淺析智慧消防巡檢系統在高速公路隧道的應用
發布時間：2022-01-26瀏覽次數：1527返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:隨著高速公路的建設不斷發展，公路隧道的建設越來越多，隧道的消防安全管理越顯得尤為重要。為進一步加強隧道消防安全管理，紫惠高速公路隧道通過應用科學的交通智能技術集成了智慧消防巡檢系統，系統運行后能實時地監控管理隧道內消防設施，自動巡檢并在發現故障異常后及時告警，提高了對隧道消防設施的人工巡檢效率，有效地保障了隧道消防設施的可靠可用，對及時處置隧道火災事故和保護人民生命財產安全具有重要作用。
關鍵詞:智慧消防;巡檢;隧道
1公路隧道安全運營環境
公路隧道一般呈扁坦狀、大斷面，多為雙孔狀設計，相比通常的路面、橋梁結構，隧道結構較為封閉，空間狹小，且隧道內的亮度、通風和氣候環境較差等特點。因此，通車運營的隧道一旦發生火災事故，則易造通堵塞，隧道內人員、車輛面臨疏散困難，不利于及時采取營救措施;伴隨火災事故的持續，隧道內燃燒、產生的高溫或爆炸現象，易對現場人員造成缺氧、中毒或物體撞擊等惡性事故。因此，在火災發生初期，隧道內消防設施能及時監測發現火災事故，現場人員及時采用消防栓、滅火器等設備將火災消滅在萌芽階段，快速有效地控制和消除火災事故，減少火災事故帶來的損傷。
2隧道消防安全運營管理現狀
近年來，雖然高速公路隧道安全運營管理不斷受到重視，但在實際工作中仍存在一些失控漏管的現象。其中隧道消防設施建設完成并交付使用后，日常的維護管理往往容易被忽視或者不重視，這就容易導致隧道消防設施如滅火器失效或缺失、消防管道失壓、消防栓閥門生銹失效及水龍帶漏水等問題未及時發現和修復;其次高速隧道一般地處偏遠，車流量大，且部分隧道里程較長，部分養護人員在巡檢工作中可能也是隨機抽查，走過場形式的巡檢;再者由于養護單位安排的維護或操作人員的技術水平和經驗不足，不能勝任現場巡檢和故障處理，致使巡檢工作不能達到預期目標。因此，管理上存在的缺陷因素，給隧道消防設施維護管理提出了高的要求和挑戰。
3隧道消防安全的建設
結合隧道消防安全特點和管理現狀，紫惠高速公路隧道消防建設嚴格按照國家安全標準進行設計，不僅注重隧道結構安全，重視為保障營運安全而增加的保障措施。如為了提高隧道內建筑本身的抗火性能，隧道墻體及附屬建筑物增加防火涂料，提高墻體耐高溫的能力，同時設計隧道內的裝飾材料在高溫下無有毒氣體釋放，以免對滯留人員造成危害。在隧道消防設施建設方面，除采用了傳統的水消防系統、干粉滅火器、水成膜滅火器等裝置外，還配備了火災報警器、環境檢測器、強排式風機、緊急疏散指示標志等配套設備，進一步確保發生火災事故時，及時、快速的進行滅火處理。
另外，紫惠高速公路在建設前期根據實際和標準規范要求又進行了深度設計，在傳統的消防系統建設基礎上，通過了應用現代物聯感知設備、無線網絡傳輸設備及智慧分析管理平臺等集成智慧消防巡檢系統的設計方案，并試點在單洞1．5km長的好義隧道進行安裝和投入了使用，提升了對隧道消防設施的監控管理水平。
4智慧消防巡檢系統的架構
為進一步加強對消防設施的管理工作，減少人工巡檢的頻次和工作量，紫惠高速在隧道內實施了智慧消防巡檢系統，制定了基于低功耗智能傳感器技術、LoＲa容錯無線傳輸技術、智慧運維平臺技術的改造方案，采用物聯網監測模塊、網關、無線傳輸的方式，在不改變原有系統的前提下，通過軟硬件系統結合，將隧道的消火栓、滅火器、消防管道、水泵房和高位水池液位等設施的狀態數據進行收集、整合，實現對隧道消防設備的自動巡檢功能。
4.1智能感知設備
智能感知設備是智慧消防巡檢系統的基礎設備，為可靠有效的采集到消防設施的狀態數據，在隧道原有基礎上增加消防水管智能壓力傳感器、滅火器箱智能傳感器(包括滅火器壓力、水成膜泡沫液位和門禁)、水泵房水浸傳感器等。其中LoＲa智能型水壓傳感器安裝義隧道消防管始端、末端及中段位置靠近水閥處，用于實施監測管道水壓;LoＲa智能型滅火器箱傳感器安裝在消火栓箱、滅火器箱門上，檢測其的開閉狀態以及部分滅火器失壓報警
試點檢測信號，在箱門打開或破壞時上傳報警信號;而智能型水浸傳感器用于安裝在隧道水泵房內，檢測有無漏水或浸水現象。主要設備參數選型見圖1。
圖1主要設備參數選型表
4.2傳輸設備
由于需要采集的設備量大，為減少成本且有利于施工，傳輸設備選擇數據接入能力強的智能物聯網網關，允許接入各種消防主機、電氣火災控制器、消防栓、煙感等第三方物聯設備。LoＲa網關可以并行接收、處理多個節點數據，拓展系統容量，其具備低功耗、抗干擾能力強，且通信距離較遠的優點。智能感知設備采集的數據通過LoＲa網關傳輸設備匯聚集中控制器進行傳輸，能在不影響原有隧道設備通信系統的基礎上，可靠有效地將數據進行傳輸。
4.3智慧分析平臺
智慧巡檢系統的數據、分析處理、數據生成及應用等方面都是通過智慧分析平臺完成，管理客戶端的智慧分析平臺軟件界面上，能顯示消防栓、滅火器箱、風機、卷簾門等設備的狀態信息，直觀的通過設備顏色狀態判定設備狀態，產生的告警信息能通過APP軟件、微信及短信推送給相應的管理人員，實現了對隧道消防設備的實時健康監測，根據設備故障的重要程度，有針對性的進行維護管理工作。
4.4數據應用
智慧消防巡檢系統可以根據設備的重要程度，設置定期智能巡檢的時間和頻率，制定相應的巡檢策略，實時有效的監測前端設備狀態。若系統檢測到前端消防栓水壓超出限壓值、滅火器箱門開關狀態、消防水管失壓、水泵房漏水浸水、卷簾門在線狀態等異常報警信息，則及時在監控客戶端上告警提示，并將信息通過APP軟件、微信及短信推送給主要管理員進行相應處理。同時通過系統采集的數據、歷史故障信息等記錄進行分析，為設備采購、故障判別、修復處理措施提供科學的依據。
5系統應用效果
智慧消防巡檢系統自2021年1月完成聯調并投入使用后，通過不斷優化完善系統功能，逐步實現了用戶方對系統的需求期望，一定程度上減少了人工巡檢的工作量，降低了巡檢時帶來的風險隱患，提高了對隧道的安全管理水平。
5.1實時的監測和管理
智慧消防巡檢系統是基于傳統的消防系統基礎上進行的升級改造，對原有設備及網絡的影響較小，而且前端采用的感知設備、網絡傳輸設備基本為當前市場主流設備，設備成本低、安裝簡單，應用推廣難度底。系統投入運行后，而管理人員可隨時通過一臺可連接互聯網的電腦客戶端登錄對應網址，就可遠程在線查看當前隧道消防設備情況，提供了科學的管理和便捷。
通過近6個月系統運行，核查統計平臺的告警記錄有112條，其中經消防栓水壓告警記錄27條，高位水池液位告警記錄12條，滅火器箱告警記錄25條，火災報警記錄36條和卷簾門告警記錄12條，根據告警提示與現場檢查，故障上報正確率達98．5%，滿足規定指標要求。當然，對于系統運行過程中存在誤報現象，通過不斷改進調優，大大實施監測的準確度，為實施智慧的消防設施的管理及維護提供了科學依據。
5.2的智慧化巡檢
智慧消防系統應用相相比人工巡查具有便捷性，具有高巡檢效率。例如消防管道的巡查，傳統的管理措施是通過人工巡查或逐段查找方式來發現和確定故障點，在消防管道距離長、消火栓數量多等情況下，靠人工巡檢手段相對落后，巡檢效率低。而通過智慧消防巡檢系統，則可通過監測管道水壓或流量變化，在超出一定范圍時平臺能夠自動監測并根據對應漏水位置快速發出報警提示，監控人員時間知曉并進行處置，大大的節約了人力發現和確定故障的成本。
系統在運行期間，通過自動巡檢發現了隧道高位水池液位異常并向管理平臺告警，監控人員及時發出故障通知，機電維護人員根據故障點針對性的進行排查檢修，發現為抽水泵故障導致無法抽水，并經過搶修換，地解決了故障隱患。
5.3降低人員安全風險
傳統的人工巡查往往是現場進行，由于隧道內車輛行駛速度快、隧道內光線環境較差且維護空間小等因素，維護人員現場作業前按照相關安全標準規范行圍蔽，但由于高速公路施工安全圍蔽往往耗時長，擺放交通安全設施時人員面臨的危險隱患也較高。而系統投入使用后，監控人員便能實時監測隧道消防設施的現狀，發現故障或異常事件后能快速且有針對性的進行處置，減少了在隧道內巡檢的頻率，降低了維護人員暴露在隧道現場的概率，很大程度地保障了人員的生命安全。
智慧消防巡檢系統的實施，一定程度提高了紫惠高速對隧道消防設施的管理，但系統仍有優化提升空間。例如系統能結合日常運營安全管理需求，制定隧道安全應急管理的方案策略，當隧道發生火災事故后，系統除能進行及時告警提示外，還能根據事故類型按照預先確定的策略自動進行應急處置，能快速聯動地進行交通誘導、信息發布、消防滅火等各項措施，好地為運營安全管理服務。
6安科瑞智慧消防平臺介紹
6.1平臺結構
6.2平臺主要功能介紹
6.2.1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。
6.2.2消防子系統
智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統、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和視頻監控子系統等。智慧用電子系統可以接入電氣火災、孤航電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統進入智慧用電監控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節點顯示具體探測器的監控頁面。
消防水子系統可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監控消防水管網的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當消防水壓不夠，管網漏水時，系統也能實時地發出警報，能讓相關人員及時維修維護，保障消防安全。
防排煙子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、及氣體滅火信息等數據采集，實時秒級檢測煙霧，一且發現監測數劇超過風險閾值，APP、短信報警、報警統統上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業主、物業消防單位是哪個位置的火災隱情。
消防設備電源子系統實時監控消防系統各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態，確保消防設備供電正常，并對各個部件電源產生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示。可長期記錄電壓電流運行參數，自動對消防電源一段時間的運行狀態進行分析，對可能產出問題的隱患進行警示。
防火門子系統通過與門禁報警、視頻識別的關聯，實時監控消防通道、安全出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障安全的生活、工作環境。
應急照明與疏散指示子系統可實現對各個應急燈具的實時監控和控制，當發生火災時，可準確的給出安全的疏散路徑指示，智能打開消防應急指示燈的指示方向及應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引安全逃生方向。
視頻監控子系統數據部門收到感應端各子系統報警信息后，可調出報警位置關聯的監控攝像頭圖像，查看報警現場視頻輔助進行火情確認。實現火災報警子系統、消防水子系統、電氣火災子系統、防排煙子系統、消防設備電源子系統、防火門子系統和視頻監控子系統的有機結合，實現了報警點和監控點的聯動。
消防設備管理子系統能夠將每個建筑、項目節點的所有消防設備和資產納入管理，對一些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯動GIS調度子系統進行調度。
6.2.3隱患管理
隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發、隱患處理和隱患分析四個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息，并進行派發和處理操作，且對所有隱患進行統計分析。
6.2.4能耗分析
能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環比、能耗報表和能耗預測等五個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的能耗統計、同環比和報表，且按日、周、月等維度進行能耗預測分析。
6.2.5APP
APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶查看電氣火災、防排煙、消防水、消防設備電源、防火門、消防設備管理、視頻監控、火災報警等子系統的實時監控數據、報警信息、能耗統計等。
6.3推薦配置
6.3.1平臺服務器：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
6.3.2系統現場推薦硬件配置清單：
注：以下配置為針對1個回路選型，其中剩余電流互感器應根據現場回路電流大
6.4產品介紹
電氣火災監控探測器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網絡上傳，單表流量說明：
上傳間隔一分鐘，小于30M/月；
上傳間隔二分鐘，小于15M/月；
上傳間隔五分鐘，小于10M/月
7結語
高速公路隧道消防安全管理是一項復雜的系統工程，紫惠高速應用了科學的交通智能技術，集成了軟硬件設備，實時地收集、和分析隧道消防設施的狀態數據，通過智慧消防管理平臺分析整合，實現了對隧道消防設備的自動巡檢功能。系統通過實施并投入使用后，減輕了一線員工對隧道設施的人工巡檢力度，降低了日常巡檢成本和風險隱患，便捷地實現了對隧道內消防設施的監控管理，對保障隧道運營安全和人民生命財產不受損失具有積意義。
參考文獻
[1]黃常基.智慧消防巡檢系統在高速公路隧道的應用
[2]黃哲．高速公路隧道消防安全管理的研究［J］．消防技術與產品信息，2015(2)．
[3]安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平臺2020版
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246
