综合性多层级智慧消防监管平台建设研究

摘要：消防应急是危化品仓储企业必要的管理环节，智慧消防系统是“工业互联网+安全生产”试点建設方案的重点内容。本研究将基于物联网，结合5G通信、大数据分析、AI智能研判等技术，研究标准化、信息化、数字化、智能化的多层级智慧消防系统建设方法，探讨一个全流程管理的综合性火灾防控救援系统框架，集成海陆空一体化救援力量，实现智慧防控、智慧管理、智慧作战、智慧指挥的目标，提高危化品仓储库区的应急消防水平。关键词：智慧消防；物联网；多层级；信息系统；应急救援；工业互联网+安全生产引言近年来，危化品行业的安全形势日益严峻，而火灾又是各类事故中危害最大、造成损失最严重的一项，还会引发污染、爆炸等一系列危害。国家统计局数据显示，仅2019年一年就发生较大火灾802起，重大火灾8起，大大危害到了人民的生命安全和财产安全。火灾事故具有破坏性大、发生过程短、救援难度高等特点，2015年天津港8.12危险品仓库特别重大火灾爆炸事故、2017年盐湖6.28较大爆炸事故、2018年宜宾7.12重大爆燃事故等均是由火灾引起的。由此可见，消防管理在危化品仓储企业属于重中之重。传统的消防管理系统在设计和使用时都存在着一定的局限性，过于依赖使用场所和人工监管，存在消防设备老化、控制终端技术落后、日常管理流于形式、工作人员缺乏相关消防知识等问题[1]。因此，危化品仓储行业亟需一个标准化、信息化、智能化、数字化的智慧消防产品，能够打通消防管理全流程，将消防管理水平提升到一个新高度。随着科学技术水平的提高，物联网、大数据等先进技术被逐步地应用在安全管理当中，同时国家也出台了多项政策推进危化品仓储企业的信息化升级、智慧化改造。2021年4月，应急管理部印发了《“工业互联网+危化安全生产”试点建设方案》，要求推进新一代信息技术和危险化学品安全生产深度融合，实现数字化转型、智能化升级，强化安全生产基础和技术创新能力，构建“工业互联网+危化安全生产”技术体系和应用生态系统，提升安全生产风险感知评估、监测预警和响应处置能力，为促进企业和监管部门安全管理数字化转型赋能。其中企业应用场景特别强调了敏捷应急的建设工作，要求化工企业通过工业互联网全面赋能，覆盖应急管理的预防、准备、响应、恢复全部4个阶段，应用VR和AI技术，实现应急处置辅助资料的精准推送、应急资源的实时更新、应急救援的智能决策、应急队伍的快速联动和应急过程的全程记录。目前，智慧消防已经成为消防安全管理的一个新方向，相关研究也不断涌现。袁珍将ZigBee无线传输和视频检测技术融入消防报警系统，提高了实时性报警的准确度[2]。谢济涛等人提出了由监督平台、监控系统、大数据系统、消防救援调配、智能巡检5部分组成的智慧消防系统[3]。赵诚婧提出了自动化火灾防控、智能化救援指挥、精细化服务管理的概念[4]。云洋基于传感器与大数据技术研究了防火监督信息数据库的建立方法[5]。段晓东从监管部门层面提出了城市范围的远程火灾监控系统建设思路[6]。然而上述消防系统都没有实现消防管理全过程的打通，无法满足应急救援力量的零延迟衔接，不能做到全员全流程参与，且难以适用于危化品仓储企业的复杂管理条件。特别是针对多数石化仓储库区消防系统相互之间无法联动、报警装置未形成联锁、装置点位不够准确等问题，亟需一套综合的智慧消防系统提升库区的消防管理水平[7]。本文所研究的基于物联网技术的多层级智慧消防系统，能够做到日常管理、事前预警、消防救援、事故分析、能力提升的全流程智慧管理，通过物联网技术、5G通信、AI智能研判打造综合性火灾防控平台，切实提高危化品企业的消防管理水平[8]。一、智慧消防系统多层级框架构建思路为了解决传统消防管理过程中数据收集不全面、“信息孤岛”难以打通、消防信息全面感知能力差、智能化处理不及时等问题，本研究将从技术和多层级架构两个维度入手，解决上述问题，构建综合性的智慧消防系统。智慧消防系统的建设应满足如下目标：智慧防控：发现异常自动报警，提升信息传递的效率。集成高科技智能终端、感知设备，利用物联网技术，结合大数据云平台，一旦检测到险情与异常，系统自动在第一时间通过终端设备通知用户及时处理。从被动发现险情为主动监测预警，以防为主，将险情控制在萌芽状态。智慧作战：根据实时动态数据，更高效精准作战。通过视频监控系统、物联网数据等，智慧消防能实现现场人员、地理方位、实景数据等的集成，并实时动态更新，现场作战人员借助这些精细化数据，能实现精准作战，提升救援效率。智慧管理：系统化日常管理，保障消防设施的完好。利用物联网、红外线感知等技术，能很好地记录当前消防设备的位置、状态，如有系统损坏及时报修，能更好保障消防设施的完好，提供精准的设备信息。智慧指挥：现场可视化动态图像，实现调度智能化。现场图像实时传输，一张图链接所有的系统和数据，满足可视化、动态化指挥需求，实现消防救援人员、消防车辆、消防装备、消防水源、消防物资等各类资源的实时智能化调度，帮助以最快的速度扑救，最大化保障人员财产安全。（一）系统建设技术手段智慧消防系统应充分结合企业的自动化基础和使用需求，通过数据采集、信息系统集成、统一平台展示、综合化消防部署的方式建设。首先，第一阶段应基于企业已有自控层架构，通过OPC/DA协议将现场生产、消防PHD实时数据库系统等实时数据采集至云端实时数据库。其次，联动智慧消防监控及企业信息管理系统、对接应急系统，建设智慧消防一体化管控平台，通过合理布局及可视化展示，将集成的数据进行可视化展示，实现库区整体监控，满足实时报警处置功能。最后，利用5G通信、物联网、云计算等技术优势，将视频分析、视频报警等可视化AI技术应用到智慧消防系统中，真正做到消防工作的“智慧”提升，实现报警方式多样化、辅助功能联动化、数据预警可视化、救援地点准确化、指挥系统网络化、指挥决策智能化。在第二阶段，可以结合库区智慧消防建设项目，改造、新增模拟消防固定设施、消防自控系统、消防控制柜等实训设施，建设消防管理模拟界面，开展消防设施操作员取证、智慧消防培训等功能，满足应急管理人员智慧消防培训需求，从专业人员角度进一步提升消防管理水平。智慧消防系统的建设应该从三个层面开展。管理理念及准备：应急预案转化、消防能力培训。制度保障：应急响应机制保障、应急处置机制保障。技术支撑：大数据、5G通信、物联网技术、AI分析；卫星定位、传感器、消防装备。智慧消防系统的核心要素是数据互通、资源调配、流程打通和监控指挥，通过自控数据的采集、信息系统的集成、监控驾驶舱界面的展示，将消防资源进行整合，联动消防报警，通过可视化界面进行监控和指挥，实现全数据量化研判、全业态深化应用、全地域业务覆盖、全流程分析展示。同时，智慧消防系统还应实现3级数据互通，1级是与库区自控数据的数据互通，2级是与应急救援设备、应急救援队伍、卫星网络之间的数据互通，3级是与省/市应急指挥中心、国家应急救援中心之间的数据互通，并且打通3级的数据通道，构建一体化应急协同网络，做到全流程、全业态的应急消防响应。（二）多层级架构智慧消防系统将通过多层级的概念，从感知预警到响应处置到复原分析，贯穿应急消防全流程。本文所述的智慧消防研究将系统按照事件顺序分为六个层级，分别是感知层、预警层、响应层、处置层、复原层、辅助层。多层级的系统架构可以做到职责明确、处置清晰、覆盖全面的优势。二、多层级智慧消防系统详细建设内容（一）感知层感知层的设计将从3个维度出发，分别是消防自控设备、视频AI辅助、人员定位管理，涵盖“人、机、料、环”各个层面，做到全方位的火灾感知。在设备方面，系统需要对接集成库区的消防自控设备，包括可燃气体检测装置、光纤光栅感温装置、储罐无线测温技术、移动式消防设备、工业防爆无人机等，实现第一时间的自控信号汇总分析。利用AI分析识别技术，通过视频监控进行辅助分析，搭载相应的智能算法，可以实现人员违规行为、关键部分溢油、烟雾分析、火灾火焰等的感知。利用真实环境事故模拟的方式逐步积累素材，提高算法模型精度。同时，系统应将感知责任落实到个人，以人为感知基础，提升消防判断及救援物资能力判断，结合人员定位管理、二道门管理，以实现对人员管理的提升，并借以班组的概念实现分级管控。（二）预警层在集成各类消防数据的基础上，开展综合监控及响应、处置一体化平台。1.消防相关系统及设备的所有图层及点位展示（可燃、火灾报警、感温光栅、消防设施等）。2.在系统地图中可对消防设备分布进行打点及检修挂牌，同时可显示该设备状态、信息、完好情况等。3.具备智能计算消火栓、泡沫站、消防水池、消防水罐等消防供给设备的可持续时间，为现场作战指挥调度战时资源提供辅助参考。4.建立设备管理台账，对消防设备进行管理，能够对临近超期的设备以及泡沫液有效期等进行弹窗提醒。5.消防相关系统的报警信号接入及信息展示，细化报警信息的点位展示，细化到具体报警的设备设施，而不是只显示一个报警类型或报警储罐。6.消防泵状态需显示压力、温度、电压、电流等设备状态数据。7.报警处置流程，做到流程流转，每一步对应相关操作确认人员，实现线下流程表单电子化。同时系统需记录报警记录、操作记录，生成相关日志。8.在系统地图中需要有消防管网主线路展示。9.系统能够与其他应急系统等进行对接。（三）响应层建立成熟的响应机制，实现快速反应、数字化预案、消防力量协同。应建立逐级响应机制，从员工、班组、企业到园区，快速完成初期响应，为后续的消防响应和政府对接做好准备工作。在火灾得到响应后，应立即启动数字化预案。数字化预案分为平时和战时两个部分，平时负责将线下预案转化为系统可执行的数字化预案，梳理预案体系，战时负责建立逐级响应相关机制，启动数据化预案，根据事态情况选取最优预案，调动应急资源，为后续的消防处置提供指挥方案。根据数字化预案的内容对接消防应急系统，完成事故接处警，联动指挥救援，实现快速事故反应和传递，提高事故防范意识，提升事故响应效率。（四）处置层智慧消防系统需要联动企业、园区、政府的应急消防救援力量，做到高效集成队伍、人员和装备，实现跨平台通讯、可视化定位、可视化指挥的海陆空一体化指挥实战功能。（五）复原层复原层负责研究事故后现场复原、工艺系统复原，建立相应的分析模型，如监测数据关联统计模型、污染指标关联溯源模型、火灾源头素原模型、风险单元统计模型等，对火灾事故形成完整的事后分析，提高火灾预防能力。（六）辅助层在辅助层构建智慧消防培训平台，通过教学、实训、模拟、演练、竞赛、测试等方式组建专业消防队伍，同时让库区工作人员具备消防安全专业知识。培训中心建设可分为：真实火灾实训区、火灾仿真模拟区、配套设施区、公用工程区、综合服务区；应急救援真实火灾实训、应急救援装备测试培训、应急救援技能竞赛、应急预案综合演练、应急装备展示交流。三、智慧消防监控平台危化品仓储企业应围绕智慧消防系统建设监控平台，联动自控设备、报警设备、视频监控、应急广播等系统，实现对库区的智慧化消防可视化综合