浅谈智慧消防在铁路系统中的应用与发展

2021-08-06 08:41 发布人：admin

摘要：文章从基于物联网技术的“智慧消防”概念入手，探讨了智慧消防物联网技术在铁路工程中的应用，分析了在实际应用过程中存在的部分难点，并提出了新型物联网无线组网、智能传感器技术、图形可视化技术及安全隐患预测与评估的技术解决方案。
关键词：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，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，单独将电气房屋逬行独立场所说明，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方位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、有效监管起来，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。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，监管中心可以实时釆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，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。
2.1 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。
2.2 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，一方面需加强对电气火灾的预防，另一方面需探索有效、安全的电气火灾灭火技术。
2.3 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、有效疏散能够降低人员伤亡。
2.4 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旦有运营商网络覆盖的,可选择运营商NBJoT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、事故等及时上报并逬行整改，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。

4、安科瑞智慧消防平台介绍
4.1 平台结构

4.2平台主要功能介绍
4.2.1首页
用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

4.2.2消防子系统
智慧消防管理云平台包含了智慧用电子系统、防排烟子系统、消防水子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统、消防设备管理子系统和视频监控子系统等。智慧用电子系统可以接入电气火灾、孤航电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测器和无线测温探测器等。点击智慧用电子系统进入智慧用电监控页面，点击菜单显示整个项目的基础信息和该项目下的所有探测器的信息，点击末级节点显示具体探测器的监控页面。

消防水子系统可以接入消防栓、消防水压、水位传感器等，用于实时的监控消防水管网的压力、液位、是否漏水，以及开盖等事件，当消防水压不够，管网漏水时，系统也能实时地发出警报，能让相关人员及时维修维护，保障消防安全。
防排烟子系统通过高灵敏的无线烟感报警装置，实现对烟雾、有害气体、及气体灭火信息等数据采集，实时秒级检测烟雾，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、短信报警、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知业主、物业消防单位是哪个位置的火灾隐情。
消防设备电源子系统实时监控消防系统各个部件（如消防报警主机、楼层显示器、水泵、喷淋泵、电梯等）的电源工作状态，确保消防设备供电正常，并对各个部件电源产生的过压、欠压、过流、短路、断路等故障报警提示。可长期记录电压电流运行参数，自动对消防电源一段时间的运行状态进行分析，对可能产出问题的隐患进行警示。
防火门子系统通过与门禁报警、视频识别的关联，实时监控消防通道、安全出口、生命通道防火门的开闭及消防通道堆放物情况，实现紧急情况下的开闭控制等功能。确保防火门常闭、不上锁状态及保障火警救援是消防生命通道的畅通等，保障安全的生活、工作环境。
应急照明与疏散指示子系统可实现对各个应急灯具的实时监控和控制，当发生火灾时，可准确的给出安全的疏散路径指示，智能打开消防应急指示灯的指示方向及应急照明灯，帮助建筑内的人群选择逃生疏散路线，指引安全逃生方向。
视频监控子系统数据部门收到感应端各子系统报警信息后，可调出报警位置关联的监控摄像头图像，查看报警现场视频辅助进行火情确认。实现火灾报警子系统、消防水子系统、电气火灾子系统、防排烟子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统和视频监控子系统的有机结合，实现了报警点和监控点的联动。
消防设备管理子系统能够将每个建筑、项目节点的所有消防设备和资产纳入管理，对一些消防栓、灭火器、喷淋和消防大队地址等着重标注，日常的巡检和维护都需要纳入计划，在紧急情况下，会联动GIS调度子系统进行调度。
4.2.3隐患管理
隐患管理功能包括了隐患查询、隐患派发、隐患处理和隐患分析四个模块。可以查看登录用户下的所有项目的隐患信息，并进行派发和处理操作，且对所有隐患进行统计分析。

4.2.4能耗分析
能耗分析功能包括了能耗概况、能耗同比、能耗环比、能耗报表和能耗预测等五个模块。可以查看登录用户下的所有项目的能耗统计、同环比和报表，且按日、周、月等维度进行能耗预测分析。

4.2.5手机APP
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户查看电气火灾、防排烟、消防水、消防设备电源、防火门、消防设备管理、视频监控、火灾报警等子系统的实时监控数据、报警信息、能耗统计等。

4.3 推荐配置
4.3.1 平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）
4.3.2 系统现场推荐硬件配置清单：
注：以下配置为针对1个回路选型，其中剩余电流互感器应根据现场回路电流大
4.4 产品介绍
电气火灾监控探测器

5、结语
对于旅客车站、电气设备房屋、厂房（仓库）及铁路隧道的消防要求各有不同，但目的都是为了建造安全、稳定、智能的消防管理平台，及时发现消防隐患并预警。在实际应用中存在人流密集度高，施工空间及时间受限等问题，可通过新型物联网无线组网、智能传感器技术、图形可视化技术及安全隐患预测与评估的方案来解决。

参考文献
[1]. 张志斌.铁路长大隧道消防设计探讨[J]. 铁道标准设计，2014(58) ：117-120.
[2]. 王琴;陈东东;唐瑾. “智慧消防”在铁路工程的应用与难点探析
[3]. 安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平台2020版
[4]. 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

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