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消防管理新技术应用_城市综合体消防安全关键技术研究

时间:2020-10-23 百科知识 联系我们
消防管理新技术应用_城市综合体消防安全关键技术研究

物联网、计算机技术、云计算、智能传感探测等技术的飞速发展,为城市综合体建立消防安全数字网格化系统提供了必要的技术支持。物联网以物质识别为基础,能够采集各物质的信息,通过各种网络把这些信息传送到服务中心,然后通过服务中心根据需要提取相关信息供用户使用。智能传感探测技术则运用现代智能化的探测器监控技术,实现数据的自动、主动获取。云计算技术彻底改变了以往分散管理的模式,在云端提供集中存储、集中分析处理,信息高度共享,显著提高了应用系统的可靠性,降低了运行成本。

1.物联网技术

1999年,麻省理工学院Auto-ID研究中心提出物联网概念,将它初步定义为通过射频识别(RFID)、无线数据通信技术和条码等信息传感技术设备把物品与互联网连接起来,实现智能化识别和管理功能的网络。2005年,国际电信联盟(ITU)在The Internet of Things的报告中对物联网概念进行了扩展:基于RFID技术、传感器技术、纳米技术、智能终端等现代化技术,利用无所不在的网络和无所不在的计算实现任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联。2009年,IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念,他提出把智能传感器嵌入和装备到电网、桥梁铁路建筑隧道、公路、供水系统、油气管道、大坝等各行各业的物体中,将其连接起来,构建并形成所谓的“物联网”,然后将“物联网”与当前的互联网连接并整合起来,实现人类社会与“物物”系统的整合。同年,欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目组(CERP-IoT)发布了“物联网战略研究路线图”,将物联网定义为“是未来互联网一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议,且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的6物’都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口实现与信息网络的无缝整合”。物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一,发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。我国对物联网发展也高度重视,2011年11月28日工信部颁布《物联网“十二五”发展规划》,推动我国物联网由起步发展进入规模发展的阶段。

物联网作为一个系统网络,与其他网络一样,也有其内部特有的架构。从技术架构上可将物联网分为三层:感知层、网络层应用层

如图7-2所示,感知层作为物联网架构的基础,主要利用RFID、传感器、二维码等达到对信息采集的目的。网络层则作为物联网架构的中间层面,承载着对感知层采集来的数据的网络传输,通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去。应用层是物联网的最终目的,利用云存储、云计算、数据挖掘、中间件等技术,对感知层获取的信息进行处理,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

1)物联网感知层

感知层是物联网的基层,用于实现对物联世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制,并通过终端模块将物理实体连接到网络层和应用层。这里的感知层就是把所有物品通过一维/二维条码、RFID、传感器、红外感应器全球定位系统等信息传感装置自动采集与物品相关的信息,并传送到上位端,完成传输到互联网前的准备工作。比如在供应链管理、工业控制、智能交通智能家居中都得到很好的应用。例如,粘贴在设备上的RFID标签和用来识别采集RFID信息的读写器就属于物联网的感知层。人们采集到的信息是RFID标签里面存储的内容,需要在采集装置的本地进行处理,然后将有用的数据传输到系统控制管理中心。如高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等,都是基于此类结构的物联网应用

图7-2 物联网的三层架构

感知层作为物联网架构的基础层面,主要是达到信息采集并将采集到的数据上传的目的,感知层主要包括自动识别技术系统和传感器(条码、RFID、传感器等)、无线传输技术(WLAN、 Bluetooth、 ZigBee、 UWB)、自组织网技术和中间件技术

2)物联网网络层

物联网的网络层可以理解为搭建物联网的网络平台。它依托现有的移动通信网、互联网和其他行业的专网,通过各种接入设备把感知层数据与上述网络相连,实现应用层与感知层的数据传输。信息通信网络是承载信息传输的网络服务平台,是信息化社会的基础设施。信息通信网络传输的信息不仅包括文字、音频、视频等多媒体信息,还包括位置数据、传感器数据等一切能够从感知层获取的信息。 目前的信息通信网络主要包括面向公众的互联网、电信网、广播点式网,以及服务于各类行业应用的专用网络,如交通、电力等行业专网。

网络层的传输手段可以分为无线通信和有线通信两大类。有线通信可分为相对短距离的现场总线和相对长距离的可支持IP的网络等。无线通信可以分为短距离接入技术的无线网状网(Mesh、 ZigBee等)、 RFID、 WiFi/WiMAX等和中长距离的GSM、 CDMA(2G/3G/4G)、卫星通信技术等两大类。

3)物联网应用层

物联网应用层主要将物联网技术与行业系统相结合,利用经过分析处理的感知数据,进行数据处理封装,为用户提供丰富的特定服务,以实现广泛的物物互联的应用解决方案和智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。应用层是物联网发展的目的,也是整个物联网体系中最接近用户的层面。应用领域涵盖环境监测、智能电网、智能家居、智能交通、工业监控等多个领域,应用服务支持平台用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通等,主要包括物联网的高可靠性、高稳定性、高环境适应性、高智能化中间件,如信息管理、业务分析管理、服务管理、用户管理、目录管理、终端管理、认证授权、会话交互等。

应用层主要包括应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能,主要包括公共中间件、信息开放平台、云计算平台和服务支撑平台。应用服务子层包括智能交通、供应链管理、智能家居、工业控制等行业应用。

2.BIM技术

1) BIM概念及发展背景

BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项目的相关信息,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

BIM的英文全称是building information modeling,国内较为一致的中文翻译为建筑信息模型

(1) BIM应用深度划分和对应价值。

LOD100:概念设计阶段模型,满足设计概念效果论证的要求。

LOD200:方案设计或扩初设计阶段模型,论证各类方案和编制项目预算

LOD300:深化施工图阶段模型,指导施工、编制施工计划、施工方案组织和工程量清单统计等。

LOD400:加工阶段模型,是模块化加工、定制生产的依据。

LOD500:竣工阶段模型,为建筑运营和维护系统提供数据协同平台。

(2) BIM应用方式分类(图7-3)。

图7-3  BIM应用方式分类

分阶段建模:能解决的问题包括为满足某一阶段的需求,有针对性地搭建所需深度的模型,节约成本,实现项目论证、方案展示、性能效果模拟、深化设计等功能。

全过程管理:能解决的问题包括统一建模标准,使各参与单位搭建、使用模型无障碍;能够实现图纸深化设计和项目管理对接,实现5D(3D+时间+成本)管理;竣工时,实现与物业管理销售展示等工作对接,发挥模型在项目运营阶段的价值。

数据协同平台搭建:能解决的问题包括参与各方可以通过互联网,使用电脑手机等终端设备,实时与模型写入、读取数据,实现项目的动态管理;公司管理层和其他部门可以通过协同平台实时了解项目情况,便于做出更为准确的决策

2)国内外BIM起源及应用

(1)国外BIM起源及应用。国外BIM应用始于美国,美国总务管理局(GSA)2003年推出了国家“3D-4D-BIM”计划,并陆续发布了系列BIM指南,由此,BIM技术在建筑行业的应用开始了快速发展阶段。国外BIM使用情况见表7-23。

表7-23 国外BIM使用情况

(2)国内BIM起源及应用。北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统南水北调工程以及香港地铁项目等开始BIM技术的应用。国内BIM使用情况见表7-24和表7-25。

表7-24 香港台湾地区BIM使用情况

表7-25 大陆BIM使用情况

(3)相关部门对BIM应用的要求。

① 2011年5月20日住建部发布《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》。“十二五”期间,基本实现建筑企业信息系统的普及应用,加快建筑信息模型、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用,推动信息化标准建设,促进具有自主知识产权软件的产业化,形成一批信息技术应用达到国际先进水平的建筑企业。

②沪规土资建〔2013〕8号文中提出《上海市建设工程三维审批规划管理试行意见》,要求部分重点地区在项目报规、方案咨询、方案审批、竣工验收阶段均需提供电子版三维模型

③ 2013年8月29日住建部发文《关于征求关于推进BIM技术在建筑领域应用的指导意见(征求意见稿)意见的函》中,提出建设一定数量的BIM应用示范工程,同时要求政府投资的2万m2以上大型公用建筑以及申报绿色建筑项目的设计、施工采用BIM技术。

④ 2014年5月北京质量技术监督局以及北京市规划管委会发布《民用建筑信息模型设计标准》(DB11/T 1069—2014),提出BIM的资源要求、模型深度要求、交付要求是在BIM的实施过程规范民用建筑BIM设计的基本内容。该标准于2014年9月1日正式实施。

⑤2014年7月1日住建部发布《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》。推进建筑信息模型等信息技术在工程设计、施工和运行维护全过程的应用,提高综合效益,推广建筑工程隔震技术,探索开展白图代替蓝图、数字化审图等工作。

⑥ 2014年7月30日山东省人民政府办公厅发布《山东省人民政府办公厅关于进一步提升建筑质量的意见》,明确提出推广建筑信息模型技术。

⑦ 2014年9月16日广东省住房和城乡建设厅发布《关于开展建筑信息模型BIM技术推广应用工作的通知》,提出目标:到2014年底,启动10项以上BIM技术推广项目建设;到2015年底,基本建立广东省BIM技术推广应用的标准体系及技术共享平台;到2016年底,政府投资的2万m2以上的大型公共建筑,以及申报绿色建筑项目的设计、施工应当采用BIM技术,省优良样板工程、省新技术示范工程、省优秀勘察设计项目在设计、施工、运营管理等环节普遍应用BIM技术;到2020年底,广东省建筑面积2万m2及以上的工程普遍应用BIM技术。

⑧ 2014年10月陕西住房和城乡建设厅发布《陕西省级财政助推建筑产业化》,提出重点推广应用BIM施工组织信息化管理技术。

⑨2014年10月29日上海市人民政府办公厅发布《关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》,提出目标:通过分阶段、分步骤推进BIM技术试点和推广应用,到2016年底,基本形成满足BIM技术应用的配套政策、标准和市场环境,上海市主要设计、施工、咨询服务和物业管理等单位普遍具备BIM技术应用能力。到2017年,上海市规模以上政府投资工程全部应用BIM技术,规模以上社会投资工程普遍应用BIM技术,应用和管理水平走在全国前列。

图7-4 传统设计流程图

3) BIM的应用价值

(1)设计流程的改变。传统设计流程图、基于BIM的设计流程分别如图7-4和图7-5所示。

图7-5 基于BIM的设计流程图

(2)提高图纸综合深化的效率(表7-26)。

表7-26 二维与三维管线综合图纸深化效率对比

(续表)

(3)保证信息的完整性。传统的设计图纸包含系统图+平面图+剖面图+大样、抽象符号+非空间位置,如图7-6所示。BIM设计图纸包含管径规格+空间位置+造价信息+材料属性、使用年限+维修状况+厂家信息,如图7-7所示。

图7-6 传统的综合管线设计示意图

(4)革新数据间的传递方式。如图7-8所示,多方传递经常导致信息传递不及时,传递的信息不准确,重复修改,效率低下,成本增加。如图7-9所示,通过BIM模型和数据协作平台的建立,根据参与方的性质分配权限,各方均在同一平台上读取、写入数据,保证信息完整、准确、统一、实时。

3.消防网格化管理技术(www.guayunfan.com)

针对当前消防安全监管工作中存在的问题,为了实时、动态地监视消防设施、设备的运行情况,弥补消防监管盲区,运用智能化、数字化的技术消除消防信息孤岛,完善消防培训、消防政策法规宣传工作,提高消防监管水平和工作效率,使消防安全责任更加明确化、精细化,消防数字网格化管理系统的研究和开发得到了长足的发展。

图7-7 BIM设计图纸

图7-8 二维条件下的业主协作方式

图7-9 三维条件下的业主协作方式

消防数字网格化管理系统有助于提高消防管理协作水平,节省管理成本,提高工作效率,切实解决消防监管中存在的信息孤岛和监管盲区。通过基于WebGIS的地理信息平台网格地理信息和遥感影像,按照从省、市、县(市、区)、街道(乡镇)、社区(村)、责任片区的区划模式,实现由大网格到中网格再到小网格的逐级精细化网格划分,明确网格负责人的监管责任,建立精细化网格排查整治模式;通过研发智能化隐患排查整治模块,实现消防安全检查记录、火灾隐患移交、消防宣传记录等信息的智能分类上传;通过设置消防信息发布模块,采用信息评级筛选机制,实现信息的分级、分类智能推送;通过智能探测技术、定位技术、应急地理信息系统技术实现灾情的实时定位、智能模拟以及应急预案的生成;通过云计算、数据挖掘技术实现对各单位的火灾风险分析评价,进而实施对应的火灾隐患排查整治、消防宣传教育等活动;通过云计算、云存储技术实现一体化的信息管理平台,将信息的传输、处理、储存、资源管理和搜索等功能模块集成化、一体化。

4.云存储、云计算技术

从建设智慧决策系统的角度而言,云存储、云计算技术是其中最为关键的技术。智慧决策系统分为智慧指挥决策云平台和用户终端发布两部分。云平台通过感知层全面采集信息,并通过网络层与各类终端保持通信,实现分布式信息的云存储。为了有效地提供智慧决策的支撑,在云平台内部需要存储大量的数据。对于消防部门,可能需要存储的数据包括法律法规、消防人员和装备分布、装备参数、地理信息、市政信息、消防重点单位信息、历次事故案例等。为有效实施应急救援,可能还需要存储地质、水文、气象等诸多数据。为了能够有效利用这些数据,需要提供信息查询和数据挖掘的功能。云平台的实时信息来自感知系统,往往需要对这些数据进行深入处理,提取与消防有关的关键特征,作为支持决策的依据。

云平台的辅助决策功能主要包括被动响应和主动响应的方式。前者通过感知系统获得关键特征,与事先存储的特征参数库进行比较,确定适用场景,从相应预案库中提取相关方案;后者通过计算机仿真的方式,根据事先建立的计算机模型和初始条件,对于事故发展规律进行预测,如预测火灾蔓延情况及对建筑、人员影响,预测有毒气体泄漏区域及毒害等,并根据结果调用相应预案。辅助决策建议可以提供给现场指挥员,也可以提供给指挥中心。指挥中心在综合分析后,可利用远程智慧功能对现场进行指挥、指导。

智能指挥决策云平台分为私有云和公共云。消防部门需要维护私有云来保证应急智慧决策系统的服务质量和可用性,同样,交通、市政等信息也有赖于其他部门的私有云提供相关信息。而模拟仿真等需要较大的计算能力,利用率又较低,可以通过公共计算中心的公共云来提供相应的云计算服务,如图7-10所示。

图7-10 智能指挥决策云平台

用户终端与云平台保持通信,并用本地应用程序将指挥决策信息通过合适的方式进行可视化显示,并能够输入信息实现双向交互。针对指挥中心、消防业务部门、其他政府部门、现场指挥员等不同用户提供不同的应用程序,满足其功能。

及时的信息发布对促进人民群众理解消防动态、保障人民群众生命财产安全、维护社会稳定、构建和谐社会有着极为重要的意义。动态的信息发布意味着多渠道、多方位地发布有时效性、稳定性、针对性的信息,如图7-11所示。平时可以发布遇灾逃生、自救互救等科普宣教知识,本地消防安全信息,消防安全领域的大事件,从而促使群众了解消防、关注消防;而一旦发生危机情况时,则需要准确及时发布火险预警信息,火灾发展动态,政府应急事件处置、措施等信息,实现相关信息的透明化、公开化。

图7-11 动态信息发布

动态信息发布要求整合“云存储”技术,数据过滤与信息保护技术,多平台异构信息集成技术以及数据的“云发布”技术等。

5.智能无线管网监测技术

无线消防管网监测器包括前端管网的水压测量,实现实时数据传输、管网传感器电路监测、电池电压监测、故障指示等,在消防管网的安全检测中起到了巨大的作用,也方便了消防管道的日常检查,对监测消防设备状态有重要的意义。

智能无线管网监测的电讯方案的互联方式是通过ZigBee无线网络连接到现场控制器或手持终端,如图7-12所示。

如图7-13所示,无线管网监测的硬件结构由电池、电源模块、压力传感器、信号处理电路、嵌入式控制器、无线通信模块六部分构成。

图7-12 智能无线管网监测的电讯方案

图7-13 无线管网监测的硬件结构

如图7-14所示,无线管网监测的软件结构特点如下:

(1)低功耗设计,延长电池使用寿命。周期性启动无线通信接收电路,系统长时间处于睡眠低功耗状态,被动式接收现场控制器、手持终端指令,发送数据。

(2)降低无线通信漏码、误码率。采用随机延迟、多帧发射,设置合理的睡眠、工作周期,ZigBee协议标准。

(3)安全加密是采用AES-128位加密方式。

6.视频极早期火灾探测技术

视频火灾探测与传输系统由网络高清摄像头实时获取被监控场所视频图像,完成视频转换处理,通过烟雾和火焰特征的极早期探测,确定火灾区域,通过网络输出报警和状态信号,输出标明火灾区域的视频,并可与以太局域网连接的设备协同工作,实现远程管理与控制。

图7-14 无线管网监测的软件结构

在消防监测中,早期火灾通常是阴燃阶段,所以对烟雾的探测在火灾的预防中显得格外重要。烟雾视觉特征包括烟雾图像的颜色、纹理、半透明、闪烁和轮廓等特征,目前应用较广泛的是对颜色特征的提取。但是在复杂场景实际应用中仅提取颜色特征不能很好地区分和烟雾颜色相近的物体,此时误判是不可避免的。

特征提取方法需要根据监控场景背景图像来选择。例如受限空间内,光线变化小,背景图像清晰,烟雾图像识别可以选择半透明特征,而这种体征提取方法在户外监控场所,则由于光线变化较复杂,不宜选用。可以通过提取多个特征来提高火灾图像判别的可靠性,采用颜色和光流法提取运动速度相结合,在实际的测试中得到了令人满意的效果。

特征识别是可视火灾探测中不可或缺的重要组成部分,提取到的特征值需要通过这一步骤来判断是烟雾特征值还是干扰源特征值,并做进一步的判断以给出报警信号。

视频火灾烟雾探测器系统架构如图7-15所示。

图7-15 视频火灾探测系统架构图

视频火灾探测系统的软件结构如图7-16所示。

图7-16 视频火灾探测系统的软件结构

7.消防安全评估

综合体消防安全评估是指通过定性分析和定量计算,预测综合体火灾事故发生的可能性和严重程度,使综合体管理部门能够较为准确地认识其消防安全风险,进而有针对性地提出消防对策,降低火灾风险,保护人身和财产安全。

1)评估目的

为了提升综合体的消防安全程度,可以采取建筑消防安全评估方法,更为精细地管理综合体消防安全问题。主要包括:

(1)查找、分析和预测综合体及其周围环境存在的各种火灾风险源,以及可能发生火灾事故的严重程度,并确定各风险因素的火灾风险等级;

(2)针对不同风险因素的风险等级,根据综合体自身的经济和运营等承受能力,提出合理可行的消防安全对策与措施。

2)评估原则

综合体消防安全涉及许多因素,消防安全评估过程就是探索各影响因素之间动态变化的过程。在这些影响因素之间,既有有利因素,也有不利因素,消防安全评估的结果就是不利因素与有利因素动态博弈的结果。构建消防安全评估指标体系,就是最大限度地确定这些影响因素,以及综合考虑各种影响因素之间的相互作用。建立评估指标体系是综合体消防安全评估的核心问题,应遵循科学性、系统性、综合性、适用性原则。

3)评估内容

(1)分析综合体内可能存在的火灾危险源,合理划分评估单元,建立全面的评估指标体系。

(2)对评估单元进行定性及定量分级,并结合专家意见建立权重系统。

(3)对综合体的火灾风险做出客观公正的评估结论。

(4)提出针对性的消防安全对策及建议。

4)评估流程

(1)信息采集。在明确消防安全评估的目的和内容的基础上,收集与综合体安全相关的各种资料,包括综合体的地理位置、使用功能、消防设施、演练与应急救援预案、消防安全规章制度等。

(2)风险识别。火灾风险识别就是要确定综合体可能面临的火灾风险主要来自哪些方面,这一查找风险来源的过程是开展消防安全评估所必需的基础环节,只有充分、全面地把握综合体所面临的火灾风险的来源,才能完整、准确地对各类火灾风险进行分析、评判,进而采取合理有效的火灾风险控制措施,确保将综合体的火灾风险控制在可接受的范围之内。火灾风险识别所需要分析的因素主要包括影响火灾发生的因素、影响火灾后果的因素和消防安全措施的有效性分析。

(3)评估指标体系建立。在火灾风险识别的基础上,进一步分析影响因素及其相互关系,选择出主要因素,忽略次要因素,然后对各影响因素按照不同的层次进行分类,形成不同层次的评估指标体系。综合体消防安全评估一般分为两层或三层,每个层次的单元根据需要进一步划分为若干因素,再从火灾发生的可能性和火灾危害等方面分析各因素的火灾危险度,各个组成因素的危险度是进行系统危险分析的基础,在此基础上确定综合体的火灾风险等级。

(4)风险分析与计算。根据不同层次评估指标的特性,选择合理的评估方法,按照不同的风险因素确定风险概率,根据各风险因素对综合体的影响程度,进行定量或定性的分析和计算,确定各风险因素的风险等级。

(5)风险等级判断。在经过火灾风险因素识别、评估指标体系建立、消防安全措施有效性分析等几个步骤之后,对于被评估的综合体是否安全,其安全性处于哪个层次,需要得出一个评估结论。根据选用的评估方法的不同,评估结果有的是局部的,有的是整体的,这需要根据评估的具体要求选取适用的评估方法。

(6)风险控制措施。经过消防安全评估之后,综合体的总体评估结果可能会属于极高或高风险,也可能属于中风险及以下。通常情况下极高风险和高风险超出了可接受的风险水平,需要采取一定风险控制措施,将综合体的火灾风险控制于可接受的风险水平以下。常用的火灾风险控制措施包括风险消除、风险减少和风险转移。

①风险消除。指消除能够引起火灾的要素,也是控制风险的最有效的方法。由于空气无处不在,因此主要可行的措施是消除火源和可燃物。例如不在可燃物附近燃放烟花、电焊作业时清除附近的可燃物。

②风险减少。在综合体的使用过程中,经常会出现需要在有可燃物附近进行用火、电焊等存在引起火灾可能性的情况,这时候既不能消除火源,也不能清除可燃物。为了减少火灾风险,需要采取降低可燃物的存放数量或者安排适当的人员看管等措施。

③风险转移。指与他人共同分担可能面对的风险。对于综合体而言,火灾风险转移并不能消除或降低其面临的风险,但是对于综合体所有者或使用者而言,通过风险转移可以降低其面临的风险。风险转移主要通过保险来实现。