高層建筑消防監督管理中物聯網技術運用分析

鞠洪杰

（北京市順義區消防救援支隊，北京 101300）

1 引言

人防、物防、技防是城市消防安全管理工作的三要素，相比于人防物防水平的提升狀況來看，有關現代化建筑消防監督管理的“技防”手段并未得到充分重視。而反思傳統消防監督管理模式中最大的問題，在于“信息孤島”效應，為了保證建筑內部的消防安全狀態，要投入大量的值守人力成本。但即使是這樣，由于缺乏有效的常態化預警機制，導致建筑消防監督管理很難確保不出現管理疏漏點位，在發現火災事故現象時火勢已經發展至一定程度，進而錯過最佳撲救時機。

2 高層建筑消防監督管理中物聯網技術的作用

2.1 降低人力值班成本

智慧消防平臺的建設思路，簡單理解就是利用物聯網技術作為通信接口，借助先進的傳感器技術、云計算技術以及人工智能技術等，將建筑內部的消防監督控制點位信息全部真實地反饋至消防值班室。這意味著無論是企業還是民用住宅小區，都不再需要消防巡邏這種低效耗時的工作方式，這樣高層建筑的投資業主或使用者，可以在消防工程設計以及消防設施配置上投入更多的資金與精力，進而提高建筑消防監督管理工作水平。

2.2 提高消防風險預警能力

高層建筑由于內部空間結構復雜且用途多樣，給消防安全管理工作帶來諸多不便，例如，地下庫室、隱蔽狹窄空間堆放了大量的可燃物，為火災發生創造了必要條件；人員流動性大，導致吸煙區、樓梯走廊等成為建筑失火的高概率場所；電氣線路老化、化學危險品管理不當等原因導致的火災性質復雜；樓層與房間數量較多，不利于確定樓內人員安全疏散狀況[1]。而在消防監督管理中應用物聯網技術的目的在于通過智能終端、感知設備，第一時間識別發現火災前兆，為消防疏散以及火災撲救爭取有利時機，將消防安全事故控制在萌芽狀態，從而避免火災事故損失進一步擴大。

2.3 保障消防設施的完好狀況

消防設施檢查是現代建筑消防監督管理中的一項常態化工作內容，現階段的普遍做法是由專門委任的消防安全責任人組織消防工作小組到達消防設施的擺放點位逐一檢查登記，以確保消防栓、消防噴淋裝置、消防水箱等重要消防設施數量齊全、質量完好、功能正常。但這樣的巡檢制度雖然看似完善合理，實際實施起來卻存在兩方面的現實困難，其一是消防工作小組內部缺乏監督約束機制，使消防設施檢查極容易因登記信息失真而失去實際作用；其二是對消防設施器械管理知識的掌握水平有一定要求，例如，一些耗材性質的消防設施不能通過試用來檢查功能質量，而單憑設施產品的外觀、重量或其他物性表現來進行經驗判斷，又有失準確性。因此，需要借助物聯網、溫度感應技術、紅外傳感技術或壓力感應技術，常態化在線監控消防設施的質量情況，一旦建筑消防設施出現故障工況，可以及時發出告警信息，通知消防值班室及時維護更換，確保火災發生時可以為現場撲救工作提供當前全部消防設施的所在位置以及狀態信息。

3 全場景智慧消防平臺中物聯網技術的應用

3.1 基于物聯網的消防滅火設施

3.1.1 智能噴水滅火裝置的安裝設計思路

某地安裝的智能噴水滅火裝置結構如圖1 所示。

圖1 智能噴水滅火裝置的安裝示意圖

滅火裝置中的示數儀表、試驗功能的閥門組以及報警器等設備均是通過物聯網與值班室的消防信息平臺相連。在平日的消防設施檢查工作中，主要由壓力計、流速計等儀表類元件負責將噴淋裝置的運行狀態以電子脈沖信號的形式回傳給消防值班室的[2]。而在值班室的信息平臺上，可以根據設備的所有回傳信息來判斷滅活裝置是否處于故障狀態。

在設備安裝時需要明確如下技術參數。1）噴頭流量

式中，Q為工作噴頭的流量，L/min；K為噴頭流量系數，該智能滅火裝置使用的噴頭取K=115；P為噴頭工作水壓，MPa。

2）流速水平

式中，V為工作噴頭所在水力管段的流速水平，m/s；q為管段的單位流量，m3/s；D為水力管段的內徑，m。

3）水力降坡

式中，i為工作噴頭管道的水力降坡，即每米管道的水頭損失，m；V為管道內的平均流速水平，L/min；D為水力管段的內徑，m。參考GB 50084—2017《噴水滅火系統設計規范》中的相關規定，最終確認了該噴淋裝置的最終技術參數為如下：有效防火面積為137.6 m2；噴淋裝置總流量不小于19.63 L/s；管段流速不小于2.48 m/s；水力降坡不大于0.519。

3.1.2 主要實現功能

這樣的安裝方案下每當遇有火災發生時，首先由工作噴頭執行噴水響應動作，此時由于工作管段在泄水閥的作用下開始逐漸排空，流速計示數開始發生變化。而濕式報警閥由于水壓平衡小孔來不及補水，閥瓣的上部與下部會受到不同壓力，進而使閥瓣開啟，與消防管網建立水力聯系。接著消防管網的水除了會流向工作噴頭的支管以外，還會嚴重警報閥下沿的環形槽進入延時器。此時，水力警鈴由于感應到內部的水壓情況，會打開壓力開關并發出告警信息，提示建筑內人員及時從火場撤離。最后，由消防聯動控制器啟動消防水泵，繼續加大向工作噴頭的供水壓力。

而智能噴水滅火裝置安裝的電子水力儀表，負責將工作示數全部回傳給消防控制室的信息平臺，經過后臺計算后實時輸出消防滅火噴頭的流量、流速以及水力降坡變化信息。當設備運行信息低于設計水平時，說明設備的自動噴水滅火效率可能受到影響，應當進一步加強著火點的監控，并合理組織人力滅火處置方案。

3.2 基于物聯網的建筑電力安全監控系統

電力安全監測系統按功能結構可以大致分為組合式電氣火災監控器、物聯網通信系統和網絡路由裝置3 部分。這個系統中最主要的元件就是電氣火災監控器，它由若干個銅排式電流互感器、電纜式電流互感器以及一個溫度傳感器組成。其中，每個互感器都由閉合的鐵心與繞軸組成，最大可承受10倍的過載電流強度，依靠電磁感應測得工作電路的剩余電流情況。使用時需要將建筑電氣線路的3 根相線與中性線分別穿過電流互感器的觸點，在電氣線路正常工作狀態下，由于電氣線路的三相電流相量總和為零，因此，互感器內部不會產生磁通感應，那么電氣火災監測器的二次控制回路輸出側也就不會有感應電流出現。若建筑內部的線路因老化、過度彎折而出現絕緣層破損，就會使中性線出現剩余電流，此時相間電流相量之和不為零，互感器內部的鐵心與繞組會產生磁通，向二次側釋放感應電流信號。而漏電電流的強度i用基爾霍夫電流定律來計算：

若漏電電流的節點存在n條支路，進入互感器的電流值為正，輸出互感器的電流節點為負，那么經過節點的漏電流之和i為流經支路電流k的電流ik之和。

當電氣安全監控系統監測到高于預設危險值的漏電電流時，會第一時間發出報警信號，并通過與無線路由裝置連接的數據通信信道，將采集的過載電流情況發送至云數據中心，再經過物聯網的移動端App 應用發送給單位消防責任人，進而在演變成為電氣火災前，及時組織人員對故障線路點位進行維修排查。

3.3 基于物聯網的建筑火災監控系統

火災監控系統的主要功能，是對建筑重點場所進行24 h常態化的火災監視，它主要由如下3 個裝置構成：

1）溫度感應裝置，主要是應用終端探測原理。將插入一個有源NTC 半導體接觸探頭直接插入固定的安裝地點，這種材料的特性是載流子數目會隨著溫度升高而增多，使接觸探頭的阻抗值在短時間內驟減。這樣當監測區域的著火點部位出現異常溫升時，溫度傳感器就可以利用自身阻抗特性，將電阻變化情況轉化為測區溫度的反應信息[3]。

2）煙感報警器，在火災的初期，有機物燃燒不是先產生明火，而是先產生上升運動的煙霧。煙感報警器需要安裝在監視區域的天花板上方捕捉火災的前兆信號，這種煙感報警器的內部有一個光路發生器和光路感應器。當監視區域無火災現象時，光路發生器射出的光束是偏離周圍光路感應器的。若此時監控區域內可燃物開始形成著火點，會有大量的煙霧升騰至煙感報警器的感應單元中，此時在煙霧粒子的散射作用下，光束完全偏離預設軌道，折射至光路感應器區域內。而隨著現場煙霧量逐漸增加，光路感應器內折射的光束會越來越多，當感應光強度超過一定預設值時，就會觸發蜂鳴器發出報警信息。

3）NB-lot 通信模塊，將溫度感應裝置與煙感報警器的信號采集單元一并接入NB-lot 通信網絡中，就可以來實現無線遠程監控功能了。當上述兩個火災監控模塊發出聲光報警信號后，會按照預設好的程序通過物聯網SIM 卡，將現場火情信息自動回傳至用戶的手機App 以及消防值班室。這樣就可以在火勢進一步擴大前快速定位火場，反饋著火點的溫度、火勢情況等綜合信息，為后續滅火救援工作的展開提供有利條件。

4 結語

綜上所述，在建筑消防監督管理中應用物聯網技術，可以解決傳統消防管理模式中人力投入成本大、風險預警不及時以及常態化檢查不到位的弊端問題。運用物聯網技術組建全場景智慧消防平臺，能改變建筑消防監督工作長期以來的被動局面，這對于提高城市建筑消防救援能力、降低火災事故損失來說有著重要意義。