基于物聯網技術的消防管理系統在軌道交通中的應用

摘要：文章闡述了軌道交通中消防管理亟須解決的問題，并基于物聯網技術進行消防管理系統的應用研究與設計。首先，將整個系統從下至上劃分為端設備感知層、網絡通信層、數據服務層和平臺應用層，并在車站環境下驗證了系統架構。其次，結合現狀和存在的諸多問題，圍繞各個子系統設計平臺應用，包括三維可視化、在線監測和應急決策輔助等。最后，簡述了系統的設備層和網絡層的實現方式，為其可實施性提供了技術支撐。實踐證明，消防管理平臺可全面提升軌道交通的監督管理水平。

關鍵詞：軌道交通;物聯網;消防;平臺應用

中圖法分類號：TP391文獻標識碼：A

Application of fire management system based on Internet ofthings technology in rail transit

LI Jinghu

（Shanghai Shentong Metro Co.，Ltd.，Shanghai 202201，China）

Abstract：This paper expounds the problems that need to be solved in the fire property management in the rail transit industry， and carries out the application research and design of the fire property management system platform based on the Internet of things technology. Firstly， the whole system is divided into end device perception layer， network communication layer， data service layer and platform application layer from bottom to top， and the system architecture is verified in the station implementation. Secondly， combined with the current situation and many existing problems，the platform application is designed around each subsystem， including three-dimensional visualization， online monitoring and emergency decision-making assistance. Finally， the implementation of the device layer and network layer of the system platform is briefly described， which provides technical support for the implementation of the whole platform. Finally， the supervision and management level is comprehensively improved through the fire property management platform.

Key words：rail transit， IoT， fire control， platform application

國外對智慧消防的研究由來已久，英、美、德等國家的智慧消防管理技術較為成熟[1]。與國外相比，國內對智慧消防管理技術的研究起步較晚。近年來，隨著物聯網行業的快速發展，智慧消防作為新興產業逐漸為大家所熟知[2]。

隨著上海軌道交通網絡規模不斷擴大，截至2021年12月31日，已開通運營508座車站，但車站消防管理水平并沒有顯著提高。目前，軌道交通車站在消防管理上存在如下問題。

（1）平臺管理功能單一：車站綜合監控室集中監管顯示信息僅滿足消防聯動功能需求，車站日常管理工序分散、管理過程中存在信息交流不及時的情況。

（2）設備監管深度不足：車站現場末端設備提供的數據參數只滿足了基本消防需求，對車站整體的監管深度不足，須人為協助巡檢，費時費力且存在信息滯后的安全隱患。

（3）缺乏探測器智能管理預警：地下車站在滿足運營通風使用的前提下，易影響探測器的靈敏度和污染度，且易誤報火警。

（4）缺乏判斷標準：目前，車站日常事件處理中以人為主，機器數據和運營規程為輔，消防設備車站信息顯示系統缺乏自判斷及針對性功能。

（5）缺乏設備全生命周期管理：車站運營時間長，終端設備使用周期較長，部分設備使用壽命臨近，車站無法對此類設備進行提前預判和處理。

綜合上述問題，對軌道交通中消防管理系統的應用研究顯得尤為重要，其中涉及 FAS 系統、消防水系統、防排煙系統、氣體滅火系統、電氣火災監測系統、視頻監控系統等。本文所研究的平臺應用，將有助于軌道交通車站的消防管理。

1概況

消防管理系統的應用研究貫徹“預防為主，防消結合”的方針[3]。采用“感、傳、知、用”等物聯技術手段，通過無線通信網絡，對車站消防設施、器材和人員等狀態進行智能感知、識別、定位與跟蹤，實現實時、動態、互動和融合的消防信息采集、傳遞和處理。通過數據挖掘和態勢分析，為防火監督管理和滅火救援提供了信息支撐，提高了車站消防監督與管理水平，增強了消防應急處置能力，從而使車站防控更有效率[4]。

2系統總體架構

消防管理系統從實現上分為端設備感知層、網絡通信層、數據服務層和平臺應用層。

（1）端設備感知層：利用物聯網終端數據采集手段，實時采集已安裝了傳感設備的各系統的狀態信息，及時獲取各種感知信息。

（2）網絡通信層：采用基于 TCP/IP 的網絡結構，系統可利用有線和無線等接入方式進行組網，可以根據實際的現場環境和既有設備進行合理的網絡選擇和建設。

（3）數據服務層：將端設備的數據進行有效融合、計算和處理，為平臺應用層提供有效的數據。

（4）平臺應用層：針對消防管理的各種場景設計相應的應用。

系統總體架構如圖1所示。

3消防管理平臺

上海軌道交通消防管理平臺立足消防業務管理場景，利用物聯網技術對各級單位的消防系統進行遠程監控，通過信息化建設實現精細防控、多元共治[5]。創建 B/S 架構模式的云平臺，實現不同機器、平臺和網絡之間的交互操作，可實時分析傳輸至消防管理系統的海量數據，實現對災害對象、環境和消防器材等狀態的智能感知以及業務單位之間的信息交流和通信，提供消防智能決策。本系統設計平臺功能時圍繞各個子系統進行應用拓展。

3.1三維可視化界面

三維可視化界面如圖2所示，其具有下述功能。

（1）集成各品牌監測系統，統一門戶登錄。同時，對高關注度的設備信息進行跟蹤、統計和呈現。

（2）應用三維建模技術，在三維模型上疊加設施、設備運行狀態數據;發生報警時，平臺可查看報警點位附近的視頻監控及設備狀態。

（3）三維可視化建筑圖形具備實景、虛擬和平面三種模式。

（4）三維可視化界面具備動態圖形顯示功能，動態圖形顯示包括：設備狀態動態顯示、風管風向流動動畫顯示、著火區域臨近出入口動態顯示。

3.2設施設備在線監測

（1）火災報警：集中顯示探測器、故障、屏蔽狀態信息以及主機內部功能性部件的實時狀態。

（2）氣體滅火：根據現場實際位置，布置所有氣體滅火報警系統設備點位，并實時動態顯示氣體滅火報警系統設備的當前工作狀態。

（3）電氣火災：對車站消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜、綜合監控室電源箱內的配電回路電壓、剩余電流、導線溫度、漏電流信息進行監測。

（4）視頻監控：利用溫度及煙霧感知智能攝像機對車站環控電控室、UPS 電源室、EPS 電源室、綜合監控室進行火情監測;利用云臺攝像機對消防泵房內控制柜運行情況進行監視。

（5）消防水：集中顯示消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜內開關量信息;集中顯示消火栓、噴淋管網末端壓力信息。

（6）防排煙：集中顯示車站排煙、排風機在火災狀態下的末端運行風量;集中顯示火災聯動工況對應的所有風機、風閥信息。

3.3在線巡檢

構建以落實法定職責的線上消防巡檢系統，保障車站日常消防安全管理的規范化和常態化，用線上管理的方式督促車站相關人員擔負各項安全職責，并能事后對工作成果進行監督檢查。

（1）消防巡查檢查：根據建筑實際情況確定巡檢內容、頻次及巡檢路徑。通過手持終端掃碼后，自動彈出巡檢頁面，并對該部位的巡檢內容進行逐項確認。

（2）隱患整改：現場發現的隱患及時通過手持終端錄入系統，并生成故障維修單。

（3）每次執行巡檢任務的過程中，啟用手持終端進行場景拍攝，拍攝結果保存在執行明細下。

（4）管理平臺可查詢已執行的巡檢計劃任務明細，針對巡檢結果的有效性進行查證。

3.4設備資產清單

通過物聯網、信息化、大數據等技術[6]，建立設備資產清單，實現設備的使用、維護、大修改造，直至報廢的全生命周期服務模式，做到設備數據完整可靠，同時提高車站的設備管理水平。

（1）建立并完善設備臺賬體系，實現設備的動態臺賬管理。

（2）以表格形式顯示接入平臺的各系統設備信息，信息包括設備類型、設備名稱、設備監控對象名稱、設備數量。

（3）管理平臺設備資產清單按系統分類展現。

（4）管理平臺具備系統設備的增加、刪除、信息修改功能。

（5）設備資產清單內設備信息具備同步功能。

3.5應急決策輔助

本功能采用有別于傳統的方法，以提高火災快速處理能力。

（1）平臺應急決策輔助界面顯示設備報警時間、報警設備狀態及位置信息、著火區域臨近出入口位置及信息、著火區域視頻畫面、火災聯動設備執行情況、車站在職人員信息及聯系方式等。

（2）平臺應急決策輔助界面與車站三維可視化建筑圖在同一界面展示。

3.6火災聯動可視化

利用物聯感知技術，采集車站消防系統設備信息，依托車站火災聯動執行標準，將車站火災聯動處置變得直觀清晰。

（1）車站發生火災時，消防管理平臺三維可視化建筑圖自動彈出著火點位置，應急決策輔助界面看板同時顯示相關信息。

（2）火災聯動界面看板顯示火災聯動工況對比表、對應火災模式工況系統圖動態畫面、火災聯動工況執行結果。

（3）火災聯動界面看板與車站三維可視化建筑圖在同一界面展示;車站三維可視化建筑圖中動態呈現風機、風閥的動作狀態及送、排風風向動畫。

4實現方式

消防管理平臺的實現基于數據傳輸網絡（無線通信網絡、以太網、低功耗廣域網等）[8]，并結合物聯網技術建立的消防管理系統。平臺接收來源于數據底座的車站機電系統的涉消設備的傳輸信息。

4.1數據的感知獲取

利用LoRaWAN和NB?IoT關鍵采集技術，實現對各類消防水源、消防設備等車站消防設施的狀態、位置、數量、行為的智能監測，以確保相關人員可以及時處理故障和火災警報。

（1）火災報警：在綜合監控室通過增設信息采集裝置，集中采集火災報警主機內信息數據，并將數據格式標準化。

（2）氣體滅火：在綜合監控室通過增設信息采集裝置，集中采集氣體滅火報警主機內信息數據，并將數據格式標準化。

（3）電氣火災：在消火栓控制柜、噴淋泵控制柜以及集中監控室配電柜內通過增設組合式電氣火災監控探測器，以實現消防電源設備的實時保護。

（4）視頻監控：在環控電控室、UPS 電源室、EPS 電源室、綜合監控室內通過增設溫度及煙霧感知智能攝像機，對重要機房內火源情況進行監視;在消防泵房通過增設云臺攝像機，對消防泵房內控制柜運行情況進行監視。

（5）消防水：在消防泵房通過增設信息采集裝置，集中采集消火栓泵控制柜、噴淋泵控制柜內開關量信息;通過增設末端壓力傳感器，對消火栓、噴淋管網末端壓力進行監測。

（6）防排煙：通過增設風量傳感器，實現車站排煙、排風機在火災狀態下的末端運行風量監測。

4.2無線網絡覆蓋

車站內的無線網絡包括Wi?Fi網絡和低功耗廣域網絡。通過在車站內設備區走道內增設無線 AP 點，實現車站設備區Wi?Fi網絡覆蓋，為車站消防巡檢、終端設備網關數據上傳提供服務。通過在車站內布設物聯終端設備的網關，實現低功耗廣域網絡的覆蓋。

4.3 設備供電

（1）車站綜合監控室內設備（包括火災報警系統信息采集裝置、服務器機柜）由綜合監控室既有電視墻背部配電柜提供電源。

（2）風量傳感器、采集傳輸控制終端、溫度及煙霧感知智能攝像機、云臺攝像機、無線AP點電源由配電間內電源適配器提供，配電間內電源適配器上路進線電源由配電間內EPS配電柜提供。

（3）無線、有線末端壓力傳感器、水系統信息采集裝置電源由水泵房內水泵控制柜提供。

5 結論

考慮到當前軌道交通車站消防管理的諸多問題和挑戰，我們利用物聯網、云平臺、云計算等技術建立了一個能夠對匯聚的消防信息進行分析和判斷的平臺。通過該平臺實現了綜合監控管理新模式，改變了傳統的人工、被動式消防安全管理方式，有效提高了安全檢查的針對性和有效性。建立的統一運維技術體系，實現了面向物聯網軟硬件設備的統一運維服務，有效克服系統設備類型的復雜多樣、設備數量龐大、協議不統一的難題，并能夠快速定位和分析故障，提高運維管理效率，從而保障整體系統持續、高質量運行。同時，提供數據共享服務，為軌道交通大數據平臺的設計和開發提供豐富的數據支持服務。

參考文獻：

[1]佚名.法國Efectis網站近期發布全球消防安全新標準信息[J].消防科學與技術，2020，39（12）：1637.

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[4]張振國.窄帶物聯網在“智慧消防”模式構建中的應用研究[J].消防科學與技術，2020，39（12）：1739—1742.

[5]杜玉龍，馬軍海.我國地鐵火災防控現狀分析與治理策略探討[J].消防科學與技術，2021，40（5）：692—695.

[6]張香萍，尹冬梅，李曉剛.應用物聯網技術解決現代消防管理和火災防控難題探討[J].武警學院學報，2012，28（12）：79-81.

[8]王蔚，南江林，薄建偉.物聯網技術應用于社會消防安全管理[J].消防科學與技術，2012，31（8）：864—866.

作者簡介：

李景虎（1980-），碩士，高級工程師，研究方向：自動控制。