1 前言
近年来，随着社会经济的持续快速发展，城市规模不断扩大，高层、地下、商业综合体、地铁、隧道等建筑发展迅猛，一个新一线以上的城市每天有数以万计的工地同时施工，建筑结构、体量、功能日趋复杂，同时大部分城市还存在连片的老旧居民区、大型仓储物流及工业园区、“多合一”密集区等火灾高发区域，隐患日益增多，各类灾害事故呈现出风险高、危害大的特点，社会公共安全需求日益倍增。加之，随着消防改制转隶和新的监督管理体系的逐步形成，消防安全监督管理、专项整治以及各种事务性消防工作量大类杂与现有监督管理人员数量不足的矛盾日益凸显，始终维护城市消防安全形势稳定，任务十分繁重[1,2]。加之，城市总体规划和公共消防安全基础建设、建筑固有消防安全属性和单位消防管理的能力水平、人民群众的消防安全意识和素质等，都对城市的总体消防安全指数产生重大影响，这些都迫切需要我们更新理念、创新管理，加快推进技术革新，通过信息化手段提升社会消防安全管理水平[3]。
针对上述情况，本文以是否设置建筑固定消防设施为切入点，引入物联网、移动互联网、图像识别等技术，设计了一种能够为社会单位、家庭场所、维保公司、监控中心、消防部门5个主要用户对象提供消防安全预警、管理、分析、决策的智能化消防管理平台，并提出了该系统的整体架构设计方案。
2 系统平台架构
系统应能通过前端物联感知设备实现异构设备与协议的接入、解析、编码与传输，譬如社会单位的火灾报警信号、消防水系统状态（室内消火栓系统、喷淋系统、消防水箱、消防水池、室内外消火栓）、消防控制柜状态（喷淋泵、消火栓泵、稳压泵、传输泵、泡沫泵、风机等）、视频监控数据（消防控制室监控、泵房监控、单位内部视频监控系统），以及建筑高度不大于100米的住宅建筑居住部位和未设置建筑固定消防设施保护的小型经营性场所的火灾报警数据等，第一时间辨别社会单位和家庭场所的火灾情况，全面、实时地监测消防设施设备实时状态和消防安全自主管理情况，为火灾防控工作提供及时、准确的数据支撑，并通过建立火灾识别、隐患辨识、安全监控等模型，运用云计算、大数据分析等技术，采取B/S+APP模式，实现对数据的动态追踪、转换挖掘、分析处理和点对点推送，为火灾早发现早处置、隐患早巡查早消除，提供科学、有效的决策数据[4,5]。系统总体架构图如图1所示。
图1 消防物联网感知系统总体架构图
1.物联设备层：通过加装的物联感知设备获取联网单位和家庭场所用户的消防设备设施状态监测数据。
- 网络通信通信层（云平台）：根据设备特性与安装条件，采用无线网络（如NB-IoT、LoRa、5G）与有线宽带网络结合的方式将前端感知信息上传至数据处理层。
3.数据处理层：集中处理分析前端感知的各类消防数据，对监测信号进行分级分类存储上报。
4.业务逻辑层：基于数据分析支撑，实现设备管理、统计报表、监管信息、预警监控、火警监控、风险评估等消防业务功能。
5.平台应用层：采用PC电脑端、APP移动端相结合的方式，全面呈现和处理监测信息，并实现相关应用。
3 关键技术介绍
3.1 数据模型设计
针对社会单位，要充分考虑1个单位对应1个建筑、1个单位对应多个建筑以及1个建筑包含多个单位的多对多关系，综合考量单位的基础信息、消防信息、人员信息、档案信息这4类静态数据，以及设施设备状态、防火巡查管理、设施维保管理这3类动态数据，还需要采集建筑平面布置图、火灾自动报警编码电子图、视频监控点位平面图以及消防报警主机点位编码表、视频监控信息表数据，从而实现点对点的精准报警。
针对家庭场所，除了建立每个家庭场所点的基础数据外，还需要建立户主（业主）、物业、社区的三级关系网，以便发挥当事人、保安、网格员、志愿消防队员等一线力量作用，实现就近处置、打早打小。
3.2 信号接入汇集
物联信号通过火灾报警控制器、单位内部已建的视频系统、多种类型的物联感知设备三种方式接入，将物联信息推送至物联信息分析处理模块，进行接入信号数据的挖掘分析，三种物联信号接入方式实现如下：
- 火灾报警控制器（消防报警主机）信号
通过用户信息传输装置将火灾报警控制器信号中接入系统，采集火灾报警控制器的火灾探测报警系统、自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统等消防系统中各项设备信息和工作状态。
- 视频信号
接入的视频信号包括社会单位内部已建视频资源和单位消防控制室、水泵房的新建视频资源，其中，消防控制室新建视频资源需要包含语音通话功能和人员在岗监测自动识别功能，在视频整合的基础上，实现视频灵活调阅、紧急视频存储等基础应用。
- 加装的物联感知设备信号
通过在社会单位加装液位传感器、压力传感器、控制柜状态模块、视频监控设备等前端物联感知设备，运用窄带和宽带互联网技术，实现对数据的解析传输和相应消防设施、环境状态的实时监测。通过在家庭场所加装智能烟感、智能可燃气体等探测器，实现对火灾状态的监测预警。
3.3 后台支撑规则数据处理模型
联网设备会产生大量的不同类型的数据，例如有些是设备运行信息，有些是设备故障提示、有些则是反映现场火灾状态的报警信息。
（1）数据分级推送规则
把汇集的所有消防设施信号按照火灾报警、设施故障程度、消防控制室脱岗等情况进行分类、分级建模，并按照不同等级向联网单位、监控中心和消防部门的不同角色人员进行推送，通过建立数据分级推送规则使得每个角色根据岗位职责可定向接收他最关心的数据，从而提高软件交互能力和使用率。
图2 物联网分级预警图
（2）告警信号甄别规则
法律赋予社会单位应该履行的消防安全职责使得消防控制室值班人员和社会单位消防管理人员成为该系统所有告警信号的第一接受方和处理方，同时需要设置告警信号甄别规则让监控中心成为督促单位及时核实信号真伪以及本级核实信号真伪的第二道防线，确保消防部门和联网单位接收到的重要告警信号是准确的、真实的。
（3）火灾风险评估模型
要在传统的、线下的火灾风险评估模型的基础上，将单位的静态基础数据、静态消防数据与动态的消防设施数据、消防管理数据等结合起来，建立单位、建筑火灾风险评估模型；同时综合考虑消防设施维保及家庭场所火灾发生历史等情况，将其作为评估因子纳入为区域性、城市级的火灾风险评估模型之中。
3.4 特色功能应用
本文对数据传输、汇集等基本系统功能不再进行阐述，重点提出安消联动、屏蔽备案、一键报警三个特色应用。应用系统分布如表1所示。
表1 城市物联网远程监控系统应用系统分布表
（1）安消联动
将每一个监控探头与火灾报警点位相绑定（系统根据消防竣工图建立精确的点位空间模型），一旦产生火灾报警信号，系统智能联动报警点位周边的视频摄像头，单位人员和消防部门不用到达火灾现场，就能多视角知晓现场情况，判断是否误报，并且可以通过辨别燃烧物质和烟气颜色，从而有针对性的采取火灾扑救措施。
（2）屏蔽备案
除发生火灾导致的消防报警主机动作外，还可能因建筑装修施工、系统维保检测、消防检查演练、设施设备误报等各种原因导致系统产生告警信号，这些原因将给系统运行带来较大负担。需要结合建筑平面图、报警设施点位图等数据，给社会单位提供消防报警主机点位屏蔽功能，切实降低不必要的系统误报。
（3）一键报警
针对没有设置火灾报警探测器的区域发生火灾的情况，提供联网单位进行火警直报的功能。该报警无需经过监控中心核实，直接由联网单位发起，系统同步将该单位的基本情况、人员情况、设施情况、平面情况、灭火预案、火灾现场情况等上报给消防部门和单位其他角色人员，以便减少电话报警时间和准确制定救灾策略。
4 实际应用
武汉市于2020年建成了城市级的消防物联网远程监控系统，该系统实现了对全市290家大型消防安全重点单位的联网监测管理，对750个小型餐饮场所的燃气泄漏情况监测和对1474户老弱病残家庭的火灾监测，并将这些联网单位对应的211个消防维保公司纳入联网范围，市消防救援支队和19个区消防救援大队参与了联网管理。该系统针对社会单位、维保公司、家庭场所、监控中心、消防部门5类用户对象共开发了4个PC端和4个APP端，涉及41个一级功能页面、142个二级功能页面和230个三级功能页面，构建了社会单位自主管理、家庭场所及时预警、监控中心协同监督、监管部门精准防控的武汉市火灾防控四级网络，如图3所示。
图3 武汉市城市物联网远程监控系统
（1）有效助力社会单位提升消防安全自主管理水平。系统设置了“单位百科”、“防火巡查”、“远程监测”等多个实用性强的功能模块，单位管理层可以远程查看本单位的基本情况、建筑情况、设施运行情况、消防控制室值班情况、防火巡查情况、隐患整改情况等，便于管理层实时掌握员工的履职情况，从而加大安全管理力度。
（2）探索约束消防设施维保行为。系统为联网单位和维保公司搭建了互通渠道，联网单位可向维保公司进行设备维修线上申请，维保公司对维修单的接收及内部派单情况、维保人员的到场情况、维保结果的线上反情况等，都是消防部门的抽查内容，促使维保单位及时恢复设施状态。
（3）闭环记录火灾发生、发展、消灭全过程。武汉市消防物联网远程监控系统与市消防救援支队119指挥调度系统实现了联动，从火灾报警探测器探测到火灾开始，闭环记录了单位核实告警信号、监控中心甄别告警信号、消防部门出动灭火的全过程，同时系统还向联网单位提供火灾现场的图像、影音记录功能，并自动存储消防报警主机的动作信号。
（4）多维度分析建筑、城市消防安全现状。系统可在单位类别、所在区域、设备类型、告警类型、告警时间等多个条件中进行设置，对单位基础信息、单位消防信息、机构及人员、联网设施、防火巡查、维保检测、档案信息等多个项目进行综合评分，得分低于60分的，系统将向消防部门端进行预警推送。系统以行政区划为对象，综合评估联网单位和家庭场所的消防安全状况，并形成火灾风险评估报告。
5 结论及展望
为有效提升社会面火灾防控能力，优先将重要级别高、防范能力弱的单位、场所纳入联网监测范围，并根据城市经济能力逐步扩充物联种类、完善软件功能、扩大联网体量，十分必要。随着信息技术的不断发展，物联感知设备将覆盖更多领域，感知到的数据将拥有更多传输方式，软件的应用功能将更加强大。但就当前实践情况而言，仍有一些方面值得探索，有一些问题亟需解决。譬如NB信号覆盖能力和传输能力受基站分布和物联感知设备安装位置的影响具有不确定性，监测数据可能无法有效传输，同时设备频繁发送信号也将缩短硬件寿命；譬如本文未提及智慧用电技术的应用，笔者认为目前市场上智慧用电产品种类繁多、功能不尽相同、价格相差甚远，如何在经济投入和经济效益之间达到平衡，从技术实现和成本控制上仍需探索；譬如消防中介市场的行业管理还不够规范，虽然现在已经取消设置门槛，但如何使用信息化手段规范维保行为、保障联网单位消防设施完整好用，还需要大胆尝试；譬如消防物联网系统的建设及运维模式还需进一步完善顶层设计，硬件购置、软件功能、项目维保、监控中心运营等方面都需要投入大量资金，如何有效减少当地政府经费投入同时让这种监管方式具有生命力，有效提高社会单位参与度并实现每年逐步扩容联网，需要从建设模式、资金渠道、当地政策等方面认真研究、探索。
当前，国家标准--《城市消防远程监控系统技术规范》已经再次进行修订并即将出台，其中的新思路、新技术将进一步打开我们的视野；少数省、市已经出台地方性标准，将实行联网管理与消防控制室1人值班政策相挂钩，以推动加速物联网系统扩容进程。无论是消防监管部门还是联网社会单位，无论是软件研发公司还是硬件研制企业，都有很大的空间去推动物联网系统建设及运维模式不断健全、技术产品不断革新、软件功能不能完善，形成当地政府、消防部门、社会单位、技术公司4者共赢的格局。
参考文献
1 路亚彬,朱蕾,查俊.基于“互联网+安全保险服务”的消防社会化服务模式探讨和研究[J].消防论坛,2020,6:26-30.
2 吴延昌.基于物联网的社区智慧消防管理系统设计[J].物联网技术，2018,10:54-56.
3 王培平,陈朝阳,管佳林,尚文权,广龙.基于物联网技术的消防安全管理创新实践[J].工业安全与环保,2020,46(11):74-77.
4 车辉,邢慧芬,樊玉琦,郑淑丽.基于大数据的火灾智能预警系统[J].计算机系统应用，2020,29(10):126-126.
5 程超,黄晓家,谢水波,吴懂礼,蒋为.智慧城市与智慧消防的发展与未来[J].消防科学与技术,2018,37(6):841-844.
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