智慧消防應用現狀與問題分析

周 琦，成 乾，李瑜婕,蔣君言

(中國人民警察大學，河北 廊坊 065000)

智慧消防與智慧城市的建設是相對應的，是結合消防行業特點以及當前消防行業面臨的種種困難和問題而衍生出來的一種成果，其為解決智慧城市消防管理眾多難點提供了許多新穎、有效、便捷的思路。從當前消防工作面臨的任務來說，“智慧消防”主要是在公眾消防安全需求的基礎上進行的，在運用物聯網和大數據以及空間地理信息的基礎上，促使這些內容能夠集成的新一代信息技術，也是對消防基礎設施的改善，使得消防工作的機制能夠得到優化，促進消防規劃、管理和服務智慧化等新理念和新模式確立[1]。智慧消防截至目前尚且處于發展階段，目前并沒有一個標準的定義。本文研究智慧消防建設與應用現狀，調查分析存在的問題，并提出解決問題的對策，為發展智慧消防城市提供有力的安全保障。

一、智慧消防技術

智慧消防建立在以火災探測器、消防水泵控制器、防火卷簾控制器、可燃氣體探測器等信息采集設備的基礎上。隨著科學技術的發展，越來越多的新元素融入消防信息采集設備，以下以火災監測報警系統、消防給水設施的智能監測系統、建筑消防設施智能管理系統為例，介紹目前智慧消防在信息采集設備方面的應用現狀。

(一)火災監測報警系統

智慧消防建設中很重要的一項內容就是火災監測報警系統，“報警早、損失小”，如何能最及時且有效地了解火災報警信息是“智慧消防”的主要智慧體現。因此，火災監測報警系統是“智慧消防”的主要成果之一，它在現有火災報警系統工作原理基礎上加大了火災感知能力，設置了綜合性的感溫、感光以及感煙模塊，增配了聯動性火情監控設施，能夠在根源上避免報警滯后的問題。

系統較之前最大的智慧體現就是安裝了能夠根據火警信號反饋的位置啟動攝像頭監控設備，即通過視頻來監控現有的火災現場，其聯動性強，可以隨時啟動，并存有錄像記錄。如果某處出現火情，火災監測報警系統會迅速產生報警信號，信號再由報警控制器傳給接警服務器云平臺，云平臺保證信號順利傳輸至服務器端，服務器端的工控機負責利用收集到的視頻和信號分析火災現狀，如果察覺到了火災發生，工控機會精確標識現有的火災區域，再次與其他系統相聯動；反之，如果未察覺到火情，那么命令系統恢復原有狀態[2]，如圖1所示。

圖1 火災監測報警系統工作流程

在對已經安裝該系統的單位和部門進行應用調研時發現，該系統對于及時、準確獲悉單位火情是有作用的，一方面其感知的信號更廣泛，另一方面其增加的視頻掃描與火災分析功能使得火警信號更準確，還可以最大限度地降低單位人為脫崗造成的不良影響，但是截至目前，雖然新型火災監測報警系統正受到熱捧，然而其在整體上尚未真正達到完善。隨著建筑信息管理(Building Information Management,簡稱BIM)技術逐步應用在智慧消防領域，將來BIM技術與火災報警技術兩者結合之后，可清晰地了解到火災現場的狀態，比如看哪個地方有人、在哪個位置，這在救援的時候才真正有意義。

(二)消防給水設施智能監測系統

我們所追求的智慧消防，是不需要用警力而是通過設備就可以做到自行滅火，所以與水有關的消防設備的正常運行，就尤為重要，它們都需要管道中有連續不斷的水作為供給。消防水泵只有能夠正常啟動和運行，才能將儲存在消防水池中的水通過管道及時輸送到各個噴頭處，故消防泵能否自動啟動是初期滅火的關鍵。

目前，消防水泵的應用現狀不容樂觀，平時處于閑置待命狀態，銹蝕、損壞或線路磨損的現象非常普遍。在智慧消防興起后，基于可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)的消防泵智能巡檢控制器成了解決問題的方法之一。系統配有多種巡檢模式。以自動巡檢模式為例：系統進入到自動巡檢模式后，首先對主電路檢查，若存在故障，則在觸摸屏上顯示故障；若無故障存在，則進行下一步——變頻器自檢。若變頻器出現故障，則在觸摸屏上顯示故障信息，若變頻器正常，系統再進入下一步——自動巡檢子程序，對變頻器的參數和主泵的參數進行匹配，成功后對主泵實行巡檢，巡檢完成后，重復上述過程，依次對所有水泵完成巡檢。工作人員通過觸摸屏就可以及時查看系統的運行狀況[3]。

PLC的控制器方式是發展比較早的工業控制器，它很早就應用于工業生產線、流水線、大型自動化設備方面，雖具有通過簡單編程即可實現控制要求、靈活性高等優點，但其可靠性、實時性和穩定性欠佳，并且價格過高，缺乏市場競爭力。

消防水壓監測系統可對管網內水壓進行監測。其前端設有智能監測設備，采集到的樓宇水壓和設備供電電池電壓數據，通過GPRS網絡上傳至云端服務器，若發現某部位異常，則通過短信及平臺警示方式提醒物管人員。設備自帶深度休眠功能，進入深度休眠模式后，只有CPU停止，所有外部設備仍處于工作狀態，任何一個外部設備都可在發生中斷事件時喚醒CPU。實時時鐘芯片(Real-time Clock,簡稱RTC)定時中斷功能可以自行設置休眠時間，使得系統在休眠一段時間后，可以自行喚醒。

(三)建筑消防設施智能管理系統

在智慧消防的背景下，物聯網射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術興起，并逐步應用在建筑消防設施上。基于RFID技術的建筑消防設施管理系統的主要組成部分是：貼有電子標簽的消防設備、手持機(帶GPRS或WiFi模塊)、數據服務器、應用服務器、用戶端、應用軟件系統(含手持機與電子標簽讀寫顯示軟件、WEB端軟件、服務器通信軟件與手持機)[4]。巡檢手持機終端應用軟件在巡檢過程中利用用戶端PC機與帶GPRS或WiFi模塊的手持機實現現場作業信息和后臺管理數據的交換，對貼有電子標簽的消防設備進行自動識別；數據服務器進行數據處理，為監管任務提供有力的數字支持。

該系統設計的亮點在于需要張貼的多張RFID，在設計時，系統采用了防沖突機制的RFID標簽，利用RFID打印機實現多標簽EPC數據和TID數據的先期綁定和寫入，在現場則采用掃描讀取后，選定某個電子標簽，再進行相應的修改后寫入，但常見的問題就是速度不夠快。因而在如何防止多標簽信息寫入時的相互干擾、沖突，確保信息寫入快速、準確方面還需進一步提高。

二、智慧消防應用現狀及其問題

隨著物聯網、大數據、人工智能技術的快速發展，使得“智慧城市”成為信息化領域新的高地。“智慧城市”的建設在國外許多地區已經展開，例如新加坡的“智慧國計劃”；韓國的“U-City”計劃等。我國“智慧上海”“智慧雙流”等智慧城市計劃仍處于起步發展階段。目前在“智慧消防”的建設過程中，與民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動等智慧城市模塊之間的聯系被忽視，所以在今后的發展中要將“智慧消防”平臺與“智慧城市”的其他平臺有效對接，在發生險情時與其他智慧城市平臺，形成互動，構成城市級的統一調度指揮，促進城市的可持續發展。

(一)遼寧省智慧消防平臺

遼寧省智慧消防綜合引入RFID射頻技術、移動通信、物聯網、視頻識別、大數據等技術，構建了一套信息化指揮體系。遼寧智慧消防管理系統歸納起來就是“一個中心、兩個平臺、五類應用”。“一個中心”即利用一個指揮中心綜合顯示指揮調度；“兩個平臺”即構建消防監管平臺和滅火指揮平臺；“五類應用”即針對普通民眾、社會單位、行政監管、滅火指揮、數據中心這五類不同群體，建設了五類終端應用。結合人防、物防、技防的三防體系，形成以單位信息、市政資源為基礎數據，集人員、信息、設備、機構四位一體，實現了信息支撐、科學指揮的防消一體化城市消防安全管理體系[5]。

針對基層單位日常巡查工作不落實、弄虛作假的現象，遼寧智慧消防引入RFID射頻通信技術，在單位重點部位設置集成在宣傳板內的RFID射頻芯片，其與移動終端APP進行巡查信息的數據交互，督促單位巡查人員定點、定時、定位地到達重點部位檢查，及時消除火災隱患，通過技防手段強化人防措施的落實。

該系統的遠程監控設備通過采集消防水系統設備的壓力，消防設施設備上設置的電流傳感器的數據信息和火災自動報警系統的報警信息，通過數據傳輸裝置傳送到平臺，消防設備一旦出現異常問題，平臺會立即發出預警提示，并把異常信息發送給單位管理人員和維保人員，相關人員根據各自的職責第一時間趕赴現場予以處理，及時排除隱患，遠程監控設備實現了消防設施和設備的有效物聯。

在數據傳輸方面，該系統采用無線傳輸方式，通過自行部署的Lora低功耗專用數據傳輸網絡傳輸數據，大大降低了消防物聯設備的信息傳輸成本，為系統的公益性推廣奠定了技術基礎。

該系統可對收集到的數據信息按照早先設定的數據模型進行分析，并與危險數據模型進行比對，挖掘潛在規律性特征，對單位危險源、火災風險、抗風險能力等進行綜合分析研判，幫助單位找出安全管理工作的短板，實現對火災風險的精確預測。

該系統可采集水源信息進行分析。發生火災后，系統依據相關預案調配警力，指揮行車路線，提示就近的可利用水源，避免由于道路擁擠、水源失效、消防員體能下降等原因造成問題，實現信息化、科學化滅火指揮。

消防工作涉及面眾多，建筑設施、軟件應用、人員素質等因素都會對“物聯”產生很大影響，只有所有因素全部兼顧，才能對管理工作和風險管控工作產生根本性的影響。“物聯”不僅針對物聯網，而且要通過利用科學技術全面部署消防救援裝備力量，實現大數據資源管理。

(二)甘肅省智慧消防平臺

甘肅省消防救援總隊著眼于消防事業的長遠發展，投資7 000多萬元建成了大數據運維中心，把隊伍管理、指揮決策、遠程監控、數據共享這些功能都集中到大數據運維中心來，服務于火災預防和應急作戰指揮。在大數據中心內，建成了一中心、七平臺。以甘肅省隴南市為例，目前隴南市已經基本完成了“21+”工程。云計算和大數據政務中心為“2”；大數據信息服務共享平臺為“1”；與經濟社會發展相匹配的應急搶險救援指揮系統、公眾服務相關的專題應用為“+”。目前已經建成20多項應用系統，整合了氣象、國土、城建、民政、交通、市政、公安、安監等部門數據資源，為應急救援工作提供了有力幫助。系統初步實現了重點單位消防設施實時監控、運行狀態檢測、重點部位視頻監控等功能，同時集成了水源、預案、微型消防站等基礎數據，為滅火救援調度指揮、輔助決策提供了有力幫助。不僅如此，系統還實現了對主要街道、人員密集場所、要害機關單位的全覆蓋，在全市城區公共區域新建1 000余個視頻監控點位[6]。

但是，甘肅省智慧消防平臺建設存在如下問題。首先，對開展智慧消防建設認識不足，消防基礎設施自動化水平低。由于消防體制機制運行的特殊性，甘肅省各級黨政領導對消防大數據重要性認識不足，沒有將智慧消防建設納入智慧城市建設統一進行頂層規劃設計，從而做好政策研究、組織機構、資金投入、人才培養、標準建設等工作。消防部門沒有形成統一的建設標準體系，同時由于對智慧消防了解不夠、研究不深，各類項目倉促上馬，極易造成貪大求全，華而不實，造成人力、物力、財力的浪費。社會重點單位負責人對智慧消防建設認識不足，認為智慧消防建設不但增加經濟負擔而且還可能會暴露瑕疵，時時受到監管。同時當前多數社會單位消防設施建設科技水平低，建成后采集到的數據質量不高，很難達到預期目的。其次，部門協同配合力度不夠，數據共享匯集還存在難度。提升防滅火中心工作效率在于數據應用，消防行業相對比較封閉，在跨部門、跨行業數據信息交流共享方面，不同程度地存在數據壁壘、數據孤島現象，部門間尚未建立有效的共享機制和信息交換平臺。一些有價值的公共信息資源與商業數據面對消防部門開放程度低，在開展滅火救援、執法監督工作時始終缺乏相應的外部數據信息支撐，數據信息低效化的問題較為突出。

(三)上海市智慧消防平臺

上海市將地理信息公共服務平臺接入消防平臺，地理信息公共服務平臺提供大比例尺地形、高分辨率影像服務和三維模型服務，供消防大數據平臺隨時調用。

由地理信息公共服務平臺提供的大比例地圖和高分辨率的影像采用REST地圖服務標準和通用的SOAP服務標準，隨時調用地名地址，快速定位接處警，實現從消防平臺的全國地圖到地理信息公共服務平臺提供的地圖的平緩過渡、無縫融合。

地理信息公共服務平臺的三維地圖服務，可以提對城市進行仿真三維瀏覽，根據不同需求制作簡單、標準、精細、超精細四個不同標準的模型。消防應用、消防資源、消防力量均可在三維場景中重現，構建一個三維、立體式的滅火指揮模型，克服了消防預案制定、日常演練單一的模式。構建三維模型再結合FAS智能報警，火警信號由火災報警裝置通過網絡傳輸至FAS報警中心，報警中心根據火警信號終端編號快速在三維模型上定位地理信息，指揮員能夠立即了解現場，三維模型能幫助指揮員看清消防重點單位建筑內部，更加了解起火點所在樓層的詳細結構，地圖會分別顯示三維結構模型和樓層平面圖，輔助指揮員部署兵力。配合單兵無線視頻采集終端，第一時間更新現場情況，并將救援現場圖像和室內位置信息實時傳輸至指揮中心和各級指揮員手持終端內，讓指揮員快速應對現場災情變化。

但是，地理信息公共服務平臺與消防平臺融合的過程，也存在如下問題：一是，如今自動化建模對基層指揮員來說，操作性不強，難以快速上手，所以三維建模的自動化快速產生研究還需進一步加強；二是，現有的三維建模場景指向性仍舊不夠明確，應當結合救援現場情況、地形、兵力分布等諸多要素，進一步添置箭頭標志物等指向性元素，進一步做到根據實時動態變化的現場情況，自動更新繪制進攻路線，幫助指戰員進行消防力量部署。

三、結論與展望

本文分別對火災自動報警系統、消防給水設備、建筑消防設施結合智慧消防技術的應用現狀，以及甘肅、遼寧、上海智慧消防實際應用情況進行分析闡述，提出了改進智慧消防應用現狀的解決方法。首先，國家及地方政策方面：統一標準，對智慧消防產品功能和數據采集進行規范，推動企業聯盟，實現資源共享。其次，產品研發和平臺建設方面：先進的技術和互通式的平臺彌補了智慧消防物聯網方面平臺交互性差的劣勢。最后，智慧消防應用推廣方面：加快發生險情時與其他智慧平臺對接速度，節約建設成本，避免大規模重復性建設。

我們談及智慧消防，只對個別消防系統加以關注，是無法體現智慧消防的價值的，智慧消防是要做到對所有系統都監控。智慧消防的核心是數據獲取這一部分，以往遠程監控失敗，均是在第三方獲取數據上，現如今主張一家企業提供產品和系統，并把自己的數據收回去，由產品供應商兼顧數據與服務。只有通過產品供應商兼顧數據與服務這一條方法，才能根據現場反饋不斷提高自己的產品性能，也才能使自己的產品在其壽命期內得到有力的專業技術保障。希望在未來，BIM技術、消防給水設施的智能監控系統以及建筑消防設施智能管理系統也能夠更好地將技術與數據相結合，不僅能夠發揮其應有的作用，還應維保便捷、使用方便，也只有這樣，才是真正意義上的智慧消防。