏散難度較高。高層建筑的使用面積大，內(nèi)部設(shè)施功能多樣，平時(shí)通常有大量人員聚集。根據(jù)建筑消防監(jiān)督工作累積的經(jīng)驗(yàn)可知，在撲救高層建筑火災(zāi)時(shí)，必須考慮人群的疏散和救助問題，這也是保障火災(zāi)應(yīng)急救援效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。而高層建筑因內(nèi)部空間復(fù)雜、樓層高、人員多等特點(diǎn)，疏散難度較高。

第二，火災(zāi)情況較為復(fù)雜。為了滿足功能多樣性的基本要求，通常高層建筑的每個(gè)分區(qū)都具有不同的裝修裝飾風(fēng)格，其中包含大量可燃物品，火災(zāi)荷載密度可以達(dá)到45～60kg/m2之間，如果發(fā)生火災(zāi)事故，平時(shí)又沒有制定有效的防護(hù)和應(yīng)急措施，那么在短時(shí)間內(nèi)就可能形成大面積火災(zāi)，復(fù)雜多變的火勢(shì)嚴(yán)重影響滅火救援工作的開展。

第三，滅火藥劑補(bǔ)給較難。在高層建筑消防救援中，是否可以及時(shí)且不間斷地向現(xiàn)場(chǎng)輸送滅火藥劑，充分滿足滅火所需的流量和壓力，直接影響著實(shí)際的火災(zāi)處理效率和質(zhì)量[3]。高層建筑的高度較高，滅火藥劑補(bǔ)給較為困難，這也是滅火救援工作中面臨的一大難題。

第四，容易產(chǎn)生災(zāi)難事件。分析近幾年高層建筑火災(zāi)案例可知，如果初期火災(zāi)沒有得到有效控制，那么火勢(shì)會(huì)持續(xù)蔓延和擴(kuò)大，最終形成災(zāi)難性的安全事故[4]，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。

3 如何在高層建筑消防工作中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.1? 預(yù)警系統(tǒng)

為了進(jìn)一步降低高層建筑消防風(fēng)險(xiǎn)，最有效的方式就是對(duì)火災(zāi)隱患進(jìn)行預(yù)警分析。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感煙探頭和感溫探頭，對(duì)建筑內(nèi)部的火災(zāi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，而后向管理人員提供高層建筑物內(nèi)部環(huán)境的相關(guān)信息，充分展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防監(jiān)督管理中的應(yīng)用價(jià)值[5]。假設(shè)出現(xiàn)了火災(zāi)隱患，那么管理人員可以根據(jù)探頭反饋的數(shù)據(jù)盡快制定解決方案。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高層建筑的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)進(jìn)行了多項(xiàng)研究，本文利用量子粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)高層建筑火災(zāi)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警研究。

首先，數(shù)據(jù)預(yù)處理。要?dú)w一化處理傳感器收集的數(shù)據(jù)信息，預(yù)防信息數(shù)值過大而影響最小數(shù)值信息的表現(xiàn)結(jié)果，以此提升預(yù)測(cè)的精確度。

其次，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)問題描述，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出、隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)量、激勵(lì)函數(shù)等基本參數(shù)，以此明確神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

再次，優(yōu)化權(quán)值和閾值。利用量子粒子群算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重?cái)?shù)值和閾值，將產(chǎn)生的初始權(quán)重?cái)?shù)值和閾值看作是QPSO算法的輸入內(nèi)容，通過粒子尋優(yōu)確定最優(yōu)的權(quán)重?cái)?shù)值和閾值，由此輸出給BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

最后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用QPSO獲取的最優(yōu)個(gè)體對(duì)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值和閾值進(jìn)行賦值處理，利用網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練輸出火警的預(yù)測(cè)數(shù)值[6]。

假設(shè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)是i，計(jì)算輸入變量neti和輸出變量yi，具體如下所示：

假設(shè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的節(jié)點(diǎn)是k，那么相應(yīng)的輸入變量netk和輸出變量ok如下所示：

計(jì)算分析輸出成節(jié)點(diǎn)的誤差，也就是實(shí)際數(shù)值和預(yù)測(cè)數(shù)值之間的差距，具體公式如下所示：

評(píng)估輸出誤差來更新隱含層和輸出層的權(quán)重?cái)?shù)值和閾值，具體公式如下所示：

在上述公式中，E代表總體誤差，；φ（x）代表隱含層的激勵(lì)函數(shù)，ψ（x）代表輸出層的激勵(lì)函數(shù)，θi代表隱含層第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的閾值，ak代表輸出層第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的閾值。

3.2? 完善技術(shù)

為了在高層建筑消防監(jiān)督管理中合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充分展現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)理論的應(yīng)用價(jià)值，必須注重完善技術(shù)應(yīng)用模式。一方面，要?jiǎng)?chuàng)建分布式的感知拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合高層建筑監(jiān)督管理的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，全面分析火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的地形特征和環(huán)境特征，積極創(chuàng)建分布式結(jié)構(gòu)感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，充分融合所有信息數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)安全故障可以自動(dòng)化解決。另一方面，要運(yùn)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救援設(shè)備運(yùn)行過程中，全方位監(jiān)管設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用狀況，確保其可以按照預(yù)期要求穩(wěn)定運(yùn)行。比如，應(yīng)用以物聯(lián)網(wǎng)為核心的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以在救援設(shè)備上安裝傳感器部件，方便管理人員自動(dòng)化監(jiān)測(cè)分析設(shè)備工作狀態(tài)，強(qiáng)化火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管效果。

3.3? 救援指揮

如何在火災(zāi)救援時(shí)保障現(xiàn)場(chǎng)指揮的科學(xué)性和有效性，是目前高層建筑消防監(jiān)督管理工作探討的主要問題之一?？茖W(xué)開展指揮調(diào)度既能減少現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)間，又能降低人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的損失。在這一背景下，科學(xué)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，預(yù)先設(shè)定消防救援指揮程序，整合處理各部門的數(shù)據(jù)信息，高效開展現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度工作，能進(jìn)一步強(qiáng)化火災(zāi)救援的效果[7]。為了進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用效果，在消防車輛中安裝射頻識(shí)別設(shè)備，能將設(shè)備的實(shí)時(shí)信息傳遞給監(jiān)管平臺(tái)，方便調(diào)度中心按照設(shè)備信息進(jìn)行有效指導(dǎo)指揮，在這一過程中，也可以將射頻識(shí)別設(shè)備安裝到其他區(qū)域，方便監(jiān)督管理人員獲取所在區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，為規(guī)劃線路提供有效依據(jù)。

3.4? 火源監(jiān)管

在高層建筑消防監(jiān)督管理中，危險(xiǎn)源的監(jiān)管工作會(huì)直接影響火災(zāi)事故的預(yù)防效果。由于傳統(tǒng)意義上的火源監(jiān)管方式缺少規(guī)范性和科學(xué)性，主要是在建筑內(nèi)部設(shè)備上安裝定位監(jiān)管系統(tǒng)，管理人員只能了解基本信息，無法快速發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的安全隱患，會(huì)直接影響高層建筑內(nèi)部的消防監(jiān)管效果。在這一背景下，合理運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)定相應(yīng)程序，及時(shí)掌握高層建筑的消防信息，全方位了解高層建筑內(nèi)部的設(shè)備工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛藏的危險(xiǎn)源頭。此舉既可以展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，又能減輕消防監(jiān)督管理人員的工作壓力[8]。通過動(dòng)態(tài)化監(jiān)管建筑內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)源頭，提出精細(xì)化的監(jiān)督管理措施，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的識(shí)別功能和管控功能，整合分析設(shè)備的數(shù)據(jù)變化，而后根據(jù)常見的異常狀況提出有效的解決方案，從而降低安全事故的發(fā)生概率。

4 結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新時(shí)代技術(shù)理論革新發(fā)展的代表，在高層建筑消防工作中應(yīng)用，能進(jìn)一步提升建筑消防的檢查效率和工作質(zhì)量，減輕相關(guān)人員的工作壓力，充分展現(xiàn)現(xiàn)代智能理論的應(yīng)用價(jià)值，幫助管理人員獲取更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。因此，要在加強(qiáng)高層建筑消防監(jiān)督管理和應(yīng)用技術(shù)研究力度的同時(shí)，注重結(jié)合實(shí)踐案例進(jìn)行整合分析，積極協(xié)調(diào)管理人員完成消防安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查工作，以此全面推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論。

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Application of Internet of Things technology in fire protection of high-rise buildings

Liu Chen

（Dalian Municipal Fire and Rescue Brigade， Liaoning Dalian 116000）

Abstract： In the development of urban construction， increasing fire supervision and management of high-rise buildings can further reduce the probability of fire accidents and promote the harmonious and stable development of the social economy. As a rapidly developing new technology， the application of Internet of Things technology to building fire monitoring is an innovative research achievement. Especially in the development of urban modernization， in the face of the increasingly demanding requirements for fire design supervision of high-rise buildings， the rational application of Internet of Things technology can not only solve the fire protection problems inside the building， but also provide residents with high-quality services on a basic basis. Therefore， on the basis of understanding the requirements of fire supervision and management of high-rise buildings， according to the problems faced by fire protection work of high-rise buildings in recent years， the paper discusses how to use the Internet of Things technology to improve the level of fire supervision and management of buildings， hoping to inspire related work.

Keywords： Internet of Things technology; high-rise building; fire supervision; intelligent fire protection system; fire identification