高层建筑消防监督管理中物联网技术运用分析

2022-09-06鞠洪杰

工程建设与设计 2022年16期

鞠洪杰

（北京市顺义区消防救援支队，北京 101300）

1 引言

人防、物防、技防是城市消防安全管理工作的三要素，相比于人防物防水平的提升状况来看，有关现代化建筑消防监督管理的“技防”手段并未得到充分重视。而反思传统消防监督管理模式中最大的问题，在于“信息孤岛”效应，为了保证建筑内部的消防安全状态，要投入大量的值守人力成本。但即使是这样，由于缺乏有效的常态化预警机制，导致建筑消防监督管理很难确保不出现管理疏漏点位，在发现火灾事故现象时火势已经发展至一定程度，进而错过最佳扑救时机。

2 高层建筑消防监督管理中物联网技术的作用

2.1 降低人力值班成本

智慧消防平台的建设思路，简单理解就是利用物联网技术作为通信接口，借助先进的传感器技术、云计算技术以及人工智能技术等，将建筑内部的消防监督控制点位信息全部真实地反馈至消防值班室。这意味着无论是企业还是民用住宅小区，都不再需要消防巡逻这种低效耗时的工作方式，这样高层建筑的投资业主或使用者，可以在消防工程设计以及消防设施配置上投入更多的资金与精力，进而提高建筑消防监督管理工作水平。

2.2 提高消防风险预警能力

高层建筑由于内部空间结构复杂且用途多样，给消防安全管理工作带来诸多不便，例如，地下库室、隐蔽狭窄空间堆放了大量的可燃物，为火灾发生创造了必要条件；人员流动性大，导致吸烟区、楼梯走廊等成为建筑失火的高概率场所；电气线路老化、化学危险品管理不当等原因导致的火灾性质复杂；楼层与房间数量较多，不利于确定楼内人员安全疏散状况[1]。而在消防监督管理中应用物联网技术的目的在于通过智能终端、感知设备，第一时间识别发现火灾前兆，为消防疏散以及火灾扑救争取有利时机，将消防安全事故控制在萌芽状态，从而避免火灾事故损失进一步扩大。

2.3 保障消防设施的完好状况

消防设施检查是现代建筑消防监督管理中的一项常态化工作内容，现阶段的普遍做法是由专门委任的消防安全责任人组织消防工作小组到达消防设施的摆放点位逐一检查登记，以确保消防栓、消防喷淋装置、消防水箱等重要消防设施数量齐全、质量完好、功能正常。但这样的巡检制度虽然看似完善合理，实际实施起来却存在两方面的现实困难，其一是消防工作小组内部缺乏监督约束机制，使消防设施检查极容易因登记信息失真而失去实际作用；其二是对消防设施器械管理知识的掌握水平有一定要求，例如，一些耗材性质的消防设施不能通过试用来检查功能质量，而单凭设施产品的外观、重量或其他物性表现来进行经验判断，又有失准确性。因此，需要借助物联网、温度感应技术、红外传感技术或压力感应技术，常态化在线监控消防设施的质量情况，一旦建筑消防设施出现故障工况，可以及时发出告警信息，通知消防值班室及时维护更换，确保火灾发生时可以为现场扑救工作提供当前全部消防设施的所在位置以及状态信息。

3 全场景智慧消防平台中物联网技术的应用

3.1 基于物联网的消防灭火设施

3.1.1 智能喷水灭火装置的安装设计思路

某地安装的智能喷水灭火装置结构如图1 所示。

图1 智能喷水灭火装置的安装示意图

灭火装置中的示数仪表、试验功能的阀门组以及报警器等设备均是通过物联网与值班室的消防信息平台相连。在平日的消防设施检查工作中，主要由压力计、流速计等仪表类元件负责将喷淋装置的运行状态以电子脉冲信号的形式回传给消防值班室的[2]。而在值班室的信息平台上，可以根据设备的所有回传信息来判断灭活装置是否处于故障状态。

在设备安装时需要明确如下技术参数。1）喷头流量

式中，Q为工作喷头的流量，L/min；K为喷头流量系数，该智能灭火装置使用的喷头取K=115；P为喷头工作水压，MPa。

2）流速水平

式中，V为工作喷头所在水力管段的流速水平，m/s；q为管段的单位流量，m3/s；D为水力管段的内径，m。

3）水力降坡

式中，i为工作喷头管道的水力降坡，即每米管道的水头损失，m；V为管道内的平均流速水平，L/min；D为水力管段的内径，m。参考GB 50084—2017《喷水灭火系统设计规范》中的相关规定，最终确认了该喷淋装置的最终技术参数为如下：有效防火面积为137.6 m2；喷淋装置总流量不小于19.63 L/s；管段流速不小于2.48 m/s；水力降坡不大于0.519。

3.1.2 主要实现功能

这样的安装方案下每当遇有火灾发生时，首先由工作喷头执行喷水响应动作，此时由于工作管段在泄水阀的作用下开始逐渐排空，流速计示数开始发生变化。而湿式报警阀由于水压平衡小孔来不及补水，阀瓣的上部与下部会受到不同压力，进而使阀瓣开启，与消防管网建立水力联系。接着消防管网的水除了会流向工作喷头的支管以外，还会严重警报阀下沿的环形槽进入延时器。此时，水力警铃由于感应到内部的水压情况，会打开压力开关并发出告警信息，提示建筑内人员及时从火场撤离。最后，由消防联动控制器启动消防水泵，继续加大向工作喷头的供水压力。

而智能喷水灭火装置安装的电子水力仪表，负责将工作示数全部回传给消防控制室的信息平台，经过后台计算后实时输出消防灭火喷头的流量、流速以及水力降坡变化信息。当设备运行信息低于设计水平时，说明设备的自动喷水灭火效率可能受到影响，应当进一步加强着火点的监控，并合理组织人力灭火处置方案。

3.2 基于物联网的建筑电力安全监控系统

电力安全监测系统按功能结构可以大致分为组合式电气火灾监控器、物联网通信系统和网络路由装置3 部分。这个系统中最主要的元件就是电气火灾监控器，它由若干个铜排式电流互感器、电缆式电流互感器以及一个温度传感器组成。其中，每个互感器都由闭合的铁心与绕轴组成，最大可承受10倍的过载电流强度，依靠电磁感应测得工作电路的剩余电流情况。使用时需要将建筑电气线路的3 根相线与中性线分别穿过电流互感器的触点，在电气线路正常工作状态下，由于电气线路的三相电流相量总和为零，因此，互感器内部不会产生磁通感应，那么电气火灾监测器的二次控制回路输出侧也就不会有感应电流出现。若建筑内部的线路因老化、过度弯折而出现绝缘层破损，就会使中性线出现剩余电流，此时相间电流相量之和不为零，互感器内部的铁心与绕组会产生磁通，向二次侧释放感应电流信号。而漏电电流的强度i用基尔霍夫电流定律来计算：

若漏电电流的节点存在n条支路，进入互感器的电流值为正，输出互感器的电流节点为负，那么经过节点的漏电流之和i为流经支路电流k的电流ik之和。

当电气安全监控系统监测到高于预设危险值的漏电电流时，会第一时间发出报警信号，并通过与无线路由装置连接的数据通信信道，将采集的过载电流情况发送至云数据中心，再经过物联网的移动端App 应用发送给单位消防责任人，进而在演变成为电气火灾前，及时组织人员对故障线路点位进行维修排查。

3.3 基于物联网的建筑火灾监控系统

火灾监控系统的主要功能，是对建筑重点场所进行24 h常态化的火灾监视，它主要由如下3 个装置构成：

1）温度感应装置，主要是应用终端探测原理。将插入一个有源NTC 半导体接触探头直接插入固定的安装地点，这种材料的特性是载流子数目会随着温度升高而增多，使接触探头的阻抗值在短时间内骤减。这样当监测区域的着火点部位出现异常温升时，温度传感器就可以利用自身阻抗特性，将电阻变化情况转化为测区温度的反应信息[3]。

2）烟感报警器，在火灾的初期，有机物燃烧不是先产生明火，而是先产生上升运动的烟雾。烟感报警器需要安装在监视区域的天花板上方捕捉火灾的前兆信号，这种烟感报警器的内部有一个光路发生器和光路感应器。当监视区域无火灾现象时，光路发生器射出的光束是偏离周围光路感应器的。若此时监控区域内可燃物开始形成着火点，会有大量的烟雾升腾至烟感报警器的感应单元中，此时在烟雾粒子的散射作用下，光束完全偏离预设轨道，折射至光路感应器区域内。而随着现场烟雾量逐渐增加，光路感应器内折射的光束会越来越多，当感应光强度超过一定预设值时，就会触发蜂鸣器发出报警信息。

3）NB-lot 通信模块，将温度感应装置与烟感报警器的信号采集单元一并接入NB-lot 通信网络中，就可以来实现无线远程监控功能了。当上述两个火灾监控模块发出声光报警信号后，会按照预设好的程序通过物联网SIM 卡，将现场火情信息自动回传至用户的手机App 以及消防值班室。这样就可以在火势进一步扩大前快速定位火场，反馈着火点的温度、火势情况等综合信息，为后续灭火救援工作的展开提供有利条件。