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未來智能控制技術在智慧消防系統上的發展與應用

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2019.11.28

【摘要】過去,消防設施無人管理和維護,癱瘓的比比皆是,值班人員存在脫崗和漏崗現像,單位責任人對設施的維保工作不重視,維保單位不及時維修或故意隱瞞存在的安全隱患,相關因素相疊加進而導致全國各地的火災頻發。多年前 “人防+技防”的城市消防遠程監控系統[1]在全國遍地開花,經過多年的實踐檢驗證明只是“治標不治本”。隨著物聯網技術的不斷提升,升級版智慧消防系統、消防信息化維保管理系統和各大消防云平臺等百花爭鳴。升級版的眾多系統平臺仍然未達到“治本”的功效,針對消防安全問題的頑疾癥結,我們應該通過智能控制技術去實現完全智能運行的消防設施系統+智能預警相結合的消防物聯網綜合管理系統。

【關鍵詞】智慧消防、智能控制、消防信息化、消防物聯網、消防遠程監控系統


一、概述

    1.1智慧消防的過去

    城市消防遠程監控系統,有人說城市消防遠程監控系統代表不了智慧消防,但是城市消防遠程監控系統是智慧消防的前身。2008年8月29日,全國有71個城市消防遠程監控系統接入1.3萬余家社會單位[2]。截止2016年,全國共有直轄市4個,地級市283個,每個地級市以上城市都建設有至少1個或多個城市消防遠程監控中心。

    過去的城市消防監控中心主要是監控火災自動報警系統的火警、故障等信息,而且只能做到接收報警信息后再電話回訪聯網單位的值班人員,確認是否真實火警,值班人員在繁忙的警情確認過程中還要接聽監控中心的電話回訪,當監控中心收到報警信息后就立即撥打值班員電話,其實值班員根本沒有每次前往現場真實的確認,均立即回復是誤報,或者收到經常誤報的設備,熟到連設備編號都可以記住了,所謂的雙重值班服務最后也就只剩下對話形式。監控中心每月會給聯網單位和消防監管部門提供1份統計報告,報告過去一個月發生的火警誤報和故障的數量。聯網單位或消防監管部門為這樣的服務支付監控服務費。實際的運行結果就是,監管部門和聯網用戶拿到“馬后炮”的服務數據后,監管部門沒有監督聯網用戶及時處理故障或隱患,聯網用戶因為要承擔突然強加的監控服務費,與其相關的消防設施系統反而無錢維修和保養,單位本來就緊張的維保費用遭到擠壓,長年累月繼續癱瘓或帶病運行,沒有形成監控→監管→維修→保養→監控的良性循環。

   1.2智慧消防的現在

    打造城市消防遠程監控系統“升級版”,綜合利用RFID(射頻識別)、無線傳感、云計算、大數據等技術,依托有線、無線、移動互聯網等現代通信手段,整合已有的各數據中心,擴大監控系統的聯網用戶數量,完善系統報警聯動、設施巡檢、單位管理、消防監督等功能。在傳統監測火災自動報警系統的運行狀態及故障、報警信號基礎上,利用圖像模式識別技術對火光及燃燒煙霧進行圖像分析報警;監測室內消火栓和自動噴淋系統水壓、高位消防水箱和消防水池水位、消防供水管道閥門啟閉狀態、防火門開關狀態,利用單位視頻監控系統監控安全出口和疏散通道、消防控制室值班情況;接入電氣火災監控系統或裝置,實時監測漏電電流、線纜溫度等情況;研發手機APP系統,動態監控、立體呈現聯網單位消防安全狀態,全面提升社會單位消防安全管理水平和消防監督執法效能。[3]

    由于過去的消防遠程監控系統只監控火災自動報警系統,對其它消防系統的相關狀態數據采集不夠完善。因此,現在升級版消防物聯網方案包含對自動噴水滅火系統和消火栓系統的壓力、消防水池(水箱)的液位、電氣火災監控系統、水泵控制柜的狀態信息和消防器材和設施的管理等。于是市場上出現了多種多樣的消防物聯網數據采集模塊和傳感器,如雨后春筍,還有維保檢測等信息化管理平臺也在全國各消防工程公司全面推廣使用。

   另外,還有不斷大力營銷的獨立式電氣火災監控系統和獨立式感煙探測器。新成立的消防物聯網公司都是從以上兩個產品開始,結合水系統的數據采集,就成為了行業里技術厲害的消防物聯網公司。越來越多的消防報警信息數據孤島被形成,獨立式電氣火災監控系統和獨立式感煙探測器也不報警給建筑物原有的火災自動報警系統。如住宅家里廚房發生火災,業主、物業和監管部門雖然能通過手機接收到火警信息,但是物業的消防主機沒有相關報警信息,該樓的聲光和警鈴也不會響起。

    2017年10月10日,《關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見》發布后,監管部門和各企、事業單位正在大力推廣并主要為獨立式智慧消防產品和信息化管理服務“買單”。當前的智慧消防還是在不斷往原有消防系統上增加監視設備?,F有的智慧消防相關產品仍然遵循以往只監不控的原則,而且信息流是獨立的存在的,沒有與建筑物原有消防系統進行數據交換,反而增加消防值班人員更多的設備(手機和電腦)、更多的軟件應用和更多的處理流程。

    1.3智慧消防的未來

    從過去到現在,消防物聯網的監控技術不斷更新,手段也多種多樣,平臺應用也是各有千秋,但所有的工作都是在圍繞對原有系統的電子產品或機械設備的工作狀態及相關操作人員的“不信任”,甚至懷疑它們的“可靠性”。從而不斷增加新樣式的監控設備,或者所謂的物聯網設備、傳感器和數據采集終端等,僅僅采集越來越多的“垃圾馬后炮”數據,以上所有的努力還不是真正的智慧消防。

    問題的根源就在于建筑物中原有的消防系統的運行狀況是不是健康,是否滿足規范要求,能否提供滅火時的正常運轉。只監不控的智慧消防系統無法解決“治本”的問題,不然增加再多的監控設備都是徒勞,監控設備同樣也會出現故障,出現問題甚至嚴重的還產生自燃。當原有系統出現問題時,不斷增加更多的物聯網新設備去監控,只會讓消防系統變得越來越臃腫,維保成本越來越高,操作人員擔負的操作任務和技能要求越來越多。

    未來我們需要的智慧消防系統應該是成本不高、改造不大,每棟建筑物都需要且能“治本”的既能監視原有消防系統狀態又能智能控制各類消防設施的全流程無人操作全自動智能運行的“簡易”系統。各個原有的消防系統在增加新的物聯網監視設備后,相關數據和建筑物原有的系統形成數據交換,把原有機械控制或者需要人控制的設備通過智能設備進行控制,形成嚴謹的智能采集→智能分析→智能控制→智能判定→智能恢復→智能監視→智能采集的良性循環。

    未來各建筑物主體責任人可以隨時獲得大樓消防設施體檢報告,對于自身安全指數心中有數;消防安全管理人員可以根據需要隨時檢測和啟停相關消防設備,讓消防設施處于敢用和能用的狀態;消防值班人員操作趨于簡單,關鍵時刻出手相救;維保單位可以精準維修,與業主之間實時結算;監管部門依法依規處理,處罰有據可查。

二、未來智慧消防系統的發展方向

    未來的智慧消防系統還是要回歸安全問題的根本,既把建筑物中按照相關規范強制要求安裝的消防系統用好和管好,讓相應的消防系統隨時處于戰備狀態,當火災剛剛發生時,各個系統能拉得出,打得贏,將火災消滅于萌芽階段。在此基礎上再增加物聯網設備監視設備和控制設備,來完善和補充原有消防系統的不智能,改變對操作人員過度依賴的落后運行模式。達到智能監視、智能控制并且高于相關規范的要求,讓各個消防設施系統做到平時自行體檢,戰時精準參戰。未來智慧消防系統應該具備如下幾項特征:

    1.智慧消防系統必須完善消防系統相關數據的采集,如各類報警信息、壓力、液位、風速、光照強度、運行狀態和開關狀態等,能夠實時輸出建筑物消除設施的當前體檢報告,一目了然的得知當前建筑物消防系統的運行情況,可按單一系統體檢,也可一鍵全檢。就像人去醫院體檢一樣,通過驗血、驗尿和CT檢查,即時獲得當前值和參考值,無人工判斷和評估修改數據的機會。

    2.智慧消防系統根據采集的數據來自動運行相關設備直至該系統恢復正常的監視狀態,讓每個系統能達到自平衡狀態。同樣也要保證各個消防滅火系統長期不間斷的處于“戰備”狀態,對于不能通過自動運行恢復到正常狀態的,必須立即發出警告信息,進而人工介入恢復。如風機、水泵和風閥等設備或機構的開關啟停都由系統根據需要實時做出智能控制。

    3.智慧消防系統應該具備監控建筑物內各個消防系統的工作狀態,并實時推送故障和隱患給相關人員與機構并及時處理。多次或長時間未得到處理恢復的隱患還應推送給消防監管部門做為監督和處罰的依據。如交警部門對交通違法行為做出處罰管理規定一樣,有理有據,有法可依,公平公正。

    4.應該具備預警功能,根據各類數據的綜合判定,提前發出預警,并讓相關人員消除。如電氣火災預警、可燃氣體預警和消防通道預警等。像臺風預警處置方案一樣,要么提前消除火災隱患因素,要么提前轉移人員和物資,確保在真的火災發生時將損失降到最低。


三、智能控制技術在智慧消防系統的設計與應用

    由于消防行業的特殊性,到目前為止消防系統的功能和業務需求都是按照相關規范進行設計的,無法自由發揮和技術優先等原則來確定方案。不過相信隨著消防改革的進一步深入,未來智能控制技術將在智慧消防系統的中得到全面應用。當前盡可能做到即滿足規范要求,但是又要超越落后的標準規范,才能讓消防系統真正的“智慧”起來。

    3.1火災自動報警系統的智能控制技術的設計與應用

    正常工作狀態下,不應將自動噴水滅火系統、防煙排煙系統和聯動控制的防火卷簾等防火分隔設施設置在手動控制狀態,其他消防設施及相關設備如設置在手動狀態時,應有在火災情況下迅速將手動控制轉換為自動控制的可靠措施。[4]

    需要火災自動報警系統聯動控制的消防設備,其聯動觸發信號應采用兩個獨立的報警觸發裝置報警信號的“與”邏輯組合。[5]

    相關規范要求一些重要的設施應設置在“自動”狀態,對其它消防設施沒有強制“自動”,只要求在火災時能迅速轉換為“自動”狀態,這就需要值班人員的操作和責任心?,F實中絕大部分單位的火災報警聯動控制器也確實設置在“手動”狀態,關鍵原因就是誤報太多。由于光電感煙的探測技術的落后,各廠家也不斷追求低成本的趨勢,導致探測技術一直沒有突破性進展,誤報率居高不下,但規范要求只要兩個獨立的報警信號就能啟動聯動程序。

    那么,當前形勢下是否可以通過在只有1個感煙探測器的探測區域內的最不利于煙霧到達的位置增設1個同樣的煙感。僅當該探測區域(而非防火分區內)內兩個煙感均報火警時才啟動聯動程序,對于有多個探測器的探測區域內任意兩個感煙探測器報火警才啟動聯動程序,跨房間和探測區域的兩個煙感報火警,只有報警主機顯示火警,不再直接啟動聯動程序。誤報不可怕,可怕的是誤報引起聯動后啟動的聲光和警鈴會影響大家正常的生活和辦公,只要確定是真實的火災直接啟動聯動程序將會爭取到更多疏散時間。

    當前光電感煙探測技術通過上面復雜的按探測區域設置聯動程序后,僅僅增加極少的硬件成本,某些樓棟甚至低于1臺用戶信息傳輸裝置[6]的價格,但是卻能讓各單位敢于把消防主機設置為真正的“自動”狀態。當然未來還是需要不斷從技術層面降低感煙探測器的誤報率,在煙霧探測技術上提高準確率,只有降低誤報率才有智能控制的精確判斷。只有消防主機取消手動狀態,減少人員的干預,其它消防系統才有機會實現智能控制,在火災發生時也才有機會及時撲滅初起火災。

    讓消防主機真正智能起來,就應該取消其它無用的復雜按鍵和操作,對于值班人員操作的只有“誤報”和“火警”鍵。即使沒有值班人員在崗,消防主機也可以自動啟動相關聯動程序,當報警源消失應立即自行恢復到正常的監視狀態。

    3.2自動噴水滅火系統和室內外消防給水系統的智能控制技術的設計與應用

    規范要求:聯動控制方式,應由濕式報警閥壓力開關的動作信號作為觸發信號,直接控制啟動噴淋消防泵,聯動控制不應受消防聯動控制器處于自動或手動狀態影響。[7]

    由于規范要求自動噴水滅火系統的聯動控制不受消防聯動控制器的手自動影響,導致很多用戶怕壓力開關誤動作直接啟泵后引起爆管,長期將水泵控制柜置于手動狀態。那么,自動噴水滅火系統和室內外消防給水系統可以結合智能控制技術采用壓力、液位傳感器和閥門開關信號采集模塊,同時增加防爆管自動啟閉且流量可控的自動泄壓管道,通過壓力傳感器可以感知管道各個區域的壓力變化,當壓力過低報警時監測穩壓泵是否正常工作,壓力是否能及時恢復,當壓力繼續變低,監測主泵是否正常啟動,壓力是否能及時恢復。即使壓力開關誤動作、放水測試和系統自檢要求聯動啟動消防主泵,各壓力傳感器實時監測管道壓力情況,當超壓時聯動開啟泄壓電磁閥進行泄壓,通過控制泄壓流量來實時調節壓力大小。當真正發生火災時,消防主泵啟動后通過控制泄壓流量即能保證管道有足夠的水壓使用,也能保證不爆管,讓系統敢于將消防水系統完全置于“自動”狀態,而且不致于爆管后,真正有需要用水的地方也可能無水可用的窘況。

    如果是消防測試或者自檢,由智能控制系統自行啟動的消防泵,則由智能控制系統自行決定啟停狀態和是否需要配合泄壓。

    讓用戶平時敢于隨時啟動消防主泵用來檢測其工作狀況,而且可以長時間運行,即保證不爆管,也可以保證最不利點的水壓,這樣才能保證在火災時,消防水泵能夠真正的派上用場,并堅持到火災撲滅。

    3.3防排煙系統智能控制技術的設計與應用

    在防排煙系統中,將排煙閥和送風閥改造為能電動開啟和關閉的電動閥,并且在風口位置安裝實時風速數據采集的傳感器,實時風速可以判斷風閥是否按聯動關系準確開啟,風速還可以用來判斷排煙或者送風效果是否有利于火災現場的需求,防止著火后由于其它樓層的排煙閥未關閉,導致著火層根本無法正常排煙,或排煙效果不理想。目前實際設計的排煙風機排風量僅支持1層的排煙閥開啟,當多層開啟后排煙口根本無風。送風機的送風量一般僅支持3層樓的送風閥同時開啟,當開啟4個以上時,最下面樓層根本無風可達。通過智能控制系統采集的著火層位置以及風口的風速智能開啟和關閉相應的風閥,可有效提高著火層的排煙和送風效果。

    消防檢測標準要求風機在280℃時能還繼續工作30分鐘以上,通過智能控制系統可以通過輔助加熱裝置,溫度傳感裝置來準確高效實現測試,同時自動上傳風機當前溫度及風口數據,工作時長等信息。

    另外,智能控制技術在水噴霧滅火系統、細水霧滅火系統、泡沫滅火系統、干粉滅火系統、防排煙系統、消防應急照明和疏散指示系統、防火卷簾及防火門監控系統、消防通道監控系統、電氣火災監控系統、氣體滅火監控系統、可燃氣體探測、建筑滅火器和消防供配電等系統的設計與應用由于篇幅的關系就不再一一剖析。

    智能控制技術可以讓各個獨立的消防系統通過傳感器這些眼睛來判斷并獨立智能運行,又可以通過智能控制平臺實時聯動啟停,協調運作,以最快的速度監視到火災,并撲滅初起火災。


四、建筑物消防設施智能體檢(大樓CT)應用系統的規劃

    當前,各建筑物消防設施申請驗收前需要進行消防檢測,每年還需要技術服務機構進行年度檢測,檢測過程采用儀器設備+人工判斷的方式,最后形成檢測結論。為了防止弄虛作假,各省總隊又先后開發了技術服務機構管理平臺,對從業人員和檢測項目進行管理,人員定位、現場拍攝照片與視頻等手段,人員證書與企業綁定等各類科技手段。

    建筑物消防設施智能體檢系統采用物聯網技術和智能控制技術相結合,在大樓驗收前即完成安裝,包括火災自動報警系統的信息采集,水系統的壓力、流量、液位和閥門狀態數據的采集,風閥和風機的數據采集,通過智能控制技術,整個測試過程完全采用實戰模式。

    通過煙霧釋放機器人隨機挑選易起火,難逃生的位置釋放煙霧,從初起煙霧開始,直至濃煙滾滾。由用戶信息傳輸裝置采集火災自動報警系統的報警時間,聯動程序啟動時間和啟動結果,智能逃生機器人根據逃生路線往安全出口進行逃生,測試逃生通道的聲光聲響情況,應急照明燈的照度情況,防排煙系統的風閥開閉狀態、風口風速與風機運行情況均實時采集。

    通過各個系統實時的運行,物聯網傳感器采集的數據,形成綜合報告,按照相關規范要求判斷每個環節的參數是否滿足要求,報告在測試結束后立即打印輸出,不需要任何人員參于,確保檢測數據不被污染和更改。最終自動形成消防監管部門需要的消防檢測報告,像醫院對人進行體檢一樣,驗血、驗尿、核磁等檢測過程,對建筑物進行單項系統檢測或所有消防系統進行檢測,報告實時導出。

    最終做到讓建筑物的消防隱患和問題及時被發現和整改,給建筑物隨時體檢,做到平時體檢,有“病”治“病”,沒“病”安心。


五、城市消防安全智能預警(建筑火災指數預報)應用系統的規劃

    當城市中各建筑物全面布置物聯網監控系統和智能控制技術后,再結合相關預警數據,如建筑物以外的消防車道通暢預警、室外市政消防火栓壓力預警、相鄰建筑物的火災預警、建筑物內部的電氣火災預警、可燃氣體泄漏預警、消防通道安全出口堵塞預警、水系統欠壓預警、易燃易爆物品的存放預警等,即可形成區域范圍內的城市火災預警指數,由區域再形成整個城市的消防安全指數。

    城市消防安全智能預警系統需要更多的預警技術,把單個建筑物消防設施的安全隱患指數與相鄰建筑物之間的安全隱患指數相結合,綜合相關范圍消防設施的安全隱患指數,救援力量的布署指數,逐步形成完善的城市消防安全智能預警指數。預警指數同時反饋給相關部門和單位及相關的人員及時處理,將可能引起火災的相關隱患及時消滅在萌芽階段。

    通過區域消防安全智能預警指數結合城市低空飛行器探測技術,或者無人機探測技術等各類先進技術,最終形成有推廣和應用價值的城市消防天氣預報。

    

    結束語

    真正的未來智慧(智能)消防系統不再是對消防設施以及操作人員僵化的管理和監督,在技術上沒有發揮空間,在人員崗位上沒有自由,而是對消防設施的智能控制和對火災隱患的提前預警,讓他自行地運轉起來,保證隨時能夠運轉并恢復,真正實現24小時不間斷的監控與滅火,最大限度減少人員的投入。對各類可能引起火災的預警數據提前介入并消除,讓真正的火災災害連露臉的機會都沒有。希望此文對智慧消防的未來發展方向起到拋磚引玉的作用。

    最后,愿人間不再發生有人員傷亡和重大財產損失的火災。

   參考文獻

    [1]郭鐵男,朱力平…高宏.城市消防遠程監控系統技術規范[S],2007

    [2]郭鐵男.在城市消防安全遠程監控系統建設應用推進現場會上的講話[R],2009

    [3]公安部消防局.關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見[R],2017

    [4]李淑惠,劉激揚…王宗存.GB25201建筑消防設施的維護管理,2010

    [5]丁宏軍,張穎琮…傅俊豪.GB50116火災自動報警系統設計規范[S],2013

    [6]王軍,隋虎林…劉啟明.城市消防遠程監控系統第1部分:用戶信息傳輸裝置[S],2011

    [7]宋波,盧國建…姜寧.GB50084自動噴水滅火系統設計規范[S],2017

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