基于物聯(lián)網(wǎng)的高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)研究

摘要：消防隱患一直是高層建筑領(lǐng)域老生常談的問題。隨著高層住宅的普及，其防火問題關(guān)系到千家萬戶的利益，受到社會(huì)的普遍關(guān)注，因此對(duì)高層建筑的防火一直是領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，亦是一項(xiàng)亟需解決的問題。通過調(diào)查可知，高層建筑發(fā)生火災(zāi)難以解決的原因，主要是無法準(zhǔn)確快速地查明失火的原因和獲取準(zhǔn)確的位置，火勢(shì)蔓延速度快，危及范圍廣，撲滅的難度較大。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，高層建筑的防火技術(shù)出現(xiàn)了新的契機(jī)。本文主要論述一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)，以滿足高層建筑防火的現(xiàn)實(shí)需要，保護(hù)城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：建筑防火 ?高層建筑??物聯(lián)網(wǎng) ?預(yù)警系統(tǒng)

通常而言，服務(wù)于建筑消防的通信設(shè)備與電力系統(tǒng)相連。但是一旦發(fā)生火災(zāi)，首先中斷的就是建筑物內(nèi)部的電力供應(yīng)系統(tǒng)和通信設(shè)施，使得消防通信設(shè)備失效，導(dǎo)致消防部門無法及時(shí)獲取建筑物內(nèi)部的情況，難以判斷火情，給消防工作的開展帶來了很大的困難。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，則可以很好地解決這一問題。雖然目前火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成為高層建筑必須安裝的設(shè)施之一，但是由于供電及其他技術(shù)因素影響，其功能往往得不到正常發(fā)揮，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合有助于完善火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，為我國的消防事業(yè)做出貢獻(xiàn)，保障每一位居民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。目前火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)普及，但其中很多技術(shù)還不成熟，很多時(shí)候并沒有發(fā)揮其應(yīng)有的功能^[4]。而且，出于防災(zāi)減災(zāi)的目的，不能只滿足于火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警，更要在火災(zāi)發(fā)生之前就發(fā)出警報(bào)，及時(shí)向消防部門報(bào)備，將火災(zāi)扼殺在初始狀態(tài)?；馂?zāi)發(fā)生前的幾分鐘是系統(tǒng)檢測(cè)預(yù)警的黃金時(shí)段，此時(shí)建筑內(nèi)部環(huán)境往往會(huì)發(fā)生異常變化，如溫度升高、煙霧急劇增加等，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防火預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能，在監(jiān)測(cè)到環(huán)境參數(shù)異常時(shí)自動(dòng)報(bào)警。就火災(zāi)預(yù)警的含義而言，系統(tǒng)能夠利用各種現(xiàn)代科技監(jiān)測(cè)環(huán)境中的物理表征，能夠在火災(zāi)發(fā)生之前就發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)人員前去查看，從根本上避免火災(zāi)發(fā)生。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興技術(shù)，其吸納了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又具有滿足現(xiàn)代信息連通需要的核心科技，能夠良好地服務(wù)于日新月異的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)。物聯(lián)網(wǎng)的連通基礎(chǔ)比互聯(lián)網(wǎng)更加廣泛，可以將任意物品聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)萬物的互聯(lián)互通，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)任意物品的監(jiān)管，物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下。

作為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)被納入國家的規(guī)劃重點(diǎn)，給予了大量研發(fā)和建設(shè)方面的支持。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展，能夠更高效地實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的結(jié)合，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。在總體結(jié)構(gòu)上，物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，各個(gè)層級(jí)分工明確：感知層主要由傳感節(jié)點(diǎn)組成，擁有連接不同網(wǎng)絡(luò)的功能，在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用;網(wǎng)絡(luò)層的目的主要是通信;應(yīng)用層則包含了各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)

2.1?系統(tǒng)架構(gòu)

相比于傳統(tǒng)的防火預(yù)警系統(tǒng)，本文提出的一種基于物聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)建的新型高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)，通過對(duì)其系統(tǒng)性優(yōu)化，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)系統(tǒng)的各種不足。在傳感層，新型防火預(yù)警系統(tǒng)加入了風(fēng)速和風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、氧氣傳感器等，以便對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施全面、及時(shí)的監(jiān)測(cè)，克服單一傳感系統(tǒng)不能準(zhǔn)確反映火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況的缺陷，有助于消防部門快速了解災(zāi)情，最大限度地降低火災(zāi)帶來的損失。該火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)由兩大子系統(tǒng)構(gòu)成：無線傳感器子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，而兩大子系統(tǒng)的聯(lián)通是通過大量數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。無線傳感器可以直接感知監(jiān)測(cè)區(qū)域，經(jīng)過數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)的整合將建筑物內(nèi)部的情況傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，而整個(gè)過程需要聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。不僅如此，傳感器還可以對(duì)收集到的信息進(jìn)行自動(dòng)化處理，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況做評(píng)級(jí)處理，發(fā)現(xiàn)危急狀況可優(yōu)先通報(bào)。

相比于低層建筑，高層建筑由于住戶較多、火勢(shì)蔓延速度快，一旦發(fā)生火災(zāi)很難撲滅，往往會(huì)造成巨大的人財(cái)物損失，后果不堪設(shè)想。因此，針對(duì)高層建筑的防火策略是“預(yù)防為主，防消結(jié)合”。對(duì)于高層建筑而言，構(gòu)建安全可靠的防火預(yù)警系統(tǒng)是放在首位的。針對(duì)該問題，我國已經(jīng)頒布了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施策略：一旦建筑高度超過250m，建設(shè)方就需要針對(duì)該建筑的防火問題提出專門的設(shè)計(jì)方案，在不斷的討論后形成最終方案，并提交消防部門審核，通過審核后才可以繼續(xù)建設(shè)。除了高層建筑，還有超高層建筑，一般屬于商業(yè)、辦公等的集合體，對(duì)于消防預(yù)警有著極為嚴(yán)苛的要求。為了使防火預(yù)警系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮作用，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)兼顧系統(tǒng)的功能性和實(shí)用性，考慮到系統(tǒng)的使用者是物業(yè)人員，通常不具備較強(qiáng)的編程能力，應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作界面，方便物業(yè)人員使用，將高層建筑的防火系統(tǒng)與消防部門的系統(tǒng)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，提升防災(zāi)減災(zāi)的效率。但是應(yīng)當(dāng)辯證看待系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警功能，不可避免地會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)的情況，導(dǎo)致自動(dòng)報(bào)警的消息在消防部門的優(yōu)先級(jí)不高，自動(dòng)報(bào)警不能完全取代人工巡視，應(yīng)當(dāng)將自動(dòng)報(bào)警與人工巡視有機(jī)結(jié)合，更加全面地服務(wù)于建筑物的防災(zāi)減災(zāi)。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)在高層建筑內(nèi)部或者附近建設(shè)專門的消防分控室，消防分控室需要有專人值班，可以24h監(jiān)控建筑物內(nèi)部的情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)告。

2.2?系統(tǒng)硬件

該系統(tǒng)的硬件主要分布于各節(jié)點(diǎn)中，不僅能夠收集監(jiān)測(cè)區(qū)域的各種信息，還能夠?qū)κ占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行初步分析和評(píng)級(jí)，確定現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、火焰光的強(qiáng)弱及煙霧的濃度，并以此為依據(jù)，選擇不同的路由協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)，不同的協(xié)議傳送信息的速度不同。事實(shí)上，低速傳感器的信息處理能力較弱，信息傳輸?shù)慕K端是遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，而高速傳感器的信息處理能力較強(qiáng)，可以對(duì)收集到的信息進(jìn)行更加復(fù)雜的處理，并將信息直接發(fā)送到用戶軟件終端，直接與市民對(duì)接，幫助市民及時(shí)了解到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，避免傳播恐慌情緒。為了實(shí)現(xiàn)不同的功能，傳感器節(jié)點(diǎn)具有不同分類，包括但不局限于用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)主要檢測(cè)區(qū)域內(nèi)各種指標(biāo)的變化情況，一旦發(fā)生異動(dòng)就會(huì)記錄在冊(cè);數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單地分類處理，為后續(xù)的工作奠定基礎(chǔ);數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)則溝通了數(shù)據(jù)采集端和監(jiān)測(cè)中心。總而言之，傳感器開展工作的各個(gè)部分是相對(duì)獨(dú)立的，可以保障其工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性，即使有部分節(jié)點(diǎn)損壞也不影響傳感器的整體功能。值得注意的是，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)是一切工作的基礎(chǔ)，因此其擁有更為獨(dú)特的設(shè)計(jì)，采用相互接套和相互聯(lián)系的方式實(shí)現(xiàn)主板拓展，既能提高工作的效率，也能方便之后的檢修，增強(qiáng)系統(tǒng)的拓展性和安全性。

以電氣火災(zāi)預(yù)防技術(shù)為例。不論在國內(nèi)還是國外，該技術(shù)一直是消防領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的有效的消防科技。由于電氣火災(zāi)預(yù)防技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不少國家都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并引導(dǎo)企業(yè)積極開發(fā)新興消防硬件設(shè)施，以便更好地與消防預(yù)警系統(tǒng)適配。我國也不例外，學(xué)界長(zhǎng)期以來將電氣火災(zāi)預(yù)防技術(shù)中的電弧型和過熱型預(yù)防技術(shù)作為研究重點(diǎn)。經(jīng)過多年的研究已經(jīng)有了不少的成果，但仍然存在不完善之處，最重要的是缺乏與系統(tǒng)適配的供電和電氣產(chǎn)品，大量的產(chǎn)品存在偷工減料、質(zhì)量不過關(guān)的問題，無法在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用。另外，從制度方面看，我國對(duì)于消防產(chǎn)品的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不同的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)不同，容易導(dǎo)致部分產(chǎn)品以假亂真、以次充好，擾亂消防產(chǎn)品市場(chǎng)的秩序，更是將人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全置于巨大的風(fēng)險(xiǎn)中。

2.3軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)主要有3個(gè)部分：傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，其涵蓋了火災(zāi)預(yù)警的整個(gè)流程。不同的軟件具有相對(duì)獨(dú)立的工作方式，但聯(lián)系密切，共同服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)的目標(biāo)。通過三者的配合，可以將物聯(lián)網(wǎng)深入運(yùn)用到火災(zāi)預(yù)警過程中，整合各類火災(zāi)感應(yīng)設(shè)備，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合評(píng)判，將信息聯(lián)網(wǎng)快速傳達(dá)給消防人員，幫助消防部門盡快做出人員和物資部署，提升火災(zāi)救援的效率;另外，還可以將火災(zāi)信息傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)附近的居民，提醒居民快速疏散，爭(zhēng)取更多逃生時(shí)間，減少人員傷亡，最大限度地降低人力和物力的損失。值得注意的是，要想實(shí)現(xiàn)上述軟件的正常運(yùn)行，需要保障設(shè)備供電與聯(lián)網(wǎng)正常。因此，一般而言，建筑內(nèi)部的消防設(shè)施都有一套獨(dú)立的供電設(shè)備，以確保通信正常。

例如，針對(duì)空氣中懸浮粉塵的消防隱患問題，可以通過軟件設(shè)計(jì)來解決。眾所周知，空氣中存在大量浮塵時(shí)，消防隱患會(huì)大大提高，一旦出現(xiàn)火星或者溫度升高就很容易導(dǎo)致火災(zāi)，且大火會(huì)快速充斥整個(gè)建筑物內(nèi)部空間，短時(shí)間內(nèi)造成大量的人力和物力損失。因此，長(zhǎng)期以來消防部門一直將遍布懸浮粉塵的工廠車間、實(shí)驗(yàn)室、倉庫等作為重點(diǎn)防范對(duì)象，要求配備專門的防火設(shè)備，且要求責(zé)任人定期排查消防隱患，防患于未然。一般而言，雖然這些場(chǎng)所配備了防火預(yù)警設(shè)備，但由于空氣中的浮塵會(huì)降低室內(nèi)的亮度等，處于這種場(chǎng)景中的防火設(shè)備性能會(huì)下降，容易發(fā)出錯(cuò)誤警報(bào)，不能很好地達(dá)到消防目的。為了解決這個(gè)問題，可以加強(qiáng)防火預(yù)警系統(tǒng)中的相關(guān)軟件，讓系統(tǒng)能夠識(shí)別經(jīng)常性的浮塵環(huán)境，并自動(dòng)更改參數(shù)以適應(yīng)環(huán)境，能夠更加靈活地監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)部的情況。

3 系統(tǒng)平臺(tái)拓展性分析

該防火預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)的拓展性主要通過兩個(gè)方面展現(xiàn)，一是設(shè)備層的可拓展，二是系統(tǒng)集成的可拓展。本系統(tǒng)的設(shè)備層在設(shè)計(jì)時(shí)不僅滿足了目前高層設(shè)備防火監(jiān)測(cè)的需要，還為系統(tǒng)未來的智能化預(yù)留了空間，有助于系統(tǒng)的升級(jí)。隨著科技的發(fā)展，還可以增加智能煙感軟件、視頻監(jiān)控軟件等。在系統(tǒng)集成的拓展性上，該系統(tǒng)采用了SOA設(shè)計(jì)原則和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)警平臺(tái)，形成松耦合模式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯、應(yīng)用邏輯和數(shù)據(jù)邏輯的分離，能夠滿足消防預(yù)警的多樣化需要，同時(shí)使得數(shù)據(jù)滿足實(shí)用性和開放性原則，拓展系統(tǒng)平臺(tái)的使用范圍。該消防預(yù)警系統(tǒng)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)，各模塊既相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立，能夠獨(dú)立地開展工作，集合成一個(gè)統(tǒng)一的整體。另外，該系統(tǒng)配備了可開放接口，方便其他系統(tǒng)的接入，能夠和其他系統(tǒng)共享信息，實(shí)現(xiàn)資源的整合，既能提高消防預(yù)警的工作效率，也能避免消防部門機(jī)構(gòu)冗雜。

高層和超高層建筑物內(nèi)部的情況較為復(fù)雜，具有特殊性，開展防火預(yù)警工作更為困難，為了方便建筑物后續(xù)的維護(hù)和消防系統(tǒng)的升級(jí)，本文提及的防火預(yù)警系統(tǒng)更具延展性，專門為高層建筑而設(shè)計(jì)，更具有針對(duì)性，使用在高層和超高層建筑中能夠更好地發(fā)揮性能，有效抑制火災(zāi)的產(chǎn)生和發(fā)展，幫助建筑內(nèi)部的人員疏散，同時(shí)系統(tǒng)配備的各種硬件設(shè)置可以自動(dòng)進(jìn)入滅火模式采取應(yīng)急措施，阻止火災(zāi)蔓延，為消防員爭(zhēng)取更多的救援時(shí)間。但是，目前在超高層建筑的火災(zāi)防控工作中存在一系列困難，例如，使用單位較多，人員集中且流量大;存在大量的豎向通道，它們會(huì)形成巨大的“煙囪”效應(yīng)，使得火災(zāi)迅速蔓延;疏散距離長(zhǎng)，疏散極度困難;由于建筑高度高，消防水池和水箱的儲(chǔ)水量難以滿足高載荷火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的使用等。因此，超高層建筑火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制應(yīng)根據(jù)自身消防特點(diǎn)設(shè)定，目前，我國在此方面的基礎(chǔ)理論、實(shí)用技術(shù)研究等都存在一定的不足，這是未來的研究方向。

4 結(jié)語

綜上所述，高層建筑在現(xiàn)代城市中越來越常見，我國相當(dāng)一部分的居民住宅都是高層建筑。由此可見，高層建筑的防火與人民群眾的利益緊密相連。但現(xiàn)有的防火預(yù)警系統(tǒng)還存在一些設(shè)計(jì)上的不合理之處，具有一定的安全隱患，無法滿足現(xiàn)代高層建筑的防火需要。為了增強(qiáng)高層建筑消防預(yù)警系統(tǒng)的有效性，本文引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在汲取傳統(tǒng)防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種新型高層建筑防火預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅在系統(tǒng)架構(gòu)方面做出了改進(jìn)，還對(duì)該系統(tǒng)使用的軟件和硬件進(jìn)行了升級(jí)，以便更好地監(jiān)測(cè)建筑物內(nèi)部的情況，發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)跡象時(shí)系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將信息傳達(dá)給監(jiān)測(cè)中心，便于消防部門快速展開救援，降低人財(cái)物的損失，為人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供保障，促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定與繁榮。

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中圖分類號(hào)：TU976.5DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2202-5640-1016作者簡(jiǎn)介：胡波（1970—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娮庸こ獭?/p>