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張星
文摘：針對目前“智慧消防”建設中存在的感知層接入硬件種類有限、接入技術手段不完善等問題，本文對窄帶物聯網技術(NB-IoT)在智慧消防建設中的應用問題進行了探討，提出了NB-IoT終端作為采集層，將公有物聯網、大數據、云計算、區塊鏈和人工智能技術作為網絡層，對火災風險進行研判，消防監管信息化，社區單元自治、消防裝備數字化管理、智能滅火救援為“智慧消防”建設“智能消防”三層架構模式，提高全社會消防安全管理現代化、信息化、智能化水平。
要害詞：窄帶物聯網；智能消防；消防管理；消防救援。
0引言
根據統計，僅2019年我國共報告火災23.3萬起，導致1335人死亡，837人受傷，在全國范圍內，直接財產損失36.12億元，嚴重損害社會穩定和國民經濟健康發展，可持續性的發展給人們帶來了不利的影響，加強社會火災的預防和控制已經迫在眉睫?，F行消防監督、消防救援和消防風險控制技術手段相對落后，已不能適應經濟社會的高速發展和現代化，由于信息管理的需要，在消防安全主體責任未能有效落實的情況下，消防安全管理水平與消防安全需求之間的矛盾突出，實施智慧消防建設正日益成為解決這一矛盾的重要手段之一。
一是建設智慧消防系統的意義及存在的問題。
1.1界定智能滅火系統。
作者認為：“智慧消防”是基于物聯網(IoT)、基于消防大數據(BD)、云(CloudComputing)、人工智能(AI)、在現代信息技術支持下，虛擬現實(VR)和區塊鏈(BlockChain)等信息化、智能化社會消防管理，其中，消防、消防、消防等行政管理、運營、決策服務系統，是“智慧城市”的重要組成部分。
1.2建設智慧消防系統的意義。
實施“智慧消防”建設，在一定程度上優化火災預防機制，將消防監督、消防管理、消防救援等業務需求有機結合，從"傳統消防"到"智慧消防"的轉變與跨越，可以解決傳統消防監管體制效率低下，社會主體責任不落實，當前消防安全管理不到位等問題，使得消防工作模式從傳統的“樹狀”轉變為新的“網絡”模式。促進了消防管理體制與機制的轉型升級，實現了有針對性、科學化管理，它是目前及未來消防工作實現火災風險預測、消防安全管理智能化、消防救援工作信息化的重要手段與途徑。
1.3建設智慧消防系統的現實問題。
有關部門和企業對“智慧消防”的認識，目前還處于概念認識和理論探討階段?！吨悄芟馈废嚓P規范和標準還沒有出臺，智慧城市的有關建設標準沒有明確規定智慧消防建設。作業層主要參照獨立煙感火警探測報警、由于火警系統和城市消防遠程監測系統等相關標準正在建設中，由于感知層的訪問硬件種類有限，接入網技術手段落后，導致“智慧消防”建設的物聯網屬性不強，存在“有網無物”、“有物無網”等不足，盡管在施工數量上“遍地開花”，但在技術標準上卻處于“各自為政”的管理狀態。
2NB-IoT技術和“智慧消防”建設。
2.1NB-loT的技術優勢。
IoT是實現“智慧消防”的基礎。當前，常用的物聯網技術主要有NB-IoT、Wi-Fi、Sigfox、LoRa(LongRange)、ZETA、Zigbee(紫蜂協議)和藍牙等7種。NB-IoT技術相對于其它技術有五個方面的優越性，即智慧消防建設。
首先，網絡的建設是廣泛的。我國各大電信公司都把NBIoT網絡建設作為未來業務的發展方向，在我國NB-IoT技術從核心技術、市場規模和應用深度三個方面展開。
其次，終端電力消耗的降低。NB-IoT技術通過減少不需要的信號來支持不連續的接收延長(eDRX)，深睡眠功能和節電模式(終端休眠，PSM)，進一步降低了耗電量，使裝置可長時間在線，并且無需布線，易于施工，后期管理簡單，維修費用低。
第三，綜合經濟成本低。NB-IoT技術直接依托現有的GSM、UMTS或LTE網絡基站，再加上NB-IoT模塊使用嵌入式物聯網eSIM卡，一臺設備一個專屬號碼，即插即用且不用頻繁更換電池，簡單方便，簡單實用。
第四，數據安全得到保證。NB-IoT技術是適用于頻譜許可和基于蜂窩技術設計的可運行的電信網絡，能夠在數據傳輸和設備認證方面提供電信級信息安全保障。
第五，參數感知。NB-IoT技術使各個系統能夠實時地訪問海量的物聯網感知終端，并且使eSIM卡能夠適應較惡劣的使用環境。特別適用于建造建筑物內的自動消防設備中的各種火災探測器和閥門儀表以及輸入輸出模塊，能夠對每個NB-IoT終端設備進行遠程獨立監控。
2.2NB-IoT技術的政策優勢。
工信部下發文件要求，將NBIoT作為我國物聯網建設應用的主要技術標準，結合智慧城市建設，加速發展NBIoT在城市公共服務和管理中的應用。確定NBIoT網絡使用GSM系統的800MHz和900MHz頻段，FDD-LTE系統的1800MHz頻段和2100兆赫頻率，并且以“140XX~144XX”作為物聯網網號，2020年NB-IoT正式成為5G技術標準之一，作為5GmMTC場景的核心部件，迎來了爆發式發展。
2.3“智慧城市”NB-loT技術建設實踐經驗。
NB-IoT技術的優點使它被廣泛應用于“智慧城市”建設中，中國照明學會，全國半導體照明工程研究與開發及產業聯盟聯合發布了《基于窄帶物聯網(NBIoT)道路照明智能控制系統技術規范》(CIES015-2017/T/CSA052-2018)，深圳市，上海等城市已開始使用NB-IoT在智能消防栓、智能感煙探測器、智能水位探測器、智能燃氣抄表在市政領域，智能路燈等方面進行試點。這三個方面的試點工作，積累了一定的技術經驗，也取得了良好的社會效益，初步實現了信息、資料多跑路，讓群眾少跑腿，規范管理，治理預期目標。
三是基于NB-IoT技術建立“智能火災”模型。
3.1基于NB-IoT技術的智能消防系統架構
智能消防系統將消防設備的物聯網絡實現消防管理的數據化，是消防物聯網、消防大數據、云及其他信息技術的有機融合，其體系結構分為三個層次：感知層(NB-IoT終端)、網絡層(NB-IoT運營商，云計算，大數據)、應用層(消防監督、消防救援和消防管理)如圖1所示。
圖1基于NB-IoT的智慧消防系統架構圖
3.2感知層
知覺層是“智能消防”神經元，物聯網是中間神經，“消防大數據”和云計算是它的大腦，承擔各類火警信息的采集及消防設施的工作狀態采集，如防火卷簾等被動防火系統防火門及主動消防系統，如消防給水系統，防排煙系統，自動火警系統，在自動滅火系統和其他設備上集成的NBIoT模塊可以聯網改造，這樣就可以連接到物聯網中的每個探測器，每個消火栓、每個輸入輸出模塊組成了“智能滅火”的神經元。如圖2所示。
對部分現有建筑物的火災隱患進行整治，其中包括“九小場所”、“三合一場所”、社會福利機構、在其消防設施的改造升級中加裝火災自動報警系統，NB-IoT模塊配有煙感、感溫、火焰、將圖象與手控按鈕等火警探測器組合成獨立式火警報警裝置，利用NB-IoT網絡對其進行虛擬組網，連接到互聯網的云平臺，采集并發送各類火災報警信號，該系統可實現火警探測器自動在線巡檢、實時狀態采集、火警推送、人機交互、遠程控制管理等功能，對避免頻繁發生“小火亡人”事故具有重要意義，但在施工過程中也能有效地避免傳統總線傳輸報警系統鑿墻開洞、破壞建筑物結構及原有風貌等缺陷。
運用NB-IoT技術，對可燃氣體探測報警系統和電氣火災監測系統進行了更新，實現了燃氣管道的功能，對電力線路中氣體濃度及電壓、測弧、泄漏電流、線纜溫度等情況進行實時在線監控和智能處理。它對于防止和減少電氣火災、煤氣事故、減少災害損失、提高防災能力等有著非常明顯的優勢。NB-IoT采用了重傳、低階調制等機制，可以在地面下1~2層進行信號滲透，它的深度覆蓋功能不僅可以滿足傳統儀表、報警器、溫濕度、環境參數采集及傳輸等功能，而且還具有消防水池、在高位消防水箱間、消防水泵房、變配電室、柴油發電機房、防排煙室等消防設施布置位置與管理要求高度一致，針對消防設備安裝環境復雜、信號不易穿透等問題，對構筑物、地下空間、管道、管道、管道、對于深度覆蓋要求很高的井蓋，在很大程度上簡化了現有系統的復雜性。
3.3網絡層次。
云計算的基礎是大數據，根據“智慧消防”的應用要求，因地制宜地建立火災基礎信息大數據庫。用于消防泵、防排風扇、壓力開關、水流指示器、液位計、監控器和輸入輸出模塊，該系統自動采集、實時監測各種消防設備的工作狀況、報警信號及動作信號、水壓不足、水量不足等，數據傳輸模塊全部觸發，將異常數據上傳到IoT平臺，實現各種建筑物消防設施狀態信息、數據信息的在線監測、遠程監測與診斷，這是消防大數據的重要組成部分。如圖3所示。
圖3基于NB-IoT的智慧消防網絡層架構圖
利用云計算技術(IaaS)的基礎設施，即服務，有很強的數據訪問、管理和服務能力，如平臺(PaaS)和軟件即服務(SaaS)，把大部分的事務工作都交給軟件系統來處理，用戶不需要開發軟件和構建數據，可以大大提高工作效率，減少管理難度和維修費用，逐步輻射消防行業的生產、流通、管理、預警和其他消防產品制造企業的全過程。在消防技術服務機構、社會單位、各級政府、消防救援機構的消防管理、救火決策等方面提供數據分析與技術支持；增強防火安全監督及報警的能力。
3.4應用層
智能消防的應用主要包括：火災風險研究判斷、消防監督管理、消防安全獨立管理、消防設備數字化管理、消防救援等五個方面，可根據實際情況進行擴展。如圖4所示。
圖4基于NB-IoT的智慧消防應用層架構圖
第一，對火災風險進行了研判。多個相對獨立的消防設備通過NB-IoT感應器連接起來，NB-IoT數據傳輸網絡發送到云、防火大數據庫，危險化學品、施工項目、將有關數據納入消防大數據共享范圍，并根據當地火災發生情況、直接財產損失情況、死亡人數、傷情等“四大指數”，結合轄區內社會單位的基本信息和經營情況，立足全時段、全要素，利用統計原理，對火災隱患、征候等前兆、苗頭問題進行大數據分析，找出火災防治的客觀規律，最后給出了火災發展趨勢的預測方法。
第二，消防監督管理信息化。消防隊機構可根據火災風險智能研判結果，及時分析治理效果，進而完善和優化現有的消防監管體制、方式方法，實現消防管理模式從“管人”“管物”到“管數”的方式。即可避免“地毯式”查房給社會單位的生產經營活動帶來不必要的干擾，又可有效降低基層執勤執法人員的工作強度，做到火災防控工作的提質增效，實現消防監督管理和安全穩定的綜合管理。
第三，消防安全管理自主。利用NB-IoT技術可實現消防管理人員與消防設備、消防設備及消防設備之間的各種信息的互連?？勺屜腊踩熑握?、管理人實時掌握其管理權限范圍內建筑消防設施的動態信息，充分發揮系統監控作用，監督、預警等功能，實現人防、物防、技防的有效結合，構建一套、無縫隙、可靠的“智慧消防”管理體系。與此同時，通過建立建(構)筑物消防人員(消防設施操作人員)信息庫，可以有效地提高社會單位建筑消防設施的管理水平。
第四，消防器材的數字化管理。借助于建筑信息模型(BIM)，安裝、使用、保養(修理)、產品檢查、采用無線射頻識別(RFID)技術，將建筑物消防設備檢測等信息制成RFID電子標簽、QR碼等智能標識，構建大型數據庫，并在NB-IoT基礎上設置有信號輸入、輸出功能的消防裝置；利用移動App或PaaS等物聯網應用終端，對其工作狀態進行檢測和查詢，實現三維可視、信息化、精細化、智能管理模式，從而實現消防產品及設備的質量安全管理、追溯、使用、四維建筑對維修甚至報廢建筑的全壽命周期消防安全管理進行了全面的分析。
第五，滅火救援的科學指揮。結合NB-IoT技術，如溫度、濕度、易燃氣體、氧氣和其它有毒有害濃度的傳感器，通過BIM的三維模型，準確地判斷出建筑物內發生火災的位置，從而實現了對現場環境的實時監控，通過預判火災發展趨勢，確定消火栓位置、疏散通道、安全出口位置及建筑物消防設施工作狀況；對作戰陣地、進攻路線、應急避險地點的合理選擇，為消防救援工作提供準確的數據支持，提高火災逃生疏散效率；降低傷亡人數。
4實施建議
(1)加強和完善“智慧消防”建設的頂層設計。2017年前公安部消防局下發了《關于推進“智慧消防”建設的指導意見》(公消[2017]297號)，就如何利用消防平臺提高消防管理水平進行探討。但是，隨著我國智慧城市建設的快速推進和公安消防部隊重組的集體轉業，該指導方針提出的建設原則和目標已與當前消防工作實際存在較大差距。為此，我們必須與時俱進，加強頂層設計，從基本國情和各地實際情況出發，把"智慧消防"建設納入國家"智慧城市"建設總體方案，同時明確縣級以上地方政府及相關行業部門的建設任務。
(2)加強“智慧消防”建設，制訂操作技術標準及管理制度。應加強對“智慧消防”標準化研究，進一步建立和完善整個建設、管理、運營等方面的法規、技術標準，經營體制和政策體系，借鑒相關行業成熟經驗，從源頭規范統一“智慧消防”建設的指導思想和功能，對采集參數等技術參數進行研究，制定《“智慧消防”建設技術規范》，推動“智慧消防”規?；?、標準化發展。與此同時，要加強技術支持，抓緊“產學”各環節的戰略合作，加強消防信息化的頂層設計，開展大數據建設等方面的深度合作，形成具有自主技術的生態產業鏈，開展科研應用示范工程，“智慧消防”市場占據行業技術制高點，健康有序地發展。此外，警惕消防大數據時代存在的安全隱患，根據政府授權，企業化管理，明確職能原則，建立消防大數據技術服務機構，加強對供方、使用者等行為的規范和管理，確保信息安全。
第一，對火災風險進行了研判。多個相對獨立的消防設備通過NB-IoT感應器連接起來，NB-IoT數據傳輸網絡發送到云、防火大數據庫，危險化學品、施工項目、將有關數據納入消防大數據共享范圍，并根據當地火災發生情況、直接財產損失情況、死亡人數、傷情等“四大指數”，結合轄區內社會單位的基本信息和經營情況，立足全時段、全要素，利用統計原理，對火災隱患、征候等前兆、苗頭問題進行大數據分析，找出火災防治的客觀規律，最后給出了火災發展趨勢的預測方法。
第二，消防監督管理信息化。消防隊機構可根據火災風險智能研判結果，及時分析治理效果，進而完善和優化現有的消防監管體制、方式方法，實現消防管理模式從“管人”“管物”到“管數”的方式。即可避免“地毯式”查房給社會單位的生產經營活動帶來不必要的干擾，又可有效降低基層執勤執法人員的工作強度，做到火災防控工作的提質增效，實現消防監督管理和安全穩定的綜合管理。
第三，消防安全管理自主。利用NB-IoT技術可實現消防管理人員與消防設備、消防設備及消防設備之間的各種信息的互連?？勺屜腊踩熑握?、管理人實時掌握其管理權限范圍內建筑消防設施的動態信息，充分發揮系統監控作用，監督、預警等功能，實現人防、物防、技防的有效結合，構建一套、無縫隙、可靠的“智慧消防”管理體系。與此同時，通過建立建(構)筑物消防人員(消防設施操作人員)信息庫，可以有效地提高社會單位建筑消防設施的管理水平。
第四，消防器材的數字化管理。借助于建筑信息模型(BIM)，安裝、使用、保養(修理)、產品檢查、采用無線射頻識別(RFID)技術，將建筑物消防設備檢測等信息制成RFID電子標簽、QR碼等智能標識，構建大型數據庫，并在NB-IoT基礎上設置有信號輸入、輸出功能的消防裝置；利用移動App或PaaS等物聯網應用終端，對其工作狀態進行檢測和查詢，實現三維可視、信息化、精細化、智能管理模式，從而實現消防產品及設備的質量安全管理、追溯、使用、四維建筑對維修甚至報廢建筑的全壽命周期消防安全管理進行了全面的分析。
第五，滅火救援的科學指揮。結合NB-IoT技術，如溫度、濕度、易燃氣體、氧氣和其它有毒有害濃度的傳感器，通過BIM的三維模型，準確地判斷出建筑物內發生火災的位置，從而實現了對現場環境的實時監控，通過預判火災發展趨勢，確定消火栓位置、疏散通道、安全出口位置及建筑物消防設施工作狀況；對作戰陣地、進攻路線、應急避險地點的合理選擇，為消防救援工作提供準確的數據支持，提高火災逃生疏散效率；降低傷亡人數。
4實施建議
(1)加強和完善“智慧消防”建設的頂層設計。2017年前公安部消防局下發了《關于推進“智慧消防”建設的指導意見》(公消[2017]297號)，就如何利用消防平臺提高消防管理水平進行探討。但是，隨著我國智慧城市建設的快速推進和公安消防部隊重組的集體轉業，該指導方針提出的建設原則和目標已與當前消防工作實際存在較大差距。為此，我們必須與時俱進，加強頂層設計，從基本國情和各地實際情況出發，把"智慧消防"建設納入國家"智慧城市"建設總體方案，同時明確縣級以上地方政府及相關行業部門的建設任務。
(2)加強“智慧消防”建設，制訂操作技術標準及管理制度。應加強對“智慧消防”標準化研究，進一步建立和完善整個建設、管理、運營等方面的法規、技術標準，經營體制和政策體系，借鑒相關行業成熟經驗，從源頭規范統一“智慧消防”建設的指導思想和功能，對采集參數等技術參數進行研究，制定《“智慧消防”建設技術規范》，推動“智慧消防”規?；?、標準化發展。與此同時，要加強技術支持，抓緊“產學”各環節的戰略合作，加強消防信息化的頂層設計，開展大數據建設等方面的深度合作，形成具有自主技術的生態產業鏈，開展科研應用示范工程，“智慧消防”市場占據行業技術制高點，健康有序地發展。此外，警惕消防大數據時代存在的安全隱患，根據政府授權，企業化管理，明確職能原則，建立消防大數據技術服務機構，加強對供方、使用者等行為的規范和管理，確保信息安全。
5安科瑞智慧消防平臺介紹
5.1平臺結構
5.2平臺主要功能介紹
5.2.1首頁
用戶登錄成功之后進入首頁，如圖所示。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態、設備分類、設備報警信息、報警分類、報警統計、設備臺賬信息等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。
5.2.2消防系統。
智能消防管理云平臺包括電子智能系統、防排煙子系統、消防水子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統、消防設備管理子系統、視頻監控子系統等。智能電子系統可接通電氣火警、孤航電弧、電氣火警主機、滅弧探測器、無線測溫探測器等。按一下智能電子系統進入智能用電監控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基本信息和探測器信息，按下菜單顯示全部項目信息，按末級節點顯示具體探測器的監控頁面。
滅火水子系統可連接消防栓、消防水壓、水位傳感器等，實時監測消防水管網的壓力、液位、漏水情況，還有開蓋等事件，當消防水壓力不足、管網漏水時，系統還可以實時發出報警，可以讓相關人員及時進行維修和維護，保證防火安全。
防排煙分系統通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現對煙霧、有害氣體、氣體滅火信息等數據采集；實時秒級檢測煙幕，一且發現監控數量超出風險閾值，APP、短信報警、電話報警都是通過設備標簽，地點定位，迅速通知業主、物業消防單位是哪一處火災隱患。
防火裝置電源子系統對消防系統各部分(例如：消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋裝置、電梯等)的電源工作狀態進行實時監測，確保消防設備供電正常，并對各部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障提示。能長時間記錄電壓、電流運行參數，自動分析消防電源一段時間的運行狀態，警告可能產生的隱患。
消防門系統通過與門禁、視頻識別的關聯、消防通道、安全出口、消防通道、消防通道的開啟、消防通道的堆放物狀況以及緊急情況下的開啟、關閉等功能。保證防火門常閉、不上鎖狀態和保證火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全生活、工作環境。
緊急照明及疏散指示分系統可以實時監測和控制各應急燈，一旦發生火災，能精確地給出安全撤離路徑，智能開啟消防緊急指示燈指示方向和應急照明，協助建筑物內的人群選擇逃生和疏散路線，指導安全逃生方向。
視訊子系統數據部在接收到感應端各分系統的報警信息后，可以調出與報警地點相關的監控攝像機圖像，查看報警現場視頻協助火情確認。該系統可實現火災報警子系統、消防水子系統、電氣火警子系統、防排煙分站、消防設備電源分系統、消防監控分系統、視頻監控分系統，實現報警與監控點聯動。
防火器材管理子系統能將各建筑物、工程節點的消防設備及資產全部納入管理，并能對一些消防栓、滅火器、重點標注噴淋室、消防隊地址等，日常巡檢及維修要納入規劃，在緊急情況下，與GIS調度子系統聯動調度。
6結束語
推廣基于NB-物聯網技術的智能消防建設模式，創新社會消防安全管理模式，解決城市消防安全管理問題，構建信息、三維、全覆蓋、智能社會消防系統，可以有效避免消防工作，跟隨消防和隱患被動情況，進一步提高城鄉基本公共消防服務水平，增強消防安全感?？梢灶A見，智能消防建設將深刻改變傳統的消防防治理念和手段，可以使黨委和政府的領導責任、行業監督責任、社會單位主要責任、消防救援機構監督責任等消防安全四責任有效落實，為智慧城市和城市安全發展做出創新貢獻。
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作者簡介
張星.女.現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺的設計與應用。手機：15021601437（同微信） QQ：3008021209? ?郵箱：3008021209?@qq.com
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審核編輯：鄢孟繁
工商網監
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