林承鑫, 豐強強, 謝生源

[1.中國建筑第八工程局有限公司 設計管理總院, 上海 201206;2.上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司, 上海 200120;3.華中科技大學, 湖北 武漢 430070]

0 引 言

隨著經濟社會的迅速發(fā)展,國家對消防系統的智慧化建設的需求越來越高。2017年10月公安部消防局發(fā)布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》,提出要綜合運用物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新興信息及技術,加快推進“智慧消防”建設的現代化。此后四川、浙江、山東等地紛紛出臺了促進智慧消防發(fā)展的文件,智慧消防在全國各地蓬勃發(fā)展。2020年3月,上海通過了《上海市人民代表大會常務委員會關于修改<上海市消防條例>的決定》,明確推動智慧消防建設,將其納入“一網統管”城市運行體系。最近,國家順應時代發(fā)展需求提出了“新基建”,智慧消防作為“新基建”的一部分,面臨巨大發(fā)展機遇。傳統的智慧消防是指具備火災報警及消防聯動控制功能的單個工程消防報警系統的智慧化,顯然已無法適應新形勢下的發(fā)展需求?，F代智慧消防應該是一個完整的生態(tài),涉及種類龐大的產品體系[1]、精細可靠的運行管理體系及廣泛深入的社會化參與體系,是所有參與消防活動的人員、設備、材料、方法及環(huán)境等要素及各要素間智慧化協作的集合。

1 智慧消防生態(tài)架構

現代智慧消防生態(tài)架構如圖1所示,從上至下共分五層,分別為感知執(zhí)行層、數據傳輸層、控制管理層、信息共享層及統籌治理層,其中感知執(zhí)行層、數據傳輸層及控制管理層屬于單個工程消防報警系統建設范圍,是智慧消防建設的基礎。

感知執(zhí)行層主要包括火災檢測設備、消防執(zhí)行設備及其他輔助設備。感知執(zhí)行層是智慧消防生態(tài)的基礎,通過布置大量的火災檢測設備及時發(fā)現火情,同時通過聯動控制切斷火災危險源或撲滅火情。

數據傳輸層是感知執(zhí)行層與控制管理層之間信號上傳及下達的通道。傳輸信號類型主要有模擬量、數字量等,傳輸方式分有線和無線。

控制管理層主要包括圖形顯示裝置、聯動控制器等,對下負責數據處理、設備控制、設備管理等,對上根據需要分享信息。

信息共享層是連接統籌治理層及各消防報警系統的紐帶,實現消防信息的按需流動。

統籌治理層主要面向政府監(jiān)管部門、公安消防單位及社會公眾,是社會協作的主要平臺。統籌治理層按照管轄級別不同形成多層管理,各層管理按管轄范圍不同形成多區(qū)域管理,各層各區(qū)域管理通過信息共享層實現橫向縱向信息互通。

2 智慧消防生態(tài)特征

新型傳感器技術、材料技術、網絡技術等在消防領域的應用使智慧消防擁有了區(qū)別于傳統消防的顯著特征,即多樣性、靈活便利性、安全可靠性。這些特征很好地匹配了現代消防對于安裝調試、運行維護、火災防控、設備管理等方面更加精益的需求。

(1) 多樣性。消防產品本身種類十分豐富,智慧消防生態(tài)下,消防產品在檢測手段、信號內容、信號傳遞方式等方面對豐富多樣性又有了新的演繹。

智慧消防產品運用聲、光、電等新型檢測手段,并結合模式識別技術開發(fā)出許多具備火災預測、消防設施監(jiān)控等功能的消防產品,能夠提供連續(xù)測量信號、設備狀態(tài)及故障信號等更加動態(tài)、豐富的信息,為通過趨勢分析對火災早發(fā)現早處置、設備管理智慧化、預測性設備維護、設備完好率在線評估等新的運維需求奠定基礎。如智能消防栓監(jiān)控系統,利用現代傳感技術,使消防栓具有壓力監(jiān)測、撞倒報警、出水報警、破壞報警、開蓋報警、定位及防盜等功能,通過無線通信裝置,將上述功能上傳至監(jiān)控中心;消防用水系統在線監(jiān)控消防水池、水箱的水位、消防管網水壓、泵房溫/濕度等狀態(tài)信息,及時將管網欠壓、水位偏低或偏高等異常預警信息推送,確保消防水系統可用。在信號傳遞方式方面,智慧消防采用無線形式,并能夠根據應用場所的信號傳輸距離、帶寬、單網節(jié)點數、功耗等要求選取不同的網絡傳輸技術。

(2) 靈活便利。智慧消防需要對建筑物的火災檢測保護進行全面覆蓋,因此系統內設備數量眾多、分布范圍廣、種類多種多樣。針對這些特點,智慧消防設備應具有施工便利、組網靈活、運維簡單等特點。

對于施工便利及組網靈活,傳統的消防系統以總線傳輸為主,存在布線復雜、安裝維護繁瑣等缺陷?；跓o線網絡傳輸技術的智慧消防系統,采用多種傳輸方式,解決了傳統傳輸方式通信距離短、芯片功耗高、組網過程復雜等缺陷。如無線煙感報警器、無線可燃氣體探測器、無線水源監(jiān)控探測器等終端設備,通過無線網絡,借助傳感終端獲取致災因素等各項數據,可以直接連接至終端用戶的手機、聯網報警中心、消防大隊及云平臺等,沒有復雜的布線,安裝簡單,不需要火災報警控制主機。智慧消防系統網絡示意圖如圖2所示。對于運維簡單,智慧消防能夠通過定位、狀態(tài)監(jiān)測等技術識別系統內設備情況,結合數據庫技術實現巨量設備的智慧化管理、巡檢、維護等功能,全面降低運維費用。

(3) 安全可靠。智慧消防通過提高單臺設備的可靠性、檢測執(zhí)行手段的多重化、信號網絡去中心化等手段來實現系統的安全可靠。利用“感、傳、知、用”等物聯網技術,對消防設施、器材及消防設備、人員等狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理,可大幅提高設備的可靠性,降低因設備故障導致的消防系統保護失效概率。對于消防保護等級要求較高的場合,通過提高檢測設備密度、火災檢測多重覆蓋等多重化手段,一方面降低火災防護失效概率,另一方面通過冗余規(guī)則降低誤動作概率。信號網絡去中心化實現消防信號的多路徑傳輸,從而減少因信號遮擋或設備故障造成的信號傳遞失敗。

3 智慧消防生態(tài)基本功能

消防報警系統是智慧消防基本功能的主要載體,其智慧主要體現在識別下屬設備的詳細“身份”,全面“記憶”系統內發(fā)生的事件及操作,通過“思考”活動實現更加智能地發(fā)現和處理火情以及人員與設備之間更加智慧的互動。

(1) “辨身份”。智慧消防運用二維碼、射頻識別(RFID)、EPC編碼、室內定位等技術將數量眾多的感應執(zhí)行層設備“有身份化”,增強系統的“立體感”及“可透視性”,可實現對設備的精細化管理。在消防報警系統建成運行時,系統自動掃描寄存在各智慧消防設備內各類身份參數,構成設備信息數據庫,基于數據庫技術,開發(fā)出更加全方位的智慧管理功能。

(2) “全記憶”。智慧消防對發(fā)生在其身上的事件具有全面的記憶能力,從而適用于各種智慧化就地管理及上級監(jiān)管的需求。智慧消防對監(jiān)控對象進行連續(xù)的信息采集記錄,通過趨勢分析及AI算法及早捕捉到火災隱患,有利于火災的早發(fā)現早處置。除火災報警及消防事件的處理外,智慧消防同步記錄對設備的操作事件,通過對于這些事件“記憶”的分類、排序、檢索、計算等處理,一方面自動生成工作記錄、維護優(yōu)化、故障匯總記錄、故障處理進展記錄等報表,方便就地設備的數字化全生命周期管理;另一方面將檢查、驗收報告等上傳,方便線上審核。

(3) “善思考”。智慧消防的“思考”除了體現在火災報警和聯動控制上,也可以通過智能分析、策略規(guī)則、決策報表等方式提高管理效率。利用大數據技術,對相關數據進行采集、整合、處理、加工,為火災預防、研判分析、移動執(zhí)法、輔助決策等提供服務,實現智慧遠程報警、多人通知等功能。

4 智慧消防生態(tài)社會化協作

智慧消防拓展了城市消防統籌治理的廣度和深度,主要體現在消防活動社會協作的智慧化。消防法確定了消防活動中“政府統一領導、部門依法監(jiān)管、單位全面負責、公民積極參與”的原則,公共消防活動的主要參與者可劃分為政府監(jiān)管部門、公安消防單位及社會公眾。智慧消防對各參與者的參與方式進行智慧賦能,從而提高城市的消防治理水平。

4.1 政府監(jiān)管部門

智慧消防有助于政府監(jiān)管部門完善城市消防治理體系。

政府監(jiān)管部門涉及消防、民政、衛(wèi)生、教育、公安等多部門,各部門獲取轄區(qū)內各消防設施的基礎數據,并利用這些數據實現對消防設施的在線消防安全檢查、重大消防安全場所的在線監(jiān)管、制定消防應急預案等。

4.2 公安消防單位

智慧消防有利于提升公安消防單位在決策、調度、指揮上的效率。

公安消防單位在火災發(fā)生時獲取火場環(huán)境信息及內部滯留人員情況,對火情發(fā)展動態(tài)評估,從而快速決策出合理的滅火救援方案。根據方案對火場周邊的人員物資積極調配,實現快速部署。同時在城市地理信息平臺上構建指揮統一、多部門聯動的消防指揮體系,有利于消除消防系統以外的救援影響因素。此外為有利于消防作戰(zhàn),公安消防機構可以超越就地消防報警系統權限,迅速切斷電力、可燃氣體或液體輸送等危險源,遠程啟動現場消防設備等。

4.3 社會公眾

社會公眾在維護消防安全、保護消防設施、預防火災、報告火警、參與組織滅火等方面負有義務,智慧消防為促進社會公眾的參與合作提供接口。

社會公眾在消防普法、公共消防演練、消防聯絡、應急疏散等領域與政府監(jiān)管及公安消防單位形成互動。尤其在緊急情況下,智慧消防能提高消防信息傳達的快速性、精準性,從而有利于減少人員傷亡并降低公眾恐慌。

5 結 語

智慧消防有利于推動“火災預警自動化、滅火救援指揮智能化、消防管理精細化、訓練系統化、消防意識普及化”[2],是消防事業(yè)發(fā)展的方向。從生態(tài)的角度理解智慧消防,有利于打破對智慧消防片面的、局部的建設,樹立更加全局的觀念,打通消防數據從產生到最終應用的技術壁壘,推動消防生態(tài)的良性健康發(fā)展。