基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的污水處理廠消防安全監(jiān)管系統(tǒng)

杜艷麗

（中鐵建發(fā)展集團(tuán)（天津）水務(wù)有限公司，天津 300000）

0 引言

自改革開放以后，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展。城市化進(jìn)程迅速加快，城市人口密度不斷上漲，污水處理廠的數(shù)量、工作量均在逐年遞增，伴隨而來的生產(chǎn)安全事故數(shù)量也在逐年上升。2020 年阜新氟產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)污水處理廠發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，造成3 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失近600 萬元。雖然，污水處理廠的消防安全管理工作的重要性日益彰顯，但群眾消防意識(shí)還比較淡薄，基層管理人員監(jiān)測(cè)方法還落后，可用的消防資源也比較有限，領(lǐng)導(dǎo)層的監(jiān)管不到位，消防設(shè)備設(shè)施沒有得到有效的監(jiān)管，很多消防隱患不能被及時(shí)排查處理，種種原因?qū)е孪拦芾砟Ｊ竭€停留在較為傳統(tǒng)管理階段，處于被動(dòng)應(yīng)付的境況[1]。

1 污水處理廠火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

1847 年，全球第一臺(tái)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的發(fā)送裝置在美國(guó)研究成功，并被用于城鎮(zhèn)安全建設(shè)中。19 世紀(jì)末，英國(guó)最早將金屬受熱膨脹的原理運(yùn)用到溫度感知元件，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)的報(bào)警。到了20 世紀(jì)80 年代后，用于火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的智能探測(cè)、智能監(jiān)控和抗干擾的算法也陸續(xù)問世，極大提升了火災(zāi)探測(cè)的精準(zhǔn)度。20 世紀(jì)90 年代，國(guó)外已經(jīng)研制出火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，多方面聯(lián)網(wǎng)控制，多維度協(xié)同預(yù)防火災(zāi)發(fā)生[2]。目前，部分發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)將城市監(jiān)控系統(tǒng)接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警平臺(tái)，可通過視頻識(shí)別技術(shù)直接判斷火災(zāi)的發(fā)生，一旦接到火警，也能迅速調(diào)出報(bào)警場(chǎng)所附近的監(jiān)控錄像，對(duì)了解火災(zāi)情況以及后續(xù)的火警處置提供幫助，能有效地將火災(zāi)扼殺在萌芽中。對(duì)比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展起步相對(duì)較晚，直到實(shí)行改革開放后，20 世紀(jì)70 年代末期才開始了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)。到了20 世紀(jì)90 年代后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警取得了飛速的發(fā)展，逐步地縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。2005 年，我國(guó)研發(fā)出多信息火災(zāi)報(bào)警聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將火災(zāi)探測(cè)器的信息傳遞至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行多信息動(dòng)態(tài)監(jiān)控，消防設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)控，信息查詢以及故障查看[3]。

從整體發(fā)展趨勢(shì)上來看，火災(zāi)報(bào)警技術(shù)發(fā)展分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)大多是多線型方式組成，可靠性較差，很容易出現(xiàn)漏報(bào)誤報(bào)的情況。第二個(gè)階段是總線型系統(tǒng)，此系統(tǒng)大多以微處理器控制，出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好參數(shù)，無法更改其探測(cè)靈敏度[4]。第三個(gè)階段是智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，充分運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算技術(shù)，可隨時(shí)更改底層探測(cè)器的靈敏度以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，提高系統(tǒng)的探測(cè)精準(zhǔn)性。

2 污水處理廠消防安全管理系統(tǒng)存在的問題

當(dāng)下，污水處理廠的安全管理系統(tǒng)較為傳統(tǒng)，日常運(yùn)行過程中存在許多問題，主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：

2.1 污水處理廠領(lǐng)導(dǎo)和員工缺乏消防安全意識(shí)

在企業(yè)中，上至領(lǐng)導(dǎo)層，下到底層員工，甚至消防管理人員均缺乏主動(dòng)獲取消防知識(shí)的意識(shí)，群眾消防安全意識(shí)淡薄。大多數(shù)人抱著不可能發(fā)生火災(zāi)的僥幸心理，認(rèn)為消防安全全是消防隊(duì)的職責(zé)，忽視自身對(duì)消防安全知識(shí)的學(xué)習(xí)。領(lǐng)導(dǎo)和員工缺乏消防安全意識(shí)，以致火災(zāi)隱患滋生，增加了企業(yè)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，在遭遇火災(zāi)時(shí)，無法科學(xué)自救，最終釀成大禍。

2.2 污水處理廠對(duì)消防安全重視程度不夠

企業(yè)一味追求經(jīng)濟(jì)效益，忽略安全管理，大多數(shù)的消防設(shè)施均是擺放，得不到及時(shí)維修保養(yǎng)，很多時(shí)候僅是被動(dòng)應(yīng)付消防隊(duì)的例行檢查，更有甚者寧愿接受消防隊(duì)處罰也不愿提高自身消防安全水平。對(duì)于可能存在消防隱患視而不見，有些企業(yè)違規(guī)搭建，使得原有建筑物的消防安全布局發(fā)生改變，甚至違反規(guī)范要求改變?cè)薪ㄖ氖褂眯再|(zhì)，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)積聚增加，極大可能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2.3 污水處理廠基層消防工作人員專業(yè)素質(zhì)低

消防安全管理投入低，忽視基層消防工作人員的技能培訓(xùn)，專業(yè)素質(zhì)低下。大多數(shù)的基層消防工作人員能力有限，不具備相關(guān)資質(zhì)，這一人為因素加大了安全管理的難度。

2.4 污水處理廠缺乏系統(tǒng)性信息化管理

污水處理廠在進(jìn)行安全管理時(shí)由于個(gè)人的原因，很容易造成紙質(zhì)數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確、消防設(shè)施巡檢不到位、缺失和損壞處置不及時(shí)等情況，以致不能準(zhǔn)確反映消防系統(tǒng)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)。

2.5 污水處理廠缺乏消防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與提前預(yù)警

現(xiàn)階段社會(huì)上使用的絕大多數(shù)消防系統(tǒng)僅可以在發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)提醒工作人員隱患的具體位置及類別，卻無法對(duì)該消防隱患的具體等級(jí)進(jìn)行判斷，無法根據(jù)已記錄的數(shù)據(jù)匯總情況對(duì)工作人員提前預(yù)警[5]。

3 用戶角色需求分析

3.1 超級(jí)管理員

超級(jí)管理員是系統(tǒng)的研發(fā)人員。

3.2 管理員

污水處理廠內(nèi)權(quán)限最高的賬號(hào)，可配置人員，更改人員權(quán)限。

3.3 安全管理人

使用平臺(tái)查看污水處理廠的消防設(shè)施運(yùn)行狀況；并且可以發(fā)布消防設(shè)施巡查，設(shè)備維保等任務(wù)，發(fā)布隱患排查任務(wù)。

3.4 巡查維保人員

負(fù)責(zé)日常消防設(shè)施的巡查任務(wù)、設(shè)備維保、異常狀況排查。

3.5 單位員工

單位員工在平臺(tái)上學(xué)習(xí)基礎(chǔ)消防知識(shí)、防火常識(shí)、滅火技能、疏散逃生技巧；同時(shí)員工可將辦公場(chǎng)所發(fā)現(xiàn)的火災(zāi)隱患或安全管理建議發(fā)送到云平臺(tái)中。

4 安全監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

4.1 安全性原則

1）網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。某污水處理廠安全監(jiān)管系統(tǒng)，擬實(shí)現(xiàn)的消防安全監(jiān)督管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)傳輸過程設(shè)計(jì)采用電信NB-IoT、電信有線寬帶網(wǎng)絡(luò)。

2）云主機(jī)安全。云主機(jī)是一種簡(jiǎn)單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計(jì)算服務(wù)，具有自助管理、數(shù)據(jù)安全保障、自動(dòng)故障恢復(fù)和防網(wǎng)絡(luò)攻擊等功能。

3）用戶使用安全。實(shí)施多重身份驗(yàn)證機(jī)制，不再簡(jiǎn)單的使用普通的賬號(hào)密碼登錄，要同時(shí)支持基于PKI/CA 數(shù)字證書和用戶名/口令身份認(rèn)證方式，可以單獨(dú)使用也可組合使用，組合使用能較大程度的增加登錄安全性。

4）數(shù)據(jù)安全。針對(duì)不同目標(biāo)系統(tǒng)根據(jù)對(duì)主機(jī)所承載的應(yīng)用進(jìn)行專業(yè)的安全評(píng)估，并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)陌踩渲谩?/p>

4.2 穩(wěn)定性原則

系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性體現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選擇、設(shè)備安裝位置的準(zhǔn)確性、合理的組網(wǎng)方式、成熟的軟件平臺(tái)架構(gòu)以及合理的應(yīng)用功能業(yè)務(wù)流程。

為保障本項(xiàng)目物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，傳感器硬件選型都具備以下原則：

1）設(shè)備基于國(guó)際、國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研制，具有良好的兼容性；

2）具備先進(jìn)的功能和性能指標(biāo)，滿足系統(tǒng)建設(shè)的應(yīng)用需求；

3）具備高可靠性，保障政務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行；

4）具備良好的可擴(kuò)展性能，保證在3 ～5 年內(nèi)不會(huì)過時(shí)。

采用成熟的軟件平臺(tái)架構(gòu)，使得軟件平臺(tái)建設(shè)中功能模塊能滿足應(yīng)用功能的穩(wěn)定性、時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

4.3 先進(jìn)性原則

平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)植入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等前瞻性技術(shù)，以滿足先進(jìn)性原則。

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式處理技術(shù)，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)，消防巡查人員能得到即時(shí)的移動(dòng)端信息支持，在巡查維保過程中能實(shí)時(shí)查看消防設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、視頻監(jiān)控信息、巡檢狀況、故障報(bào)警情況、告警處置信息等，將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到日常消防安全管理中，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)消防工作的高效智慧管理。

4.4 可持續(xù)性原則

平臺(tái)功能的易操作性體現(xiàn)在應(yīng)用功能業(yè)務(wù)流程適應(yīng)于污水處理廠日常消防安全管理流程。明確用戶角色，圍繞不同的用戶角色，基于使用場(chǎng)景對(duì)軟件的各個(gè)大大小小相關(guān)的需求特性，統(tǒng)計(jì)分類用戶日常的使用場(chǎng)景類別，分析用戶對(duì)于各個(gè)應(yīng)用功能的使用頻率。從易操作的角度出發(fā)，在對(duì)需求特性進(jìn)行場(chǎng)景分析的時(shí)候，需要重點(diǎn)關(guān)注功能特性對(duì)易用性的特定要求，例如需要給用戶呈現(xiàn)哪些信息，所呈現(xiàn)信息的要求，需要執(zhí)行哪些特定功能等。

5 安全監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

5.1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

通過用戶傳輸裝置將建筑內(nèi)原有傳統(tǒng)的消防自動(dòng)報(bào)警控制主機(jī)上的信息上傳至監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)消控主機(jī)傳輸信息集中管理。

圖1 為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)頁面，通過安裝用戶傳輸裝置將消防自動(dòng)報(bào)警控制主機(jī)的報(bào)警信息上傳至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)告警。

圖1 污水處理廠火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警頁面

5.2 智慧消防水系統(tǒng)

在污水處理廠消防水箱部署水位監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水箱的液位變化；在消防栓上安裝水壓監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)獲取消防栓水壓狀況；在消防噴淋系統(tǒng)管網(wǎng)最不利點(diǎn)安裝末端水壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)噴淋管網(wǎng)壓力是否符合規(guī)范要求。

實(shí)時(shí)上傳消防水箱水位、室內(nèi)外消防栓壓力、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力信息，對(duì)這些均設(shè)置安全閾值，當(dāng)超出規(guī)定安全閾值將自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息，并向平臺(tái)推送告警信息，平臺(tái)可隨時(shí)查詢各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前狀況、是否存在異常狀況，以及一段時(shí)間內(nèi)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓水位變化，輔助消防管理。

5.3 無線煙感、溫感、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在污水處理廠中煙感和溫感缺失部位增補(bǔ)無線煙感、溫感監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)必要的場(chǎng)所安裝可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水處理廠中的煙霧濃度、溫度高低、可燃?xì)怏w濃度等信息，并對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)設(shè)置相應(yīng)的安全閾值，若發(fā)現(xiàn)超過安全閾值的情況或出現(xiàn)異常數(shù)值變化，將及時(shí)向平臺(tái)發(fā)出告警信息，及時(shí)進(jìn)行故障排查。

5.4 視頻信息聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的消防安全監(jiān)管系統(tǒng)與污水處理廠現(xiàn)有的視頻監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)廠區(qū)內(nèi)所有區(qū)域的視頻監(jiān)控統(tǒng)一查看。重點(diǎn)查看疏散通道和消防通道的視頻情況，若存在監(jiān)控盲區(qū)應(yīng)及時(shí)新增監(jiān)控探頭，保證污水處理廠內(nèi)人員能安全疏散出來、外部消防車輛順利進(jìn)出。系統(tǒng)兼具實(shí)時(shí)監(jiān)控、不安全行為監(jiān)測(cè)、不安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)、在崗分析和輔助疏散等功能。

6 小結(jié)

本文以污水處理廠為研究對(duì)象，分析了污水處理廠現(xiàn)有安全管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了污水處理廠的安全監(jiān)管管理系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)安全管理工作存在的監(jiān)管不到位、不全面、人員管理困難等問題。