物聯網消防給水系統在無人值守車站中的應用探討

劉國良

深圳市市政設計研究院有限公司深圳 廣東 深圳 518000

引言

近年來，隨著軌道交通工程技術的不斷迭代，“無人值守車站”的呼聲也日益增強，然而傳統消防監控系統的智能化水平及數據采集能力已難以滿足“無人值守車站”的功能需求。2017年，公安部發布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》[1]；2020年，中國軌道交通協會發布了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》[2]。物聯網消防給水系統以其突出的智能化水平及強大的數據采集能力，為實現軌道交通的“數字化”和“智能化”賦能，在“智慧消防”及“智慧城軌”的進程中應運而生。同時，物聯網消防給水系統本身的“智慧”屬性，也為打造安全、可靠、便捷、精準、融合、協同、綠色、持續的新時代軌道交通、實現車站的“無人值守”提供了強有力的技術支持。

1 無人值守車站的主要特征

1.1 決策智能化

“無人值守車站”，顧名思義，即減少，直至徹底取消車站設備區設備管理及維護人員，僅需在車站設備發生故障報警時派員進行維修，或在事故工況時派遣處置人員進行現場干預。要達成上述目標，“智能化車站管理決策”是其中必不可少的一環。而管理決策的智能化程度則與車站各點位的信息采集密度、準確性和時效性密切相關。無人值守車站以對消防系統、售檢票系統、環境控制系統等的全時域監視為基礎，收集、分析設備運行狀態、環境控制要素等信息，實現設備智能化巡檢，并在突發公共安全事件下完成運營管理綜合決策及應急預案優化。

1.2 設備運行的自動化和遠程化

縱觀各地投入運營的軌道交通工程，一條正線動則20km以上、包含十數個車站及停車場、車輛段，其中包含的各類系統及其設備更是難以計數。隨著“城際鐵路”概念的不斷深化，軌道交通工程的規模必將進一步擴大。隨之而來的運維時間成本、人力成本和物力成本亦將不斷上升。在此背景下，設備運行的自動化、遠程化就顯得尤為重要。

針對這一目標，無人值守車站在正常工況下，供暖通風系統、照明系統、給水排水系統都將處于自動運行模式，保持車站環境始終處于預設狀態。同時，站內環境的溫度、濕度、照度、地面積水等數據參數通過物聯網云系統實時傳送至OCC或NOCC，再經由控制中心值班人員人工判斷是否需要人工遠程干涉或派員進行現場操作。

1.3 火災處置人員與事故現場的距離化

結合近年來全國軌道交通工程的火災數據統計，極少發生地鐵火災，但仍無法斷言地鐵站內不會發生火災。因此，安全可靠的消防設施于地鐵車站而言必不可少。無人值守車站的特征，決定了車站僅保留部分客服、保潔及安保人員，一旦設備區發生火災工況，設備管理及維護人員往往距事故現場較遠，難以在第一時間抵達現場對事故進行人工干預處置。因此，在火災工況初期，只能依靠車站的自動滅火系統、自動防排煙系統及建筑防火設施滅火或延緩火災蔓延速度、降低火災危害。

2 物聯網消防給水系統的優勢

2.1 系統組成

物聯網消防給水系統可分為感知層、應用層及網絡層三大板塊。

其中，感知層是物聯網消防的核心內容，是信息采集的關鍵部分。感知層位于物聯網消防三層結構中的最底層，其功能為“感知”，即通過傳感網絡獲取環境信息。感知層是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分。在軌道交通項目中，感知層具象化表現為各站設置的FAS系統、BAS系統、綜合監控系統等。

應用層位于物聯網消防給水系統的最頂層，在軌道交通工程中往往集成到地鐵控制中心、消防指揮中心，其具體功能為“處理”，即通過云計算平臺進行信息處理。應用層與最底端的感知層一起，是物聯網消防給水系統的顯著特征和核心所在，應用層可以對感知層采集數據進行計算、處理和知識挖掘，從而實現對車站各系統設備的實時控制、精確管理和科學決策。物聯網消防給水系統應用層的核心功能圍繞“數據”和“應用”兩個方面：“數據”是指應用層需要完成數據的管理和數據的處理；“應用”指在管理和處理數據之上，還要將這些數據與各系統設備相結合。

網絡層則是感知層與應用層之間的信息傳輸通道，向上將感知層獲取的信息數據傳送至應用層，向下將應用層的指令傳達給感知層。其核心要素為信息傳遞的安全性、及時性和完整性。其中安全性主要指對外來干擾信息的排他性；及時性體現在克服空間上的距離感，第一時間完成信息傳遞；完整性指在當前軌道交通工程規模不斷擴大的趨勢下，避免遠距離信息傳遞過程中數據“丟包”的現象。

圖1 物聯網消防給水系統結構示意圖

2.2 消防監督檢查

消防監督檢查是軌道交通工程中必不可少的重要工作，對預防火災起著重要作用。實際運營過程中，長期以來均以人工定期巡查為主要手段，輔以便攜式的各類檢測工具。但是近年來，全國各地軌道交通網絡逐步完善、軌道交通工程規模不斷加大，使得消防監督檢查的任務愈發艱巨，傳統的巡查工作需要投入大量的基層維保人員。但是人員的大量投入并不能保證消防監督檢查工作的及時和有效。究其原因，一是車站規模、數量的上升，增加了人工巡檢的難度，人工巡查難以發現一些隱蔽處的問題；二是從業人員較多，難以保證每個巡檢人員的專業素養，職業技能不強、工作態度應付了事的情況時有發生。而物聯網技術通過其傳感信息交互系統和智能化技術，可以及時、有效地全面收集、整理、上傳車站環境信息，提高消防監督檢查工作的時效性和準確性。

2.3 消防遠程監控

與傳統的監控系統相比，物聯網消防得益于其本身強大的數據傳送能力，一旦發生火災，著火站點、地鐵控制中心及消防指揮中心可在第一時間收知火情。同時能夠及時、準確地掌握火災的確切地點和嚴重程度，并通過數據庫找到車站滅火設施的位置，從而幫助消防人員制定可靠的滅火方案，有效地開展滅火工作。

3 物聯網消防給水系統在無人值守車站中的應用必要性

由前文可知，一方面，無人值守車站必然將會面臨火災處置人員無法第一時間出現在事故現場的問題。因此，一旦發生火災工況，只能寄希望于自動滅火系統抑制或消除初期火災；同時利用物聯網云系統將警情實時傳送至地鐵控制中心及消防指揮中心，便于消防人員后續入場處置，避免火情擴大或產生次生災害。

另一方面，物聯網消防給水的全時域監測系統，能夠準確上傳所有消防系統設備的故障信息、維保信息至OCC或NOCC，并在全生命周期內定期進行遠程消防聯動測試。既起到防患于未然的重要作用，又解決了無人車站沒有工作人員值班巡查的問題。

圖2 物聯網消防給水系統功能示意圖

4 物聯網消防給水系統在無人值守車站中的可行性

4.1 政策可行性

2017年，公安部發布了《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》[1]。要求綜合運用物聯網等新興信息技術，構建立體化、全覆蓋的社會火災防控體系，支撐現代消防警務勤務機制，提升火災防控能力、應急救援能力，實現符合實戰要求的“現代消防”。

2020年，中國軌道交通協會發布了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》[2]。綱要指出：“為了促使我國城軌交通行業信息化的健康發展和智慧城軌的有序建設，亟須進行行業層面的頂層設計，以統籌發展戰略，明確建設目標，確定重點任務，謀劃實施路徑，創新體制機制，制定保障措施，指導和鼓勵各城市按照“因地制宜、開拓創新、大膽探索、勇于實踐”的原則，有序推進智慧城軌建設。其中，“智能運維安全”作為智慧城軌的一項重要指標，要求全面推廣應用、建立設備智能運維標準、研發智能運維分析決策系統、建成綜合應急管理系統。

4.2 技術可行性

物聯網消防給水系統自提出以來，相關的技術水平已經進入相對成熟的階段。就物聯網產業鏈而言，國內已經形成了包括芯片、元器件、設備、軟件、系統集成、運營、應用服務在內的較為完整的物聯網產業鏈。而在產業規模方面，根據工信部發布的數據，2014年我國物聯網產業規模達到了6000億元人民幣，同比增長22.6%，2015年產業規模達到7500億元人民幣，同比增長29.3%。預計到2020年，中國物聯網的整體規模將超過1.8萬億元。

隨著我國在物聯網領域的技術研發攻關和創新能力不斷提升，在傳感器、RFID、M2M、標識解析、工業控制等特定技術領域已經擁有一定具有自主知識產權的成果，部分自主技術已經實現一定產業應用；在物聯網通用架構、數據與語義、標識和安全等基礎技術方面正加緊研發布局[3]。同時，我國業已形成涵蓋感知制造、網絡制造、軟件與信息處理、網絡與應用服務等門類的相對齊全的物聯網產業體系。產業規模也在不斷擴大，已經形成環渤海、長三角、珠三角，以及中西部地區四大區域集聚發展的空間布局，呈現出高端要素集聚發展的態勢。

4.3 投資可行性

以深圳某軌道交通項目為例，根據各設備廠家提供的數據，相較于傳統消防給水系統，物聯網消防給水系統需增加約50萬元/站的投資。如全線設20個車站，則設置物聯網消防給水系統需增加約1000萬元投資。而在人力成本方面，平均每站可減少巡檢、維護人員約1-2人，全線每年約可節約綜合人工成本200萬元以上。由此可知，物聯網消防給水系統設備費初期投入較高，但是綜合人力成本對比分析可知，運營時間5年左右，綜合投資基本持平。且運營時間越長，物聯網消防給水系統綜合成本越低、優勢越明顯。

5 結束語

綜上所述，物聯網消防給水系統作為一門逐漸興起的前沿技術，其市場規模、技術水平均足以滿足地鐵線路運行標準。而在國內全面推廣“智慧城軌”及“智慧消防”的政策背景下，物聯網消防系統在城市軌道交通中的應用也是順勢而為。將無人值守車站與物聯網消防技術相結合，不但可以在防火層面實現消防系統的全時域監測、消除安全隱患，還可以在滅火救援方面起到及時滅火、監控火情和配合消防人員協同消防的作用。