基于物联网技术的上海地铁车站智慧消防建设
2022-07-20上海电科智能系统股份有限公司王凯
上海电科智能系统股份有限公司 王凯
对上海地铁智慧消防试点建设进行了研究，报告了智慧车站与车站智慧消防在架构、接口的功能关系，并剖析了物联网技术在智慧消防建设中在信息感知、网络架构、功能应用方面的应用；分析了结合上海地铁线网中心建设现状的线路控制中心级及线网控制中心级智慧消防建设的系统架构设计方案；论述了BIM 技术在智慧消防建设中的应用前景的情况。
近年来，物联网技术的应用给传统监控技术带来了新的发展；同时，在消防监控领域，主要监管部门在消防安全监督管理工作方面做出更加严格的安全管理要求，提出在消防安全监督管理工作中融入联网技术，让物联网技术在火灾防控、现场消防管理工作中发挥积极作用；利用物联网技术，实现消防安全监督管理方面的全面智能化，提高管理效率，提高消防“预警”能力、提升灭火战斗力、提升社会综合防火水平。
本文结合上海地铁2 号线徐泾东站、17 号线诸光路站的车站级智慧消防试点项目建设情况，对整体系统架构进行梳理分析；同时基于上海地铁目前的线网控制中心建设现状对线路控制中心级及线网控制中心级的智慧车站平台建设进行了架构方案设计；并对车站级的智慧消防系统试点项目中的相关功能及新技术的应用进行了介绍。
1 地铁消防物联网技术应用
传统的消防监控系统一般在设计和使用时都存在一定的局限性，过于依赖使用场所，或依赖于人工监管，物联网技术在消防系统方面的应用主要是通过条码、感应器、射频识别等传感器设备实时采集消防设施的各种数据，同时通过无线传输技术与互联网形成网络。地铁车站消防物联网，是利用物联网的感知以及平台技术采集车站消防设施设备状态信息，实现火灾监控报警及应用的物联网。该消防物联网的建设将为提高整个地铁火灾防控能力、应急处置能力提供有力的技术支持与保障。这是实现智慧消防的关键一步。
消防物联网在系统架构上可以由感知层、网络层和应用层三部分组成。其中，感知层和网络层需要以实体网络平台为基础，信息应用可以在虚拟网络平台上实现。地铁消防系统建设在管理架构上可以由车站级火灾监控平台、线路控制中心级火灾监控平台及线网控制中心级火灾监控平台三级组成，由各级数据中心统一负责信息处理与保存，构成综合型的地铁消防物联网平台；各级消防信息数据应用部门可以从消防物联网管理中心的数据平台获取相关数据信息，从而实现对各类消防信息的管理、应用。
1.1 车站级火灾监控智慧消防
在上海建设智慧城市的进程中，上海地铁也积极推进智慧地铁的建设。其中，智慧车站是智慧地铁建设的关键节点，结合智慧车站的建设也积极开展了车站智慧消防的建设。选取上海召开的中国国际进口博览会重点保障车站的2 号线徐泾东、17 号线诸光路，试点进行了车站级智慧消防建设。
本次车站级智慧消防试点采用两站一线系统架构，即将2 号线徐泾东站、17 号线诸光路站分属两条线路的车站信息进行统一集成，实现两站一线集中消防设施设备状态实时监控及联动处置。
在车站原有机电设备监控系统的基础上，在消防风系统中增加的末端风量物联网传感器、在消防水系统中增加用于实时监测消防水压的物联网传感器、同时进行开闭状态监测。通过边缘计算、物联网技术实现消防系统健康度分析。平台通过SVG、BIM 等技术将车站火灾工况下（火灾模式、电梯降层、火灾广播、门禁释放等4 种）系统联动情况、消防重点设备（事故风机、通风系统中回排风风机、空调新风机、组合空调风阀、电梯、扶梯、消防门禁、消防水系统中压力、阀门、末端试水等设备启停监视、设备故障、通信状态、阀值监视等设备运营综合状态）、正常及火灾情况下工况执行对比立体综合展示。最终通过车站火灾工况下，主动推送显示车站火灾预案、车站火灾工况下客运组织布置、车站相关人员岗位职责。智慧消防系统主要实现以下功能：
（1）通过虹桥火车站将诸光路与徐泾东数据链路打通，实现两站一线集中消防监控。
（2）智能消防传感装置综合应用平台展示。
（3）车站火灾工况相关系统联动、消防重点设备集中监控。
（4）车站发生火灾工况后，页面自动显示对应火灾模式号、AFC 落杆联动信号触发情况。
（5）PA 火灾广播开启情况、ACS 门禁释放情况。
（6）车站正常及火灾工况智能对比分析展示
（7）车站正常情况下，显示车站正常通风模式。
（8）车站火灾情况下，显示车站火灾工况情况。
（9）车站火灾工况下，处置流程、运营组织、客流疏散监控等综合预案推送。
（10）车站火灾工况下，主动推送显示车站火灾预案、车站火灾工况下客运组织布置、车站相关人员岗位职责。
如图1 所示结合智慧车站建设，推进车站智慧消防有以下主要优势：
图1 车站级智慧消防架构Fig.1 Station-level smart fire protection architecture
（1）最大程度上将前端智能设备复用（比如高清摄像机、智能手持终端）减少采购成本及施工工期。
（2）通过正常运营及火灾场景运用切换、不同算法运用减少开发成本及工期。
（3）通过统一平台进行集成开发，实现操作人员集中监控。
通过火灾火眼火情识别系统、WiFi、视频等客流感知设备、视频、高精度室内定位技术、智能手持终端的运用实现车站火灾情况下客流密度、路径、疏散方向等实施监控及智慧消防系统面向车站运营人员的任务发布及人员布岗，最终实现面向消防设备的全方位监控、面向车站管理的辅助性决策、面向事件的共治式联动智慧消防系统。
1.2 线路控制中心级及线网控制中心级智慧消防火灾监控
上海2020 年已完成蒲汇塘C3 控制中心建设，各运营线路监控系统已陆续由原线路控制中心接入C3 集中控制中心，系统中包括了火灾报警系统，火灾报警系统可以满足智慧消防对数据的需求。可以通过在C3 建设线网级智慧消防平台，负责所有线路火灾有关信息的集中监控，通过数据摆渡至管理网侧将消防相关的信息进行存储与应用。包括建筑消防系统的设计、施工、检测、验收、维保、日常消防监督、消防产品证后监督等工作均可在平台上进行；同时还可以给消防救援提供直接的数据信息支持；并且可以通过此平台对接上级消防平台，实现数据同步共享，火情快速响应。
如图2 所示依托C3 线网平台建设，推进线网智慧消防有以下主要优势：
图2 线网级智慧消防架构Fig.2 Network-level smart fire protection architecture
（1）C3 线网平台建成后已涵盖所有线路有关消防的设备信息，统一汇总集中开放消防有关界面可最大程度减少项目投入及开发周期。
（2）可利用C3 新建智慧消防平台集中统一监控所有地铁线路、消防报警及火灾情况。
（3）相关数据摆渡至管理网后，可利用信息化平台建设综合大屏综合展示所有线路汇总消防情况，同时结合物资台账统计进行信息化开发。
（4）管理网系统可以连接公网外部平台，同步共享发布有关信息。突发情况下，实现地铁车站消防与城市消防系统应急联动、极大提高疏散救援效率。
本方案中的管理网侧系统架构基本确定为申通信息中心虚拟数据中心模式，灵活多样，充分满足各类系统集成厂商对于系统平台服务与硬件搭设需求。厂商均可按自身系统需求获取虚拟信息中心硬件及网络资源。当然可能最典型的应用，还是以地铁线路为基本单元，负责日常管理和消防服务工作。
综上，这种系统模式应该是投入最少、见效最快、系统灵活度、适用性、可拓展度最高的地铁智慧消防搭建模式。能最高效的将现有地铁车站有关消防的信息进行互联监控同时将地铁与市级消防系统进行网络互联、实现突发情况下的应急联动、提高事故处置效率。
1.3 BIM 技术应用
BIM 技术是以项目中的各相关信息数据为基础，建立建筑模型，并通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。
借助BIM 技术，消防系统与建筑之间将会有更多的关联信息提供给我们的消防专业人员使用。针对建筑运行状况进行智能化监测，当发现异常情况时能及时发出警报，从而实现火灾预防在平台上不但可以看到建筑物的三维模型，还能看到消防设施设备的位置，消防设施设备的生产厂家、编号、完好情况等详细信息。
据有关研究，地铁车站电气火灾事故占地铁火灾7 成以上，但是这些电气火灾都是有前兆的，漏电、短路、超负荷、温度升高都会提前表现，但是肉眼是无法看到的，智慧消防就是运用技术手段，实时监测电气设备的相关参数，并上传到消防云平台，实现大量电气设备的实时监控，彻底根治电气火灾，最终实现车站电气火灾早起预警。
智慧消防的BIM 应用，每个消防设施的名称型号位置等相关参数都会直接录入系统，并贴上数字标签，有的设施可采用无线物联网在线实时监控，例如现在的消防新科技：利用车站无线网络、无线水位水压探测器、物联网消防栓，都可以实现对消防水系统的实时监控，为消防救援提供全方位信息支持。
运用BIM 技术对提升消防设计、施工验收、消防安全管理的精细水平都有很大的帮助，BIM 技术在消防领域将得到更加普遍的运用。
2 结语
智慧消防的建设应通过广泛的建设消防物联网，然后逐步完善智慧应用功能。在消防物联网建设中，需要规范接入设备的数据格式及协议，建立统一标准，基于统一的标准将有力的推进智慧消防的全面建设。
引用
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