城市“智慧消防”系统的建设与应用

姚子龙

0 引言

智慧城市是信息城市、数字城市和可持续发展城市的进一步发展和延伸[1]。一般而言，智慧城市是指广泛利用信息和通讯技术（ICT）来提升城市系统运行和服务供给的效率和效益[2]。智慧城市作为城市可持续发展的重要形态，与城市韧性提升具有内生性关联。城市韧性建设一方面要降低特定风险或灾害的发生几率，另一方面追求以人为本的宜居建设和可持续发展，以增加城市的“冗余度”来应对不确定性扰动因素的影响。也就是说，城市韧性建设就是要以“防患未然”为原则，不仅要对己经出现的城市问题或者潜在风险做到“既病防变”，又要为应对不确定性预留“冗余空间”，即“未病先防”[3]。基于此，作为智慧城市建设的重要组成部分，智慧消防应运而生，为“既病防变，未病先防”提供技术支持。智慧消防是以信息化技术为基础，综合运用大数据、云计算和物联网，实现对城市消防管理工作的数字化、专业化的动态数据的收集和追踪，对以往消防管理工作数据采集层范畴进行拓宽，提升对城市消防数据的有效分析和管理，实现对城市火灾预警、抢险救援、防火监督等工作有力支撑，完成城市消防管理工作的革新和发展。

智慧消防是传统消防系统信息化的加强版本，在传统消防的基础上更上一层楼，具体来讲，两者的主要区别在于：一是传统消防以“人防”为主，而智慧消防以设备监测、信息传输为主；二是传统消防设施监控采用“有线”形式，智慧消防强调无线传输的消防智能监测终端，以“无线”云端监控形式为主；最后，传统消防偏被动，消防救援在事故发生中、发生后响应，而智慧消防则呈现主动状态，可以通过分析收集到的数据，预先计算、识别事故隐患，真正防患于未然。

1 “智慧消防”系统的技术构成

1.1 大数据和云计算

随着当前的信息釆集物联网设备和数据处理能力的不断提升，单个系统在一段时间内所完成的数据积累已是一个庞大的数字[4]。而这些海量的数据包含了数据主体的行为规则和特性等关键信息，需要一种新的数据分析和处理方法，才能够将其用于实际的决策优化。大数据分析技术是“智慧消防”系统中不可或缺的一部分。大数据技术可以通过采集和分析近期管控区域的火灾、火情资料，在区域范围内确定火灾易发点，进而实现对未来的火灾易发趋势的预测，实现消防控制中心的辖区火灾分布的综合掌控目标。

基于大数据的云计算技术将海量的数据进行分解，以服务器的方式进行分配，然后由多个服务器进行计算。云计算可以把单个计算机的性能集中在一起，从而达到对计算资源的全面、高效使用[5]。

云计算是当前“智慧消防”系统建设的重要组成部分。利用云计算技术，可以将消防基础设施、管理决策等各个环节有机地结合起来，并对基础设施的数据进行综合计算，为消防决策提供高效的数据[6]。利用“智慧消防”网，将各消防站及基本消防设施的数据进行综合、分析，形成一份可视化的数据，对城市消防安全状况进行有效的分析，为今后的消防工作提供必要的分析依据和研究依据，使城市消防决策工作真正“智慧”化。

1.2 人工智能

在“智慧消防”系统中，人工智能可以有效地保障城市消防后勤系统的正常运行，自动诊断和排除故障点，从而达到对火灾管理目标的智能化控制和管理[7]。在火灾发生的早期，就能有效地控制火灾的发生。基于人工智能的语言、图像、多传感器识别、专家决策等技术，可以在复杂的情况下进行高效的分析，并可在一定程度上代替消防员进行危险操作，有效地调查火灾灾害现场，协助被困人员营救，以及对火源进行扑灭等。

1.3 物联网技术

物联网技术是利用一种信息感知装置，通过预先设定好的标准化传输协议，把对象与网络连接起来，达到智能化的识别管理和定位跟踪等目的[8]。这些技术中，最主要的是内部感应和外部射频识别。在当前的“智慧消防”系统中，物联网扮演了非常重要的角色。

利用物联网技术可以对重点防火单位和可能存在的火灾隐患进行持续监测，确保对火灾的及时发现和反馈[9]。通过将火灾信息传输到“智慧消防”系统中，达到远程综合管理的目的，提高火灾管理的整体协调性和规范化。

随着城市建设的日趋复杂，消防人员面临的灾害和火灾情况也越来越复杂。灾害现场的变化给消防人员的有效传达和有效的决策需求带来了更大的挑战。通过物联网技术，消防人员可以利用现场配置的多功能感应器，及时向消防部门报告火灾现场的灾情，为消防综合指挥部提供第一手的数据，并对现场的环境，例如有害物质的浓度、风速湿度等进行有效的掌握；特别是在高层建筑火灾营救中，更是如此。同时，在复杂、危险的火灾环境中，通过可穿戴式的物联网技术，将消防员的个人信息、周围环境、消防服等信息，实时的输入到消防系统中，进行准确的定位和组织[10]，可以为消防人员的人身安全提供更好保护。

2 智慧消防系统建设的重要意义

一是提升环境感知能力。在智慧城市建设过程当中包含有多样化的互联网信息终端，实现对城市运作各个数据的有效感知监测与分析，为城市管理、市民服务、民生发展提供必要的数据支持和自动化响应。

二是加强行为管理。智慧消防能帮助对信息进行全面、立体的汇总，确定不同对象生产经营特点与消防安全突出问题，同时帮助消防安全责任人、消防安全管理人“管”消防、“懂”消防，对安全管理责任人、消防巡查员与消防控制室值班人员等相关责任人进行全方位掌握与核查，将责任切实落实到人，实现安全责任督导常态化管理。

三是优化控制流程。消防问题处置的流程可以通过上述智慧消防平台之间的信息交流模块实现有效沟通，通过平台将基础的消防组织、消防基层网格、社会单位以及物联网运营商、地区政府进行有效的对接，保证在进行消防隐患的处置与管理过程当中实现闭环追踪与痕迹记录，从而实现对消防责任的落实和消防管理效率的有效提升。

四是实现智能研判。在智慧消防平台能够实现对各方数据的有效汇总和分析的基础上，通过消防管理事项的数据库资源与地理信息平台相融合，能够直观的呈现出区域内主体火灾隐患分布状态、火情危险等级预警与研判等。从而有利于消防管理部门实现区域内部消防工作的综合掌控，明确火情灾害在全域范围内的分布状态，完成高效率的多维度资源可视化调度。

五是提升科学指挥水平。智慧消防能够将119 接处警系统、视频会议系统、车辆定位信息管理、救援预案管理相对接，实现应急指挥的整体迁移，并对现有硬件系统和软件操作及时升级，为后续统一高效的平台分析与现场综合调度提供准确保障。在指挥调度中实现对应信息的互联互通，包括水文气象、公安、地震等多方信息一键式调度，实现一图可视化统一管理；并基于上述程序构建实战指挥平台，对应急指挥、辅助性决策和消防安全事故重大安保的基础性功能完善，构建联动式救援、综合化管理的可视化“一张图像”精准指挥。

3 我国“智慧消防”系统建设案例分析

3.1 大数据挖掘的江苏“智慧消防”模式

3.1.1 大数据技术的应用

江苏消防支队在利用移动网络技术和信息资源的基础上，建立了一个大数据共享平台。通过对火灾信息的有效收集，促进了火灾信息管理平台的构建和使用。在这个过程中，所有的工作都是围绕着网络的建设、数据的收集以及平台的搭建进行；共建成13 个主题数据库，涉及20 多个消防系统，4 个与之相连的公安信息系统。在江苏省消防支队的综合业务管理平台上，构建了一个包括跨省公安厅、相关各级政府部门、消防队伍在内的的数据管理网络，实现了消防人员的信息有效收集和沟通交流。

3.1.2 物联网技术的应用

江苏在推广“智慧消防”模式的同时，还依托物联网技术逐步探索出五大核心场景，包括网络监控、GIS 火灾可视化、火灾模型预测风险等级、电信数据有效分析以及水电气数据分析。

在网络监控的过程中，根据各高层建筑的消防管理措施和各主体责任的落实，实现了江苏省主要建筑物情况的联网监控，以确保日常的火灾管理工作能够快速反应。同时，与各省、市建立了一个网络监控系统，有效地对8000 多个可能的火灾隐患进行实时监控。通过与交通部数据库的数据共享，可以实时监控化学品运输在路上的运行情况。目前能够有效地利用GIS 进行火灾的可视化管理，对全省的火灾、灾害、报警进行全面的监控。

3.1.3 人工智能与云计算技术的运用

在“智慧消防”的基础上，江苏省运用人工智能和云计算技术建立了一个能够实时预报和监测灾害的大型平台。建立了火眼模型，利用数据挖掘的方法，将建筑的火险程度和危险程度进行分类，以便对火灾进行有效的预测。在江苏实施“智慧消防”火眼系统后，苏州市实现了100,000 多个单位相关数据的登记，2021年火灾发生率比2020年减少了35%，在现有消防力量保持不变的前提下，控制工作取得了比较明显的成效。通过江苏省“智慧消防”管理平台，使各有关部门能够有效地进行管理，使得履行防火职责更有针对性，有效解决了以往各社会单位消防安全意识薄弱，日常消防管理工作不力等问题。

3.2 基于云上大数据分析的贵州“智慧消防”模式

3.2.1 大数据技术的应用

针对目前贵州各大居民区建筑火灾管理困难的现状，将云上贵州模式应用于贵州的“智慧消防”系统，围绕花果园开展了大数据消防系统的试点。运用“智慧消防”管理模式，全面覆盖辖区内的火灾隐患；在云上贵州的消防工程中，一共有112 个火灾报警器，包含8000 多个压力传感器，120 多个液位传感器；将管线水位阀替换为内嵌在因特网上的信号阀，实现对消防设备的24 小时监制。同时，通过对电力线路温度、电流、电压等状况的监测，建立了电力安全监测系统。

3.2.2 人工智能和云计算技术的应用

基于人工智能和云计算技术，贵州建立了“自动巡检”模式。自动识别区域内存在的火灾隐患，并将其反馈到后台，进行风险评价和管理，并对火灾事故做出及时的预报；采用自动评估的方式，对消防设施进行了有效的检查，并将所有工作职责的落实和员工的业绩挂钩。

3.2.3 物联网技术的运用

利用云上贵州消防系统，对基于物联网的基础传感器采集的数据进行有效的识别和挖掘，对贵州的火灾情况进行有效的分析，并在平台上发布各种命令，保证了各部门在火灾处理中的有效分配。火灾早期，通过前端感应器进行识别，再传回到指挥平台，进行火灾灾情程度的初步判别，并利用红外感应器进行早期火灾的判断。在确定了火情警报后，根据事先制定的计划，派出消防员进行处理。同时，通过“云上贵州”的平台，对周边居民开展有效的预警和安全疏散。在这一过程中，利用“云上贵州”平台，贵州逐步完成“智慧消防”体系框架的搭建与管理工作，使得消防信息化进入了一个新的发展阶段。

4 国外“智慧消防”系统的经验分析

4.1 “智能消防”系统在日本的应用

日本在人工智能技术领域的研究在世界上处于领先地位，他们已经逐渐摸索出了利用大数据进行地震模拟、智能手段来提高救灾物资和人力资源配置的效率，并且能够更好的利用机械来进行高风险的救灾工作。2019年6月，日本石垣市千叶县消防局装备了首批“Scrum Force”消防机器人，这是日本投入了13亿8 千万日元，研发五年的成果；该款机器人可以有效地采集、传输现场火灾信息，自动判断火灾情况，根据灭火需求，实现伸缩式消防软管进行灭火。日本现有的消防系统主要是辅助灭火系统，它可以有效的利用深度学习和大数据的预测进行受灾地区通信网络与模型的迅速搭建，灾区人群有效疏散、避险，对目前所采用的以预防为核心的火灾应急工作进行有效补充，从而形成了日本特有的灭火系统。

4.2 美国“智能网络消防安全基础设施”

美国于2012年推出了“智慧消防”（Smart Fire Fighting），主要目的是将信息物理技术与测量科学相结合，有效地感知火灾现场，提高消防工作效果，确保消防人员的生命安全。“智慧消防”系统包括智慧楼宇与机器人技术、“智慧消防”人员装备与机器人、智慧消防设备三大部分。2014年美国标准技术研究院发布的《美国“智慧消防”发展路线图总结报告》中，详细地论述了“智慧消防”系统在实施过程中遇到的困难和问题，以及未来的发展方向。

美国的“防火安全基础设施”就是基于智能传感器的智慧消防网络系统。按照美国“智慧消防”的研究计划，当前的智能消防系统建设，主要是数据收集、处理和应用三个方面。在采集数据的过程中，利用基础感应器，对小区内的基础信息、建筑物的特点、周边人员、消防队伍等信息进行有效整合，确保信息的可操作性和互动性。在数据处理时，可以对各种来源的信息进行高效编辑，从而使信息的内容得到正确的反映，并根据火灾现场的情况进行动态更新。在资料运用上，主要是利用资料的处理、挖掘等方法，对后期的消防工作及火情进行分析、预报，为消防人员和消防管理人员提供科学的决策依据。美国当前“智慧消防”技术系统如表1所示。

表1 美国“智慧消防”技术的研发系统表

美国建立的“智慧消防”是以现有的信息物理系统为基础，在地方政府的大力扶持下，研发和探索出一套“智慧消防”体系的建设模式和发展路径。然而，在实践中，由于技术门槛较高，消防系统智能化程度较高，应用效果还有待完善。

5 智慧消防发展展望

5.1 建设新时代智慧消防整体性认知系统生态圈

政府与企业共同发力，在5G 和物联网等技术支持下，强化对于智慧消防的科学理性认知水准[11]。政府主导的消防救援工作人员和社会消防单位、普通居民，都应形成关于智慧消防的全面、清晰和准确的认知。其中，尤其要加强对普通民众的智慧消防科普工作，引导他们通过官方认证权威平台来了解智慧消防；专业人员深入社区，定期为居民提供智慧消防知识讲座。总之，作为智慧城市安全领域和现代消防建设的重要组成部分，智慧消防建设需要建立整体性认知，在政府支持下，统一规划、全行业全产业链全体人员共同参与，构建一个全方位、全时段、立体化的智慧消防认知系统生态圈。

5.2 拓展智慧消防理论研究及其理论成果的实践的应用范围

组建智慧消防专项研发机构，横向联合全国高校、科研院所，纵向贯通应急管理部消防救援局及其直管单位、各消防救援总队，组织申报智慧消防科研项目建设，开展智慧消防理论的系统性研发，为智慧消防的高质量可持续发展奠定坚实的理论基础[12]。同时，提倡学界、实务界、业界共同联手、持续发力，推进理论研发成果的实践性应用。

随着物联网无线组网技术的发展，无线技术以其部署简单、成本低、功耗低、维护便捷等技术特点，在智慧消防行业得到了普及应用。从2016年底至2017年LoRa 技术的流行，到2019年NB-IoT 技术的广泛推行，无线组网技术经历了一个热情高涨至客观冷静的市场反应过程。虽然无线技术的应用，目前还在基站建设、稳定性、功耗等几个方面备受挑战，但其代替有线联网及通讯的发展趋势已成定局，毋容置疑。