消防水池水位監(jiān)測風險分析與應對措施研究

韓沅清 王琪 朱文娟

摘要：為了消除消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測風險，確保消防用水的有效性，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建消防水池水位監(jiān)測系統(tǒng)的對策。本文通過對消防水池傳統(tǒng)監(jiān)測風險的分析，并重點探討了在線不報警、篡改水位報警參數(shù)、無法監(jiān)測實時水位等風險。分析表明：傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)因受限于火災自動報警系統(tǒng)有限的管控范圍而無法實現(xiàn)全局閉環(huán)管控，只能接受“開關(guān)量信號”而無法實現(xiàn)水位的實時監(jiān)控。然而，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以接收、傳遞連續(xù)性信號，可以實現(xiàn)水位的遠程實時監(jiān)控，具備全局閉環(huán)管控能力。

關(guān)鍵詞：消防水池；水位；傳統(tǒng)監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；全局閉環(huán)

引言

通常情況下，市政供水很難滿足高層建筑消防用水量需求。因此，多數(shù)高層建筑都會建設(shè)消防水池。在未發(fā)生火災時，消防水池的水會在較長時間內(nèi)處于靜默狀態(tài)，這種靜默會麻痹消防管理人員，可能會使消防水池長時間處于缺水或者無水狀態(tài)。一旦發(fā)生火災，整個建筑可能面臨缺水或者無水可用的困境。據(jù)統(tǒng)計，被成功撲救的火災案例中，有93%的火場消防給水條件較好；在撲救火災不力的案例中，有81.5%的火場缺乏消防用水[1]。根據(jù)2017年原公安部消防局頒布的《關(guān)于全面推薦“智慧消防”建設(shè)的指導意見》要求，消防應當實現(xiàn)“人防”向“技防”的轉(zhuǎn)變。因此，為確保消防水池時刻有水，實現(xiàn)消防水池水位“技防”管控，深入分析消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)存在的風險以及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)所具有的優(yōu)點是非常有必要的。

一、傳統(tǒng)監(jiān)測風險

（一）傳統(tǒng)監(jiān)測原理

目前，消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測方式可以實現(xiàn)就地水位顯示和遠程水位報警的功能。其中，遠程報警功能通過水位監(jiān)測設(shè)施和火災自動報警系統(tǒng)共同協(xié)作來實現(xiàn)。任何一種水位監(jiān)測設(shè)施監(jiān)測到的水位都是實時水位，傳遞的信號都是一種連續(xù)性信號。然而，火災自動報警系統(tǒng)只能監(jiān)測“開關(guān)量信號”。因此，通過在水位監(jiān)測設(shè)施和火災自動報警系統(tǒng)監(jiān)視模塊之間設(shè)置一個信號隔離輸出儀表，使“連續(xù)性信號”轉(zhuǎn)化為“開關(guān)量信號”，實現(xiàn)消防水池水位的傳統(tǒng)在線監(jiān)測，如圖1所示。

（二）在線不報警

在火災自動報警系統(tǒng)中，火災報警主機只能對監(jiān)視模塊進行監(jiān)視和巡檢，只具備局部閉環(huán)管控能力。當水位監(jiān)測設(shè)施與信號隔離輸出儀表或信號隔離輸出儀表與監(jiān)視模塊之間的通信線路出現(xiàn)損壞、空接、虛接，消防水池缺水或無水時，監(jiān)視模塊是無法接收到信號隔離輸出儀表傳遞的電信號，會一直處于靜默狀態(tài)。這種靜默狀態(tài)會使報警主機不報警，消防管理人員會誤以為消防水池水位正常，即在線不報警，如圖2所示。

（三）篡改水位報警參數(shù)

當消防水池水位報警參數(shù)被人為篡改時，不管水位是否正常或傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)是否有問題，整個監(jiān)測系統(tǒng)都會一直處于靜默狀態(tài)，這種靜默狀態(tài)會麻痹消防管理人員，使消防水池一直處于缺水或者無水狀態(tài)。例如，原設(shè)定的最低有效水位的報警參數(shù)是1m，現(xiàn)在被人為篡改為0m，當消防水池水位下降到0.5m時，報警主機不會產(chǎn)生報警反應。

（四）泵腔進氣

消防給水系統(tǒng)的出水閥組沿水流方向依次為同心異徑管、可曲繞橡膠管軟接頭、防水錘專用止回閥、出水立管明桿軟密封閘閥等[2]。當消防水池缺水或無水時，隨著時間的推移，止回閥閥前水位會因為止回閥阻水緣故逐漸趨近于消防水池水位。當閥前水位低于離心泵葉輪轂或低于泵腔時，空氣會代替水填滿原有水管道和組件，即泵腔進氣，如圖3所示。

在消防給水系統(tǒng)中，泵腔進氣會導致消防泵在無水狀態(tài)下干轉(zhuǎn)，進而造成機械密封干磨、發(fā)熱甚至失效。機械密封一旦失效，維修人員必須對消防泵進行整體拆卸，才能更換新的機械密封，極大拖延了滅火救援時間。在定期檢查中，已經(jīng)損壞或處于失效邊緣的機械密封很難被發(fā)現(xiàn)。

（五）無法監(jiān)測實時水位

火災自動報警系統(tǒng)只能監(jiān)測“開關(guān)量信號”，因此火災自動報警系統(tǒng)本身的通信機制是無法監(jiān)測水位的實時數(shù)據(jù)的。

二、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

（一）方案設(shè)計

通過對消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測風險的分析，得出傳統(tǒng)監(jiān)測風險主要來源于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)無法實現(xiàn)對水位監(jiān)測的全局閉環(huán)管控。因此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖4所示。

由圖4可知，消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要包括專用液位傳感器、RS485信號線、物聯(lián)網(wǎng)專用信息箱等組件，軟件部分包括消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺及PC、APP移動終端監(jiān)控軟件。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)由下而上為感知層、傳輸層、云端基礎(chǔ)設(shè)施層、應用層，如圖5所示。

感知層位于消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)體系架構(gòu)的最底層，其功能為獲取水位信息。傳輸層將水位監(jiān)測設(shè)施采集到的水位信息通過無線通信方式（GPRS/4G/Wi-Fi）或者以太網(wǎng)等有線通信方式將水位監(jiān)測設(shè)施采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務器或者云端。云端基礎(chǔ)設(shè)施層主要負責服務器集群資源的管理、分配、調(diào)度以及提供與平臺無關(guān)的應用運行環(huán)境。應用層負責數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲以及面向用戶提供SaaS形式的云服務。

（三）系統(tǒng)功能

實時水位監(jiān)測：物聯(lián)網(wǎng)可以傳遞連續(xù)性信號，可以將實時水位真實可靠顯示在移動終端。只有根據(jù)真實可靠的水位才能對“報警”“故障”信號作出準確判斷。不在線報警：水位監(jiān)測設(shè)施與消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)信息箱之間通過有線通信方式直接連接，當連接的通信線路出現(xiàn)損壞、空接、虛接時，物聯(lián)網(wǎng)信息箱會立刻發(fā)出聲光報警，同時向消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺發(fā)出報警信號，并向負責該設(shè)施的消防監(jiān)管人員發(fā)送短信通知，從而實現(xiàn)了對消防水池水位的全程閉環(huán)監(jiān)測，如圖6所示。防人為篡改水位報警參數(shù)：為了防止人隨意篡改水位報警參數(shù)，工作人員必須通過物聯(lián)網(wǎng)水位監(jiān)測信息箱的液晶觸摸屏輸入賬號和密碼，登錄物聯(lián)網(wǎng)消防水池監(jiān)測平臺對消防水池水位報警參數(shù)進行設(shè)定，整個操作過程被系統(tǒng)記憶。

（四）APP交互界面

圖7是消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺的APP端。

（五）優(yōu)勢對比

消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的主要優(yōu)勢對比見表1。

結(jié)語

筆者通過對消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，給出了傳統(tǒng)監(jiān)測存在的風險。基于這些風險設(shè)計了消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，并得出以下結(jié)論：消防水池水位傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)因火災自動報警系統(tǒng)的管控范圍有限而無法實現(xiàn)全局閉環(huán)管控，這會出現(xiàn)在線不報警、人為篡改水位報警參數(shù)等消防風險；通過“開關(guān)量信號”無法準確描述或判斷消防水池水量是否“正常”，無法監(jiān)測實時水位；因消防水池缺水或無水造成的泵腔進氣可能會帶來三種較為嚴重的消防風險，分別是火災失控、電動機過載、機械密封失效；消防水池水位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)具有實時顯示、遠程實時監(jiān)測、不在線報警、防人為篡改水位報警參數(shù)、自動記錄、自動存儲、歷史運行數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計與分析等功能，具備全程閉環(huán)管控能力。

參考文獻

[1]GB 50974-2014.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].中國計劃出版社，2014.

[2]19S204-1.消防專用水泵選用及安裝（一）[S].中國計劃出版社，2020.