消防水池水位監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監測風險，確保消防用水的有效性，提出基于物聯網技術構建消防水池水位監測系統的對策。本文通過對消防水池傳統監測風險的分析，并重點探討了在線不報警、篡改水位報警參數、無法監測實時水位等風險。分析表明：傳統監測系統因受限于火災自動報警系統有限的管控范圍而無法實現全局閉環管控，只能接受“開關量信號”而無法實現水位的實時監控。然而，物聯網監測系統可以接收、傳遞連續性信號，可以實現水位的遠程實時監控，具備全局閉環管控能力。

關鍵詞：消防水池；水位；傳統監測；物聯網技術；全局閉環

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，多數高層建筑都會建設消防水池。在未發生火災時，消防水池的水會在較長時間內處于靜默狀態，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。一旦發生火災，整個建筑可能面臨缺水或者無水可用的困境。據統計，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2017年原公安部消防局頒布的《關于全面推薦“智慧消防”建設的指導意見》要求，消防應當實現“人防”向“技防”的轉變。因此，為確保消防水池時刻有水，實現消防水池水位“技防”管控，深入分析消防水池水位傳統監測系統存在的風險以及物聯網監測系統所具有的優點是非常有必要的。

一、傳統監測風險

（一）傳統監測原理

目前，消防水池水位傳統監測方式可以實現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測設施和火災自動報警系統共同協作來實現。任何一種水位監測設施監測到的水位都是實時水位，傳遞的信號都是一種連續性信號。然而，火災自動報警系統只能監測“開關量信號”。因此，通過在水位監測設施和火災自動報警系統監視模塊之間設置一個信號隔離輸出儀表，使“連續性信號”轉化為“開關量信號”，實現消防水池水位的傳統在線監測，如圖1所示。

（二）在線不報警

在火災自動報警系統中，火災報警主機只能對監視模塊進行監視和巡檢，只具備局部閉環管控能力。當水位監測設施與信號隔離輸出儀表或信號隔離輸出儀表與監視模塊之間的通信線路出現損壞、空接、虛接，消防水池缺水或無水時，監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。這種靜默狀態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

當消防水池水位報警參數被人為篡改時，不管水位是否正常或傳統監測系統是否有問題，整個監測系統都會一直處于靜默狀態，這種靜默狀態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。例如，原設定的最低有效水位的報警參數是1m，現在被人為篡改為0m，當消防水池水位下降到0.5m時，報警主機不會產生報警反應。

（四）泵腔進氣

消防給水系統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。

在消防給水系統中，泵腔進氣會導致消防泵在無水狀態下干轉，進而造成機械密封干磨、發熱甚至失效。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，已經損壞或處于失效邊緣的機械密封很難被發現。

（五）無法監測實時水位

火災自動報警系統只能監測“開關量信號”，因此火災自動報警系統本身的通信機制是無法監測水位的實時數據的。

二、物聯網監測系統

（一）方案設計

通過對消防水池水位傳統監測風險的分析，得出傳統監測風險主要來源于傳統監測系統無法實現對水位監測的全局閉環管控。因此，本文基于物聯網技術構建了消防水池水位物聯網監測系統，如圖4所示。

由圖4可知，消防水池水位物聯網監測系統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、物聯網專用信息箱等組件，軟件部分包括消防水池水位物聯網監測平臺及PC、APP移動終端監控軟件。

（二）系統架構

消防水池水位物聯網監測系統架構由下而上為感知層、傳輸層、云端基礎設施層、應用層，如圖5所示。

感知層位于消防水池水位物聯網監測系統體系架構的最底層，其功能為獲取水位信息。傳輸層將水位監測設施采集到的水位信息通過無線通信方式（GPRS/4G/Wi-Fi）或者以太網等有線通信方式將水位監測設施采集的數據傳輸到遠程服務器或者云端。云端基礎設施層主要負責服務器集群資源的管理、分配、調度以及提供與平臺無關的應用運行環境。應用層負責數據的接收、處理、存儲以及面向用戶提供SaaS形式的云服務。

（三）系統功能

實時水位監測：物聯網可以傳遞連續性信號，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：水位監測設施與消防水池水位物聯網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損壞、空接、虛接時，物聯網信息箱會立刻發出聲光報警，同時向消防水池水位物聯網監測平臺發出報警信號，并向負責該設施的消防監管人員發送短信通知，從而實現了對消防水池水位的全程閉環監測，如圖6所示。防人為篡改水位報警參數：為了防止人隨意篡改水位報警參數，工作人員必須通過物聯網水位監測信息箱的液晶觸摸屏輸入賬號和密碼，登錄物聯網消防水池監測平臺對消防水池水位報警參數進行設定，整個操作過程被系統記憶。

（四）APP交互界面

圖7是消防水池水位物聯網監測平臺的APP端。

（五）優勢對比

消防水池水位傳統監測與物聯網監測的主要優勢對比見表1。

結語

筆者通過對消防水池水位傳統監測系統進行分析，給出了傳統監測存在的風險。基于這些風險設計了消防水池水位物聯網監測系統，并得出以下結論：消防水池水位傳統監測系統因火災自動報警系統的管控范圍有限而無法實現全局閉環管控，這會出現在線不報警、人為篡改水位報警參數等消防風險；通過“開關量信號”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；消防水池水位物聯網監測系統具有實時顯示、遠程實時監測、不在線報警、防人為篡改水位報警參數、自動記錄、自動存儲、歷史運行數據自動統計與分析等功能，具備全程閉環管控能力。

參考文獻

[1]GB 50974-2014.消防給水及消火栓系統技術規范[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.