“智慧消防”在铁路工程的应用与难点探析

2020-01-15王琴陈东东唐瑾

智能建筑与智慧城市 2020年4期

王琴，陈东东，唐瑾

（1.上海倍安实业有限公司；2.安徽恒信正安物联技术有限公司）

【关键字】铁路工程；智慧消防；物联网；应用

1 智慧消防物联网在铁路工程的应用

根据铁路工程设计防火规范[1]，旅客车站、调度中心（所）、区间信号机械室、变电站、机务段、车辆段、动车段（所）、综合维修基地、养路机械段、铁路隧道、地下车站以及商业用房等属于重点监测部位，考虑到调度中心、通信机房等场所在防火方面特殊要求，单独将电气房屋进行独立场所说明，具体监测组网搭建可根据建筑情况混合组网。

1.1 旅客车站

铁路旅客车站是人员密集场所，其消防安全的重要性不言而喻。针对车站候车区、集散厅、售票厅以及固定设置的餐饮、商品零售点等人流聚集的公共区域，通过加装智能物联网采集终端及用户信息传输装置，通过有线或无线通信方式传送到铁路智慧消防平台，实现实时监测判断火灾隐患，并联动火灾自动报警、自动喷水灭火、排烟、防火门等消防系统及电梯、空调等非消防电气设备，做好及时预警、消防联动、紧急预处、有序指引等保障工作，对于地下车站主要加强对出入口、安全通道、消防专用通道以及站台、集散厅等区域的监控，结合视频与图像识别技术确保道路通畅，及时发现消防隐患并预警。一方面加强、加深了防患于未然的能力，另一方面可在发生火警时及时做好应对措施，尽可能营造最有利的消防救援环境。

智慧消防平台同时具有检查、记录、核定消防设施和非消防设备巡检维护情况，以及消防物资、消防人员的在役在岗情况，消防力量实时掌握、分布一目了然，并将相关信息纳入平台大数据实现全面的物联网大数据管理。用户通过智能手机APP 或PC 终端，实时接收到各类消防及机电类设备告警信息并查看相关数据，使用方便、可靠、稳定。平台还开放数据接口对接铁路公安、火警119 等第三方系统，一方面用平台特色的大数据平台进行数据分析，使用3D可视化技术，将原始数据关联原始场景直观的展现，另一方面可实时联动外界资源与力量，保障消防安全、提高管理效率。

1.2 电气设备房屋

铁路电气设备房屋主要是针对铁路各级通信机房、信号机械室及运转室、信息设备用房、调度中心（所）、车辆安全防范预警系统机房和变、配电所，牵引变电所、分区所、自耦变压器所、开闭所以及设备机房、消防控制室等，重点做好各类电气设备消防监测与预警。

此类场所通常设置的消防设施有气体灭火系统、火灾自动报警系统及灭火器。传统消防设备仅能保证该场所内部独立系统的完整性，无法与上级监管部门实现点对点直接通信。若采用物联网消防设备直接联网，将消防设备的实时运行状态传送到统一的智慧消防管理平台，利用极早期空气热释离子监测发现隐患及时处理。如灭火器：从出厂时间到有效期、维保信息、维修记录等均一目了然；报警设备的报警、故障情况；气体灭火装置的压力正常与否等，大大提升了监管力度和工作效率，可第一时间了解到任一消防设备的完整信息。

1.3 厂房（仓库）

对铁路系统的厂房仓库中设置的消防系统可利用RFID 及早期烟雾传感器、大数据、低功耗网络等物联网技术，将消防设备及物资识别、库房环境大空间等动态、高效监管起来，如重要物资的查询定位与一键盘点、危化品的储存环境实时监管、消防隐患分析研判与预警、消防设施应急启动等。

1.4 铁路隧道

铁路隧道距离长、环境差、空间狭小、可视性差，一旦发生火灾人员避难和救援困难，恢复整治时间长、间接损失大、维护和监管极不方便，这也意味着铁路隧道消防设施的安全性能要求越来越高[2]。

按照目前的铁路隧道消防设计，在结构耐火、防塌陷、降低材料燃烧性能等隧道防火设计的基础上，设置气体检测与通风、应急照明、电源监控、信号、通信、防火门、消防栓及自动灭火装置、水幕防火分隔设施、高压细水雾灭火系统、火灾自动报警系统、消防防护装备、消防水带、消防水枪及灭火器（包括超细干粉自动灭火装置及移动式灭火设施）等，规划与设置分隔、救援、疏散和避难应急系统。一方面加强消防和非消防电气设备设施的联网监测，另一方面结合NFC/RFID 等物联网技术确保设备维修巡查到位，实时感知设备的工作状态。现阶段的消防物联网技术主要体现在远程监控系统上，监管中心可以实时采集联网建筑物内的前端感知设备(如感烟探测器、感温探测器等)的报警信息和运行状态信息，第一时间发现损坏设备，包括地理位置、消防设施分布信息、消防设施信息参数以及报警和故障点位信息等，实现对联网铁路隧道消防安全状况的多方位感知和监控，提前发现各种故障隐患。

2 智慧消防物联网在铁路工程中的应用难点

经过研究探索，智慧消防物联网在铁路工程实施过程中仍然存在部分难点。

1）人流密集度高，施工空间及时间受限

智慧消防物联网涉及到对传统消防设施的改造与升级，而在铁路工程的应用中往往存在人流密集度高、施工空间受限、施工时间受限、施工影响范围大、水电条件受阻等困难。

2）电气火灾防控要求高

电气火灾对铁路工程的影响与危害巨大，一方面需重点加强对电气火灾的预防，另一方面需探索高效、安全的电气火灾灭火技术。

3）地下车站及长隧道排烟防控难

地下车站及隧道等一旦发生火灾，具有烟雾大且不易散出、能见度低、疏散困难、结构特殊部分消防设施难以使用等特点，做好排烟防控、高效疏散能够降低人员伤亡。

4）网络覆盖与稳定性不足

尤其是铁路四电和隧道比较常见，如电磁干扰、建筑物屏蔽以及偏远地区因基站设置不到位没有网络信号，导致物联网设备无法正常使用。

3 针对难点的解决方案探析

3.1 新型物联网无线组网解决方案

智慧消防物联网在应用中可采用新型无线组网方式，利用LORA 自组网、NB-IoT 单点部署、蓝牙/NFC/RFID 短距离通信等各种技术融合互补，降低施工难度、稳定网络覆盖。在部署点位密集、人流密集场所、运营商基站覆盖不足的区域等择优选择施工条件较好、中心区域安装LORA 网关，可无线连接覆盖周边2km 范围内上千个左右使用LORA 技术的传感器、采集器等前端物联设备节点。LORA 技术为低功耗无线远距离局域网，不受运营商基站信号覆盖影响，并且无流量使用费等成本。对于部署点位较为分散独立且有运营商网络覆盖的，可选择运营商NB-IoT 新型物联网通信技术，具有独立性强、信号穿透好、功耗低等优点。而涉及消防巡检、消防物资监管等消防维保及消防值班监控等方面时，则可使用蓝牙/NFC/RFID 等短距离通信技术，具有定位准、交互快、效率高等符合工作监管要求的优势。

3.2 智能传感器技术

智慧消防物联网可采用多种智能传感器及检测装置，除应用较为广泛的温度、湿度环境监测，压力、液位消防水系统监测，压差、开关量等排烟与防火分隔系统监测之外，针对电气火灾防控，可通过加装剩余电流探测器、线缆测温探测器、灭弧式短路保护装置、可燃气体探测器等，实现有效防控。

3.3 图形可视化技术

智慧消防物联网可整合BIM 建模、3D 可视化、视频监控、图像识别等技术，更加直观的定位、呈现消防设施的工作与报警状态，以及现场建筑结构、设施分布、现场人员、火灾情况等。发生火灾等事故时可以在铁路工程较为庞大、复杂的建筑结构和空间中尽快定位事故位置，了解位置所在周边环境和当前人流分布情况，掌握就近消防设施部署及实际工作状态，查看各疏散通道是否安全通畅，并可以调阅事故发生前后的现场视频监控画面，更加科学地对现场事故进行判断分析，以便做出合理的应急处置。同时通过对现场的场景模拟、消防系统组态结构分析，旅客、值班客服等非消防专业人士也容易进行简易消防设施操作、当前定位及逃生路线规划，有利于初期火灾扑灭及发生火灾事故后的人员疏散逃生。

3.4 安全隐患预测与评估

智慧消防物联网运用消防安全工程学的原理与方法，以火灾科学的基础原理和火灾风险评估的理论知识为基础，建立火灾风险评估指标体系，在防火防烟能力、疏散能力、灭火救援能力、消防设施工况、消防安全管理等维度下，对铁路工程中的消防安全情况做出定性和定量评价。另外，智慧消防物联网重视消防巡检、维修、保养等工作的开展，要求过程中发现的各类消防安全隐患、故障、事故等及时上报并进行整改，纳入整体消防安全评估体系。同时结合历史数据进行整体分析研判，分别预测风险多发的时间段、设备、行为等，便于针对性制定策略进行整改调整优化，预防为主、防消结合。