視頻監控系統應用于火災報警系統的設計研究

劉 曉 峰

(哈爾濱工業大學建筑設計研究院,黑龍江 哈爾濱 150090)

0 引 言

火災預防一直為人們所重視,火災的技防手段也不斷推陳出新,火災報警系統、電氣火災監控系統、消防電源監控系統、防火門監控系統、余壓監控系統等都極大地提高火災的預警性能,但這些報警信號都是通過探測器件間接發出的聲光信號達到報警功能,且常常存在誤報、漏報等狀況,并難以及時復核、確認,故難以滿足日常的實際管理需求。而隨著技術進步和發展,視頻監控系統不僅可作為保障建筑物內人身、財務等安全的常備系統,而且可以在火災探測及報警方面發揮顯著作用,并且具有獨特優勢。因此,盡快推動視頻監控系統與火災報警系統的融合統一,進而完成消防系統與安防系統的一體化規劃和建設尤為重要。

1 必要性

1.1 智慧消防的需求

隨著5G時代的到來,物聯網、大數據云服務等技術在各個不同行業逐漸廣泛應用。2017年10月公安部消防局發布《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》,各城市智慧消防的建設也陸續開展,結合消防與安防一體化的智慧消防城市物聯網遠程監控系統是未來的發展方向。

智慧消防城市物聯網遠程監控系統以“預防為主,防消結合”為指導思想,以“廣泛的透徹感知、全面的物聯共享、可視的報警服務”為建設理念,運用物聯網技術獲取消防基礎大數據,進而實現對消防數據的采集分析,挖掘大數據信息,最終實現遠程監控,將消防工作由稽查管理向實時主動監測轉變,從而最大程度地降低火災發生的概率,同時也減小消防部門稽查和救援壓力,最終提升整體消防防控能力。安防系統已成為智慧消防城市物聯網遠程監控系統的重要一環。

智慧消防物聯網遠程監控系統框圖如圖1所示。

圖1 智慧消防物聯網遠程監控系統框圖

1.2 城市發展的需要及其優勢

隨著我國城市化進程的加快,消防安全面臨著復雜嚴峻的形勢,如何利用先進的科技手段防范火災事故、確保消防安全,是當今城市治理的重點和難點。目前,城市綜合體、超高層寫字樓、體育場館、會展、文博等類建筑不斷興起,此類建筑往往空間高大、社會影響力強;人員密集、流動性大、物資集中,火災危險性大,在城市消防聯網中均屬于重點監控單位。

視頻監控系統應用于火災報警系統,具有以下優勢。

(1)可應用于高大空間,早期發現火警。傳統探測裝置對于高大空間火災的早期探測還具有局限性,而視頻火災探測系統利用攝像機作為火災探測器,由于攝像機的安裝不受場所、環境的限制,探測距離大,監測更加直觀,可以對更大的空間進行監控,因而可以在很大程度上彌補傳統火災探測器的不足。目前,其較多應用于高大空間的工業廠房、存儲庫房、隧道以及部分室外等高風險場所中,可以早期發現火災和煙霧,對潛在火災快速做出響應。

(2)可實時提供現場狀況。視頻監控系統可以復核火災事故報警,當火災自動報警系統發出自動報警后,可以通過視頻監控系統復核火災報警的真實性;在普通場所,火災時可以實時獲取火災現場的火情、人員的疏散及救援情況,為消防指揮人員及火災事故救援提供實況信息。

(3)可監視重要設備的運行狀況。在重要設備機房,如消防泵房、電梯機房、防排煙機房、變電所、柴油發電機房等處設置視頻監控系統,火災時可及時了解現場狀況,以便于消防指揮人員及時了解設備運行情況,并采取相應的措施。

(4)可提高消防管理水平,減少現場査看的工作量。消防安全通道和出口暢通是人員密集場所消防安全管理的重點,為有效杜絕占用、堵塞、鎖閉通道和出口現象發生,視頻監控系統可對防火門、消防通道進行實時智能監控和告警。通過采集分析視頻監控系統在防火門、消防通道處的視頻圖像,將系統自動識別的違規隱患在監控管理中心進行提示和報警。

(5)可保存事前、事中及事后的視頻資料,包括失火的時間、點位、周邊布置等信息,便于查閱及再現火災現場記錄及火災現場,為后期火災分析認定提供客觀真實的證據。

(6)可以對火災事故現場或消防安全重點單位進行遠程實時監控和遙控管理。

視頻監控系統應用于火災自動報警系統需進行相關軟件的開發、硬件的升級及補充,短期內將增加系統造價,但隨著系統應用及推廣,其便于城市化的集中監控及管理,能夠保障人員生命及財產安全,經濟效益將會更加凸顯。

2 可行性

2.1 技術發展

目前,國內市場上已應用的基于視頻圖像探測的火災報警技術主要分為兩類,一類是以特殊攝像機為火災探測器的視頻火災報警系統,主要采用雙波段紅外/紫外復合探測技術,與傳統視頻監控系統不兼容;此類產品造價高,專用性強,后期維護及管理難度大。另一類則是基于火災的圖像探測技術,開發相應的軟件系統,利用現有視頻監控系統中攝像機作為火災探測器,使用計算機模式識別技術對視頻圖像進行火焰、煙霧識別,無論哪種火災類型,均可在視頻圖像內出現火焰或煙霧的幾十秒內被快速識別并報警,使用戶及早采取適當措施[1]。

近年來,利用視頻監控系統的可視圖像探測技術已成為消防報警領域的研究熱點,終端產品技術日益成熟,系統造價低,安裝及維護方便快捷。

2.2 國家相關規范的發布與支持

在相關規范方面,GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》[2]中第4.10.2條規定:“消防聯動控制器應具有自動打開涉及疏散的電動柵桿等的功能,宜開啟相關區域安全技術防范系統的攝像機監視火災現場”,已經為視頻監控系統的接入預留了條件。

2015年6月,公安部天津消防研究所與24家單位共同組成編制組,編制了CECS 448:2016《可視圖像早期火災報警系統技術規程》,并于2016年10月1日在全國實施。部分地方也發布了相關規范,如天津DB12/T 917—2019《可視圖像火災報警系統技術規范》,已于2020年1月1日起實施。此外,ISO/TS 7240-29:2017《火災探測報警系統 第29部分:視頻火災探測器》的發布彌補了缺少一個國際性統一規范的不足[3]。

近期,隨著GB 50440《城市消防遠程監控系統技術標準》和GB 16806《消防聯動控制系統》檢測標準的相繼修編及出臺,目前城市消防遠程監控系統已經能夠將城市內重點建筑的消防探測信號發送到消防局的管理平臺中,將城市的主要建筑納入到消防局管理系統中。

3 設計原則

3.1 系統網絡構建

安防、消防一體化建設,是未來智慧消防發展及建設的主要方向。目前安防消防一體化仍利用視頻監控系統已經安裝的各種室內監控攝像機,系統之間需要通過協議轉換,互相通信建立聯系。對比兩者系統架構,火災自動報警與消防聯動系統布線主要以樹形結構為主,消防報警、聯動、電話、廣播各總線均為獨立布線模式,其他如防火門監控、電氣火災監控、消防電源監控、集中控制應急疏散照明等消防分系統均獨立布線、獨立運行,控制及接口體系較為封閉。而安防和智能化各應用系統整體適應數字化、網絡化、平臺化的發展,系統架構及布線形式是結構化、網絡化體系,符合智慧建筑領域互聯互通的發展方向。未來,從設計層面和規范角度出發,火災自動報警系統只有架構規劃實現網絡化和通用化,才能實現安防和消防系統的整體兼容[4]。視頻監控系統與火災自動報警系統一體化網絡架構如圖2所示。

3.2 機房設置

火災自動報警系統及安防監控系統根據其管理的需求,需各自設置消防控制室(中心)及安防監控中心,主要設于建筑1F或-1F[5],需具有獨立的直接對外出口。以前由于其重要性,在建筑中往往單獨設置,人員獨立,管理獨立。而現在在實際設計過程中兩者常常合并設置,既可減少建筑空間的占用,又可以采用一組管理人員,節省開支,便于培訓及管理。GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[6]中第23.2.3.2條明確:“安防監控中心宜與消防控制室合并設置。”

3.3 電源預留

以往消防控制室不管是否與安防監控中心合并設置,兩套系統均需單獨設置供電電源,兩者負荷等級相同,但配電標準卻不一致,雖然都采用雙路電源末端切換配電,但消防負荷采用礦物絕緣電纜配電,而安防監控機房則可以采用阻燃耐火電纜。GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》第14.9.6.1條中規定:“安防監控中心宜設置專用配電箱;當與消防控制室合用機房,或與智能化總控室合用機房時,配電箱可合用”;第23.5.1.2條對此也做出要求:“當消防控制室與安防監控中心合用機房,且火災自動報警系統與安全技術防范系統有聯動時,供電電源可合用配電箱。”共用電源系統應按照消防負荷標準配電。此次條文的修訂也與未來的發展趨勢相一致。

3.4 可視圖像系統攝像機設置場所

視頻安防監控系統出于安全管理的需要,其攝像機主要設置于主要出入口及需要重點監控的場所。而作為火災報警系統的重要輔助措施,其攝像機的布置與火災報警系統相互配合,則應用更加廣泛而全面。

DB12/T 917—2019《可視圖像火災報警系統技術規范》附錄A中列出了城市軌道交通、煙草、公路隧道、倉儲物流、電力、電信、金融、鋼鐵冶金、石油石化、鐵路、民航等行業中適合安裝視頻圖像報警系統的場所。但在民用建筑中下列場所建議設置視頻監控系統攝像機。

(1)疏散走道、樓梯間、主要出入口外、電梯轎廂。

(2)高度大于12 m的場所:展覽廳;體育館、影劇院、會堂的觀眾臺、會議廳、報告廳、共享舞臺等人員密集場所;中庭、大堂、等候廳等高大的廳堂場所。

(3)主要設備機房,例如消防控制室、消防水泵房、防排煙機房、電梯機房、變電所、柴油發電機房等火災時均需工作的設備用房,以及集中設置電氣設備的房間,如強、弱電豎井、配電小間等處。

(4)地下車庫充電樁等區域。

3.5 管線選擇及敷設

根據規范要求,“火災自動報警系統的傳輸線路和50 V以下供電的控制線路,應采用電壓等級不低于交流300/500 V的銅芯絕緣導線或銅芯電纜。采用交流220/380 V的供電和控制線路,應采用電壓等級不低于交流450/750 V的銅芯絕緣導線或銅芯電纜。火災自動報警系統的供電線路、消防聯動控制線路應采用耐火銅芯電線電纜,報警總線、消防應急廣播和消防專用電話等傳輸線路應采用阻燃或阻燃耐火電線電纜。”視頻監控系統的線纜選擇可參考火災報警系統的要求,系統布線均采用耐火或阻燃耐火線纜,傳輸線路應單獨敷設,采用金屬管、可撓(金屬)電氣導管或封閉式線槽保護。均應采取熱鍍鋅防腐措施,走廊及豎井內沿封閉金屬線槽敷設時應外刷防火涂料。由于視頻監控系統主要是用于早期發現火警,便于人員疏散,因此防火涂料的耐火時間不應小于30 min。

3.6 聯動控制

(1)可視圖像早期火災報警系統的火災報警信號可作為其他消防系統的聯動條件,或經人工確認火警后啟動其他消防系統[5]。

(2)當可視圖像早期火災報警系統出現報警并確認火警后,值班人員應按火警優先原則處理,并應立即啟動火警響應應急預案[5]。

(3)火災報警系統煙感探測器、溫感探測器或手動報警按鈕、消火栓按鈕觸發報警時,聯動相關區域攝像機,視頻監控系統自動將火警相近區域的攝像機的攝像畫面切向保安主監視屏(或消控中心顯示器),重點監錄這些攝像機的攝像內容,并以語音提示方式進行報警提示,以便于消防管理人員確認火災及了解現場情況,并自動保存視頻作為依據,以供事后分析原因。

(4)確認火災發生前,啟動相關區域的消防應急照明、疏散指示燈具以及全部消防設備機房的照明。目前,主要消防設備機房照明配電多采用備用照明,其可以與應急照明燈合用一套燈具,采用消防電源配電,并在火災時緊急點亮。

(5)聯動相關區域的門禁系統。當門禁管理子系統發生非法侵入時,視頻電視監控系統自動將進入的管制門或報警點相近區域的攝像畫面在安防監控中心主監視屏顯示,并重點監錄這些攝像機的攝像內容,以備核對。發生消防報警時,相關安裝門禁區域將根據需要自動打開或關閉。

3.7 機房接地

機房的功能接地、保護接地(包括等電位聯結、防靜電接地和防雷接地)等宜與建筑物供配電系統共用接地裝置,接地電阻值不小于1 Ω。

4 結 語

視頻監控系統應用于火災報警系統是大勢所趨,是技術進步、時代發展的必然結果。建議國家從政策上、財政上加以支持和推動,企業應加強相關軟件及相關產品的開發和認證,以及加強相關規范的編制、補充及完善,最終促進消防系統與安防系統一體化的建設和發展。