大型综合性博物馆防盗报警系统设计

文｜宁波三维技术有限公司 朱云海

大型综合性博物馆防盗报警系统设计

文｜宁波三维技术有限公司 朱云海

本文以某博物馆安防工程为例，系统地介绍了大型综合性博物馆防盗报警系统的设计思路及系统主要设备的选型。

博物馆 安全防范 防盗报警

1 概述

某博物馆是以展示人文历史、艺术类藏品为主，具有地域特色的综合性博物馆；建筑主体三层，局部五层，总建筑面积超过30000m2，工程总投资达2.5亿元；根据《文物系统博物馆风险等级和安全防护级别的规定》（GA 27-2002）规定属二级风险单位，但安全技术防范工程按一级防护要求进行设计。

从一级风险博物馆安全保卫实际需求的角度来看，防盗报警系统是安全技术防范系统的核心，也是安全技术防范系统“三要素”（探测、延迟、反应）的最根本的技术保障。设计合理、功能可靠的防盗报警系统，是预防和阻止犯罪、避免损失的重要技术手段。

2 系统设计目标

该博物馆的防盗报警系统，要求把防盗、监听、监视、通信等集为一体，成为有综合防范能力的现代化的安全防范系统，要保证具有充分的先进性、可靠性和实用性，要最大限度地少误报，无漏报，以确保藏品和人员的绝对安全。

从服务于文物系统一级防护的要求出发，该博物馆安防系统方案的设计严格遵循国家《文物系统博物馆风险等级和安全防护级别的规定》（GA 27-2002）、《文物系统博物馆安全防范工程设计规范》（GB/T 16571-1996）、《安全防范工程程序与要求》（GA/T 75-1994）以及《安全防范工程技术规范》（GB 50348-2004）中的4.2部分，即“文物保护单位、博物馆安全防范工程设计”的最新规定，结合对该博物馆的现场勘察，以及对国内类似博物馆的现场考察和设计施工单位及器材商对系统的介绍，依照“系统先进、功能齐全、稳定可靠、操作简便、维修方便”的原则，采取整体设计，分块、分步实施的方法，对整个博物馆馆区进行了防范区域的划分，以多层纵深安全防范的概念将防范区域划分为最外层监视防范区域、中间层防护防范区域、内层禁区；以禁区为重点，综合运用报警、监控、图像复核、声音复核、门禁等多种防范技术对各重点部位进行全方位防护，将该博物馆安全技术防范系统中的防盗报警系统设计成为一个可靠的，技术综合的，多层纵深安全防范体系，以确保实现馆藏文物安全的设计目标。

3 系统设计

系统主要由前端报警探测器、信号传输通道、防盗报警主机、联网报警通信主机以及联动设备等组成，如图1所示。

3.1 前端报警探测器分布

报警探测器是由传感器和信号处理器组成，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。报警探测器是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。

根据该博物馆的特点，前端报警探测器的分布应遵循纵深防护体系的原则——首先要建立周界防范，然后是监视区、防护区和禁区，形成多道防线。这些防区和防线不是摆设，其建设也不是器材堆砌，而是要采用不同的探测技术组成多重防护阵线。该博物馆防盗报警系统纵深防护体系由三层防范区域、四道防线组成。

（1）第一层防范区域——“监视区”防范区域

该博物馆作为新建的博物馆，在规划建设时采用通透式、开放式设计，人防和物防的难度相对较大。因此，其安防系统设计在尽可能加强物防的前提下，结合博物馆的外围结构特点，设计了外周界技术防护，为完善纵深防护体系、感知风险事件提供前沿保障。外周界防护主要选用的设备有：主动红外探测器、振动电缆、磁辐射感应电缆、电网等。视频报警设备也可作为外周界防护设备使用。

（2）第二层防范区域——“防护区”防范区域

将该博物馆各展厅内的展柜外观众参观走动区域及进出口定义为“防护区”防范区域。按照国家文物一级风险等级的要求，在这一防范区域内设置应用三种不同探测技术的探测器，并使之覆盖交叉。用来组成系统的探测器，除了被动红外探测器外，目前广泛使用的有微波探测器、主动红外对射探测器、玻璃破碎探测器、压力探测器、门磁开关探测器、紧急按钮探测器、震动探测器、超声波驻波探测器等。

在该防范区域内，除采用三种以上的探测器以外，还需引入与各探测器一一对应的声音、图像复核手段，并在报警系统启动时联动现场的灯光，辅助图像的摄取（平时夜间留有监控中心可控的，满足图像摄取基本要求的灯光）。在非报警时也可打开现场报警联动灯光，以巡检各展览馆内的情况。

在该防范区域，构建起一个以多重探测器防范的防盗报警为主导，图像/声音复核为保证，监视/监听为辅助的技防体系，同时在物理防范上广泛采用防盗门窗，以阻止和延缓强力破坏式的入侵。

（3）第三层防范区域——“禁区”防范区域

根据该博物馆馆区的具体情况，将各展厅内的展柜、展柜背后的通道、文物藏品库房、中心控制室等定义为“禁区”。在禁区内展示纸质、绢质文物的展柜里禁用微波探测器（微波会对其造成损伤）；在禁区内的展柜密封性不好的情况下，尽量不采用超声波驻波探测器（容易产生误报）；大量采用24小时防范的报警探测器，并结合门禁系统的管理对工作人员在禁区的进出进行严格管理。同时，采用物理防范手段（如采用防弹玻璃、防护玻璃）以确保文物的绝对安全。

（4）第一道防线——周界防护

采用符合环境要求的周界报警探测器，在外周界和重点防护区域（总控室、展厅及库房）外围设防，构成一条周界防线，使其发挥触觉作用（一旦入侵者闯入，便触发报警）。其报警信号不仅可告知值班人员有警情出现，还可自动启动该防区的监听、摄像、录音和录像设备，为寻查跟踪罪犯和取证提前做好准备，从而起到预警的作用。

（5）第二道防线——部位防护

在展厅及要害部门的门、窗、通道及薄弱部位（通风口、天井、天窗、天花板检查口和楼顶通道等）安装适合不同部位特点的报警器，有效地控制出入口，形成第二道防线。一旦入侵者强行通过，报警器即触发报警，不仅可以使值班人员对警情进一步确认，而且可以为堵截擒拿入侵者提供明确的方位信息。

（6）第三道防线——空间防护

在展厅和要害部门的室内空间，安装适量的、适合空间防范的报警探测器，全面、立体地控制室内空间，构成第三道防线。当入侵者在室内作案时，通过空间报警器发出的不同方位的报警信号，就可以确定其活动范围及奔向的目标；借助现场的监听、摄像、录音和录像设备，可适时地将入侵者在现场的活动及其作案手段记录在案，以获取罪证，同时为采取坚决手段予以捉拿提供支持。

（7）第四道防线——展柜防护

为展厅的展柜安装与展柜特点相适应的报警装置。在展览过程中，一旦发生展柜破损或人手接触柜内的情况，报警装置即在现场触发报警，威慑罪犯，同时帮助现场值班人员及时发现警情，采取有力措施处置，以确保展柜内文物的安全。

3.2 信号传输

系统采用美国Honeywell公司的VISTA-250总线制报警主机，以总线方式进行报警信号的传输。前端探测器与总线扩展模块之间的信号传输线路采用星型接法，探测器的电源由每个区域集中供应。对于不定位展柜的防护，其探测器与总线扩展模块之间的信号传输可选择性地采用无线方式，用无线发射和接收设备进行接续。控制主机使用RS232方式传送信号至管理中心平台，若区域之间有局域网，可考虑采用RS232转TCP/IP的方式进行连接。

3.3 防盗报警控制主机

系统由于防护区域多，探测形式也有多种，不是一般小型的防盗报警系统，因此对管理提出了更高的要求。基于对各种因素的综合考虑，采用了Honeywell公司的VISTA-250总线制防盗报警系统。

系统使用VISTA-250总线制防盗主机，每个防盗主机可以使用总线扩展的方式控制最多250个防区。VISTA-250防盗主机提供了可用于与电脑联网通信的RS232接口，支持使用报警软件有效地对系统进行集中管理，并提供了目前世界范围内联网报警系统常用的通信协议，为与110系统联网提供可能。

VISTA-250报警系统可提供两种系统集成接口，即提供软件通信协议或提供报警输出信号直接驱动相关设备，可联动视频切换、联动电子地图、打开某一照明设备等。

系统采用总线制的模式，布线简单，安装方便。管理中心平台由计算机统一管理，实时监控防区的状态。

报警软件可显示区域报告的所有详细资料以及具体方位图。报警软件提供二次开发的软件和硬件接口，以供系统集成使用。

3.4 报警信息外送及联网

在公安技防接警网络不断发展和完善的背景下，该博物馆防盗报警系统在设计时，结合当地公安110接警系统的具体要求，以及对报警外送的接口方式及接口设备的考虑，选用了美国Honeywell公司的2316TL/2316LED联网报警通信主机，以实现博物馆防盗报警系统与公安110接警系统的联网。

报警信息外送的方式分为系统自动和值班员手动外送两种。通常宜采用值班员手动外送报警信息的联网方式，这样可以人工过滤掉因前端探测设备误触发、设备故障或误报警等原因产生的报警信息，确保外送报警信息的真实有效性，减少接警中心对接收信息的复核确认，为快速处警争取宝贵的时间。

3.5 紧急事态下的报警

通常情况下，违法人员都是有目标、有预谋地实施犯罪行为；而对于保卫人员而言，盗抢、破坏文物的暴力行为则完全是随机突发、不可预见的。由于这一特点的存在，在进行防盗报警系统的设计时，必须对紧急事态下的报警功能予以考虑。

紧急事态下的防入侵报警根据其传输方式的不同，可以分为有线紧急报警和无线紧急报警。

在设计防盗报警系统时，要考虑在重要区域的主要出入口、展厅内安装隐蔽的有线紧急报警按钮和有线对讲分机，并为值班人员、保安人员配备随身携带的无线紧急报警按钮。一旦出现威胁人身或文物安全的突发事件，通过有线紧急报警按钮、对讲系统或无线紧急报警按钮，即可将险情及时准确地报告控制中心，以便采取有效的应急措施，保护人身和文物的安全。

4 主要探测器设备选型

博物馆的报警可按区域划分成博物馆外的周界防范、博物馆内的小周界防范、展柜防范、重点文物的特殊防范等几部分，应根据各区域不同的防护特点，配置相应的探测设备。

4.1 博物馆外周界防范

博物馆外的周界防范范围大，一般采用长探测距离的报警探测器。周界防范常用的探测器包括主动红外对射、微波对射、主动红外及微波双鉴对射、震动电缆、激光对射探测器等。该博物馆外周界防范采用了日本ALEPH公司的室外200m主动红外探测器。

4.2 博物馆内空间防范

室内报警的主要内容是一些重要通道的安全防护，如门、窗以及空间报警。对应区域必须根据环境来选择合适的探头。

室内报警一般采用被动红外探测器或红外微波双鉴探头。该博物馆采用了以色列EL公司的双鉴探测器EL-1486和被动红外探测器EL-400。这两款产品抗干扰能力强，性能可靠，目前已经在许多博物馆得到使用。

针对室内的窗户和过道，也可以采用幕帘探测器加以防范：如针对一面有几扇窗户的墙，在侧面装一个幕帘探测器（如图2所示），即可在实现防护的同时，有效避免因室内正常活动而误报。

在一些主要的通道或门，以及一些单独的窗户处，不能采取用10m幕墙探测器进行防护，而一种装在顶上的小幕帘探测器CIR-75却能得到很好的应用。该产品采用俄罗斯军工技术，具有耐低温（-30℃~50℃）功能；幕帘的厚度为7度，且可以根据安装需要进行调整；幕墙呈三角形，顶角为70度，高5m，底部宽度为7m。如图3所示。

4.3 展柜的防范

当前博物馆几乎都采用封闭展柜的展览形式，这既是出于对安全方面的考虑，也有对展品自身加以保护的作用；一方面可以尽量地防止盗窃事件的发生，另一方面也可以避免游客无心地对展品造成损害。但是，对玻璃展柜的安全防护难以依靠传统的安防技术得到有效的保证。近几年内全国就出现过多起在博物馆开放期间破坏展柜偷盗展品，甚至公然砸抢展柜中的展品，而防盗报警系统却没任何反应的情况。之所以会出现这种问题，固然有博物馆人为管理失误方面的原因，但最重要的还是因为对有关展柜技术防范的缺失。多维驻波探测器是专门应用于展柜防范的探测器，应用该设备可以有效地解决当前的问题。

多维驻波探测器采用超声波原理，通过发送端发出超声波，使超声波充斥整个密闭空间，形成一个类似于磁场的波场，在这个空间稳定的情况下由处理器分析记录接收端接收到的超声波信号量；当这个环境遭到破坏，如发生展柜玻璃被玻璃刀划开、被打碎等情况时，原本稳定的波场也必将遭到破坏，从而引起接收端信号量的变化——处理器通过对这个变化信号量的分析，即可确定是否应输出报警信号。

对于单个独立全封闭的展柜，在其体积不大于3m×2m×2m的情况下，可使用一个多维驻波探测器进行防护。如图4所示（图中英文字母处为发射或接收模块可以安装的位置。“A-C”为发射、接收直接对接的安装方式，“B-C”、“D-E”、“B-D”、“C-E”为信号反射接收的安装方式）。

对于青铜、瓷器类有一定重量的文物可以采用多维驻波探测器和压力探测器联合防护。

博物馆展柜的宽度和高度一般都在2m×3m的范围内，长度则有很强的不确定性。对于这种长度不确定的展柜，必须根据实际情况进行三种技术相结合的安全防护设计，即采用两个多维驻波探测器（VU-1）、两个玻璃破碎及幕帘探测器（GBIR-1210）进行安全防护。

对于较大型的展柜（长度超过10m），则可以采用图5所示的防护方式。

（1）使用多维驻波探测器（VU-1）对展柜的两端及展柜后面供安放展品用的门进行防护。

（2）使用玻璃破碎及幕帘探测器（GBIR-1210）对正面的玻璃进行防护。玻璃破碎及幕帘探测器的幕帘长度可达10m，其玻璃破碎探测的范围为半径达6m的球型空间，不仅可以对正面玻璃进行安全防护，对侧面的玻璃也可进行安全防护。安装时，如果展柜过长，可以将两个玻璃破碎及幕帘探测器对装，图5所示大型展柜防护就是此种情况。

4.4 重点文物的特殊防范

拉力探测器可以全天候布防，它通过传感器记录挂画的重量；当其发生改变时，利用处理器分析变化量并给出是否报警的指令；探测精度很高（可以精确到克）。

位移探测器也可以全天候布防，它安装在挂画与墙之间，利用挂画对探测器的一个小旗的压力来确定其位置；当小旗发生位移时，根据位移变化量确定是否报警。如图6所示。

对于小型的单幅画，可将CIR-75室内幕帘探测器和拉力、位移探测器联合使用，如图7所示。

CIR-75的幕帘夹角为7度，但是其采用下装的形式，且角度和安装高度可调，安装灵活。此外，CIR-75采用了双元大镜面技术，可抗白光，能够有效地防止因博物馆内灯光干扰而造成误报。

5 主要设备的选用

（1）防盗报警主机选用Honeywell公司最新的商用防盗控制主机VISTA-250BP。该主机可以划分8个子系统，扩展到250个防区；其独特的功能有助于大幅简化施工安装以及最终用户的操作使用。VISTA-250BP加入了创新设计——panel linking，这使得多台乃至多个建筑物内不同的VISTA-250BP主机可以联合应用（最多可实现八台VISTA-250BP连接到一起使用），可在任意主机上对其他主机进行布撤防操作，显示其他主机所辖防区的状态。该主机还可以和门禁、监视系统集成在一起使用，例如搭配VISTAKEY门禁模块以及VISTAVIEW-100小型矩阵系统令其具备报警、CCTV、门禁等系统的综合性能等。图8为采用该主机的报警系统的示意图。

（2）LCD键盘选用Honeywell公司的6160SZ键盘。

（3）网络接口模块选用Honeywell公司的IP-2000模块。

（4）联动模块选用国产的V120DV/RY。V120DV是配合Honeywell公司的VISTA-120/250BP报警主机使用的显示驱动模块，它以接收4100SM串口模块、V120SM串口转换模块或IP-2000的串口输出信号，或者接收VISTA-250主机J8口电平输出信号的信息采集方式工作，提供32路LED显示、电平驱动，并配合V120RY提供继电器输出。图9为报警、联动系统配置图。

V120DV/RY是实现CCTV监控系统与报警系统联动控制及组成电子地图板的基础模块，可以为VISTA-120/250BP主机的每个报警防区提供一个输出端口。

（5）无线接收机选用Honeywell公司的5882AP接收机。

（6）总线模块选用Honeywell公司的两防区模块4193SN和八防区模块4208U。

（7）报警管理软件选用Honeywell公司的IP-Alarm软件。IP-Alarm是一套专门为VISTA-250主机设计开发的接警处理及管理软件，可同时接入多台VISTA-250主机，具有通过串口、网络、公共电话网等多种途径进行接警处理的功能和多媒体警情处理功能。

（8）拉力传感器选用SICURIT公司的SPZ300传感器。该产品的工作原理是传感器牵引挂件，两者互相倚靠；传感器测量设防挂件首次牵引拉力并将其记录下来，在发生取下、剪断设防挂件或换上不同重量挂件的情况时即发出警报——可有效防止赝品置换。

（9）压力传感器选用SICURIT公司的SPZ100传感器。该产品的工作原理是传感器测量并记忆设防物品对其施加的压力，当发生设防物品被移开或换上不同重量物品的情况时即进行报警。

（10）多维驻波探测器采用A&R公司的VU-1探测器。

（11）震动传感器选用A&R公司的SS-2传感器。该产品为文博专用产品，原产于俄罗斯，采用压电陶瓷技术，带有分析仪，耐-30℃低温，具有报警回忆功能，微处理器自检模式可用于金属、木质、纤维质、混凝土等各种表面的防震；可用于保护室内整个墙体表面和最易受攻击部位及其邻近结构；单个或组合安装均可。

（12）幕帘探测器：采用A&R公司的CIR-75探测器。CIR-75采用顶装方式，可以安装在门、窗户之上，灵敏度非常高（伸手就会报警）。其幕帘夹角为7度；由于可以采用顶装方式，其探测范围可以根据现场的需要灵活的调整。CIR-75探测器采用特殊的滤光片，可以防止博物馆内的特殊照明设备，如射灯等造成的误报。

（13）玻璃破碎及幕帘探测器采用A&R公司的GBIR-1210探测器。该产品有广角GBIR-1210W和幕帘GBIR-1210C两种型号，广泛应用于保险、金库、银行、档案馆、博物馆等，以及军事性重要场所（如弹药库）。

（14）室外幕帘探测器采用A&R公司的CT-1探测器。该产品具有防遮挡、防破坏、防剪、防拆等强大的“自保”功能，而且能够真正实现“幕帘”探测效果。此外，它还具有采用双鉴探测技术，抗误报、漏报能力强，可“室内外”、“宽温限”使用的特点。

6 结束语

该项目系统已实际开通运行三年，性能稳定可靠，取得了较好的防护效果。