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摘要：為(wei) 解決(jue) 當前“智慧消防"建設中存在的感知層接入硬件種類有限、接入技術手段欠佳等問題，探討了窄帶物聯網技術（NB-IoT）在智慧消防建設方麵的應用問題，提出了以NB-IoT終端為(wei) 采集層、以公共物聯網、大數據、雲(yun) 計算、區塊鏈和人工智能等技術為(wei) 網絡層，以火災風險研判、消防監督信息化管理、社會(hui) 單位化管理、消防設備數字化管理及智能化滅火救援為(wei) 應用層的“智慧消防"建設3層架構模式，以提升全社會(hui) 消防安全管理的現代化、信息化和智能化水平。
關(guan) 鍵詞：窄帶物聯網；智慧消防；消防管理；滅火救援
0引言
據統計，僅(jin) 2019年我國共接報火災23.3萬(wan) 起，造成1335人死亡、837人受傷(shang) 、直接財產(chan) 損失達36.12億(yi) 元，嚴(yan) 重的人員傷(shang) 亡和財產(chan) 損失對社會(hui) 穩定和國民經濟的健康、可持續發展造成了不良影響，加強社會(hui) 火災防控工作成為(wei) 當務之急。取得過的防火監督、滅火救援和火災風險管控技術手段相對滯後，已不能適應經濟和社會(hui) 的高速發展以及現代化、信息化的管理需求，加之消防安全主體(ti) 責任不能有效落實，消防安全管理水平與(yu) 消防安全需求之間的矛盾凸顯，開展“智慧消防"建設日漸成為(wei) 解決(jue) 這一矛盾的重要手段之一。
1“智慧消防"建設的意義(yi) 和存在的問題
1.1“智慧消防"的定義(yi)
筆者認為(wei) ：“智慧消防"是以物聯網（IoT）為(wei) 基礎，以消防大數據（BD）、雲(yun) 計算（CloudComputing）、人工智能（AI）、虛擬現實（VR）和區塊鏈（BlockChain）等現代信息技術為(wei) 支撐的信息化、智能化社會(hui) 消防管理、消防行政管理和滅火救援的運行、指揮、決(jue) 策服務體(ti) 係，是“智慧城市"的重要組成部分。
1.2“智慧消防"建設的意義(yi)
開展“智慧消防"建設，限度地優(you) 化火災防控機製，程度地融合消防監督、消防管理和滅火救援等業(ye) 務的需求，實現“傳(chuan) 統消防"向“智慧消防"的轉變和跨越，可以解決(jue) 傳(chuan) 統消防監管體(ti) 製效率低、社會(hui) 單位主體(ti) 責任不落實、動態火災隱患監管不力等問題，使火災防控工作模式由傳(chuan) 統“樹狀"向新型“網狀"模式轉變，推動消防管理體(ti) 製和機製的轉型升級，使消防工作做到有的放矢、科學管理，是當前和今後一個(ge) 時期消防工作實現火災風險預判、消防安全管理智能化、火災與(yu) 應急救援信息化的重要手段和選擇。
1.3“智慧消防"建設的現實問題
目前，相關(guan) 部門和企業(ye) 對“智慧消防"的認識尚停留在概念認識和理論探討階段。“智慧消防"建設的相關(guan) 規範和標準尚未出台，智慧城市相關(guan) 建設標準也未對“智慧消防"建設作出明確規定。在操作層麵上，主要參照獨立式感煙火災探測器、火災自動係統和城市消防遠程係統等相關(guan) 標準進行建設，由於(yu) 感知層的接入硬件種類有限、接入技術手段欠佳，導致“智慧消防"建設的物聯網屬性不強，存在著“有網無物"或“有物無網"的短板，雖然在建設數量上“遍地開花"，但在技術標準上又處於(yu) “各自為(wei) 政"的管理狀態。
2NB-IoT技術與(yu) “智慧消防"建設
2.1NB-loT的技術優(you) 勢
物聯網是“智慧消防"的實施基礎。目前，常見的物聯網主要使用的技術有NB-IoT、Wi-Fi、Sigfox、LoRa（LongRange）、ZETA、Zigbee（紫蜂協議）和藍牙等7種。與(yu) 其他技術相比，NB-IoT技術在“智慧消防"建設中具有五大優(you) 勢。
一是網絡建設範圍廣。國內(nei) 主要電信企業(ye) 都將NBIoT網絡建設作為(wei) 今後一個(ge) 時期的業(ye) 務方向，我國的NB-IoT技術從(cong) 核心技術、市場規模和應用深度等方麵。
二是終端用電功耗低。NB-IoT技術通過減少不必要的信令、支持非連續接收延長（eDRX）、深度睡眠功能和節電模式（終端休眠，PSM），進一步降低了功耗，可以讓設備長時間在線，且免布設電源線，施工方便，後期管理工作簡便、維護成本低。
三是綜合經濟成本低。NB-IoT技術直接依托取得過GSM、UMTS或LTE網絡基站進行部署，加之NB-IoT模塊使用嵌入式物聯網eSIM卡，一台設備一個(ge) 專(zhuan) 屬號碼，即插即用且不用頻繁更換電池，直接上網，簡單便捷、經濟實用。
四是數據安全有保障。NB-IoT技術是可運營的電信網絡，工作於(yu) 授權頻譜並且基於(yu) 蜂窩技術設計，在數據傳(chuan) 輸和設備認證方麵可以提供電信級的信息安全保障。
五是參數感知。NB-IoT技術支持各係統海量的物聯網感知終端實時接入，而且eSIM卡可以適應更惡劣的使用環境，尤其適合建構築物內(nei) 自動消防設施的各類火災探測器和閥門儀(yi) 表及輸入輸出模塊，可遠程獨立每一個(ge) NB-IoT終端設備的工作情況。
2.2NB-IoT技術的政策優(you) 勢
作為(wei) 我國物聯網建設應用的主要技術標準，工信部在2017年就發文要求結合智慧城市建設，加快發展NBIoT在城市公共服務和公共管理中的應用。明確NBIoT網絡使用GSM係統的800MHz頻段和900MHz頻段、FDD-LTE係統的1800MHz頻段和2100MHz頻段，並新增“140XX～144XX"為(wei) 物聯網網號，2020年NB-IoT正式成為(wei) 5G技術標準之一，成為(wei) 5GmMTC場景的核心組成部分，迎來了爆發式發展。
2.3NB-loT技術的“智慧城市"建設實踐經驗
由於(yu) NB-IoT技術的優(you) 勢使得其在“智慧城市"建設中應用廣泛，中國照明學會(hui) 、半導體(ti) 照明工程及產(chan) 業(ye) 聯盟共同發布了團體(ti) 標準《基於(yu) 窄帶物聯網（NBIoT）的道路照明智能控製係統技術規範》（CIES015-2017/T/CSA052-2018）；深圳市、上海市等城市已經開始利用NB-IoT在智能消火栓、智能感煙探測器、智能水位探測器、智能燃氣抄表、智能路燈等市政領域開展試點。上述試點工作，積累了一定的技術經驗，也取得了良好的社會(hui) 效益，初步實現了讓信息和數據多跑路，讓群眾(zhong) 少跑腿、讓監管和治理預期目標。
3基於(yu) NB-IoT技術的“智慧消防"模式構建
3.1基於(yu) NB-IoT技術的“智慧消防"構架
“智慧消防"以消防設備的物聯網化實現消防管理的數據化，是消防物聯網、消防大數據、雲(yun) 計算等信息技術的有機融合，其係統的架構分3個(ge) 層次：感知層（NB-IoT終端）、網絡層（NB-IoT運營商、雲(yun) 計算、大數據）、應用層（消防監督、滅火救援和消防管理）如圖1所示。
圖1基於(yu) NB-IoT的智慧消防係統架構圖
3.2感知層
感知層是“智慧消防"的神經元，物聯網是中神經，“消防大數據"和雲(yun) 計算是其大腦，主要負責各類火災信息和消防設施工作狀態的采集，對被動防火係統如防火卷簾、防火門和主動消防係統如消防給水係統、防排煙係統、火災自動係統、自動滅火係統等設施上集成NBIoT模塊進行聯網改造，使之能夠接入物聯網，讓每一個(ge) 探測器、每一個(ge) 消火栓、每一個(ge) 輸入輸出模塊都成為(wei) “智慧消防"的一個(ge) 神經元，如圖2所示。
圖2基於(yu) NB-IoT的智慧消防感知層架構圖
在一些既有建築的火災隱患整改包括文物建築、“九小場所"“三合一場所"和社會(hui) 福利機構等單位，對其消防設施改造升級加裝火災自動係統時，將NB-IoT模塊與(yu) 感煙、感溫、火焰、圖像及手動按鈕等火災探測器相結合，構成獨立式火災探測器，通過NB-IoT網絡對其進行虛擬組網並接到互聯網雲(yun) 平台，采集和發送各種火災信號，實現火災探測器自動在線巡檢、實時狀態采集、火災信號推送、消防人機互聯和遠程控製管理功能，對於(yu) 避免頻發“小火亡人"事故有著十分重要的意義(yi) ，同時也可以有效規避傳(chuan) 統的總線傳(chuan) 輸係統施工時鑿牆開洞、破壞建築結構和原有風貌等缺點。
應用NB-IoT對可燃氣體(ti) 探測係統和電氣火災係統進行升級改造，實現燃氣管線、燃氣濃度和電氣線路的電壓、電弧檢測、漏電電流、線纜溫度等情況的實時在線監測和智能化處置，在預防和減少電器火災和燃氣事故、減少災害損失、前移防範關(guan) 口等方麵，具有十分顯著的優(you) 勢。由於(yu) 采用重傳(chuan) 和低階調製等機製，NB-IoT信號穿透性能更好，可覆蓋至建築的地下1~2層，其深度覆蓋的特性不僅(jin) 能滿足傳(chuan) 統的各種表計、、溫濕度、環境參數采集和傳(chuan) 輸，且與(yu) 消防水池、高位消防水箱間、消防水泵房、變配電室、柴油發電機房和防排煙機房等消防設備布置位置和管理需求高度吻合，解決(jue) 了消防設備安裝環境複雜、信號不易穿透的難題，對於(yu) 構築物內(nei) 、地下空間、管道管廊、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用也同樣適用，並可大大簡化取得過體(ti) 係的複雜程度。
3.3網絡層
大數據是雲(yun) 計算的基礎，根據“智慧消防"應用需求，因地製宜的構建消防基礎信息大數據庫。在消防泵、防排煙風機、壓力開關(guan) 、水流指示器、液位計、器和輸入輸出模塊上集成NB-IoT模組，自動采集實時各類消防設備工作狀態、信號和動作信號，水壓不足、水量不夠等任何一項異常，都會(hui) 觸發數據傳(chuan) 輸模塊將異常數據上傳(chuan) 至IoT平台，做到對各類建築消防設施狀態信息數據信息的在線和遠程與(yu) 診斷，這些信息是消防大數據的重要組成部分，如圖3所示。
圖3基於(yu) NB-IoT的智慧消防網絡層架構圖
借助雲(yun) 計算技術的基礎設施即服務（IaaS）、平台即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）等服務強大的數據接入、管理和服務能力，將大量事務性工作交由軟件和係統處理，用戶無需開發軟件和建設數據，可以大地提高工作效率、降低管理難度與(yu) 維護成本，逐漸輻射生產(chan) 、流通、管理、預警等消防產(chan) 業(ye) 全過程，為(wei) 消防產(chan) 品生產(chan) 企業(ye) 、消防技術服務機構、社會(hui) 單位、各級政府和消防救援機構的消防管理和滅火救援決(jue) 策提供數據分析和技術支撐，提升消防安全監管和預警能力。
3.4應用層
“智慧消防"的應用主要包括：火災風險研判、消防監督管理、消防安全管理、消防設備數字化管理、滅火救援等5個(ge) 方麵，並可根據實際情況拓展，如圖4所示。
圖4基於(yu) NB-IoT的智慧消防應用層架構圖
一是火災風險研判智能化。將大量相對獨立的消防設施設備連接起來，通過NB-IoT傳(chuan) 感器感應、NB-IoT數據傳(chuan) 輸網絡發送至雲(yun) 計算和消防大數據庫，將危險化學品、建設工程、單位等相關(guan) 數據納入消防大數據共享範圍，並根據當地火災發生起數、直接財產(chan) 損失數、亡人數、傷(shang) 人數等“火災四項指數"，結合轄區社會(hui) 單位基本信息和管理經營狀況，立足全時段、全要素，運用統計學原理對消防安全隱患、征候等前兆性、苗頭性問題開展大數據分析，找出火災防控的客觀規律，進而對火災的發展態勢進行預測。
二是消防監督管理信息化。消防救援機構可以根據火災風險智能研判結果，及時分析治理效果，進而對取得過的消防監管體(ti) 製、方式方法進行完善和優(you) 化，實現消防管理模式從(cong) “管人"“管物"到“管數"的方式轉變。既可以避免“地毯式"的排查對社會(hui) 單位的生產(chan) 經營活動造成不必要的幹擾，又可以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發力，實現消防監督管理和火災風險穩控綜合治理的目標。
三是消防安全管理化。借助於(yu) NB-IoT技術可以實現消防管理者與(yu) 消防設備，消防設備和消防設備之間各種信息的互聯互通，可以使消防安全責任人、管理人實時掌控自己管理權限範圍內(nei) 的建築消防設施的動態信息，限度發揮係統的、巡查、預警等功能，達到人防、物防、技防的有效結合，構建一個(ge) 、無間隙，可靠的“智慧消防"管理體(ti) 係。同時，通過建立建（構）築物消防員（消防設施操作員）信息庫，杜絕掛證和無證上崗，可以須提升社會(hui) 單位建築消防設施的管理維護水平。
四是消防設備管理數字化。借助建築信息模型（BIM）將建築消防設備的安裝、使用、維護（維修）、產(chan) 品檢驗、建築消防設施檢測等信息利用無線射頻識別（RFID）技術製作成RFID電子標簽和二維碼等智能標識，建立大數據庫，並對具有信號輸入、輸出功能的消防設備基層NB-IoT模塊，通過手機App或PaaS等物聯網應用終端來檢測和查詢其工作狀態，以三維可視化、信息化、精細化、智能化管理模式，從(cong) 而實現消防產(chan) 品和設備質量安全管理與(yu) 溯源、使用、維保乃至報廢的建築全生命周期（BLM）的四維建築消防安全管理。
五是滅火救援指揮科學化。將NB-IoT技術與(yu) 溫度、濕度，可燃氣體(ti) 、氧氣及有毒有害其他濃度等傳(chuan) 感器組合在一起，可以實現災害事故現場環境的實時監測，在BIM的3D模型中準確判斷起火部位在建築內(nei) 的空間位置，室內(nei) 消火栓位置、疏散通道和安全出口位置及建築消防設施工作情況，通過預判火災發展趨勢，合理選擇戰鬥陣地、進攻路線和緊急避險位置，為(wei) 滅火救援行動提供準確的數據支撐，提高火場逃生疏散效率、減少人員傷(shang) 亡。
4實施建議
（1）加強和改進“智慧消防"建設的頂層設計。2017年原公安部消防局下發的《關(guan) 於(yu) 須推進“智慧消防"建設的指導意見》（公消〔2017〕297號）就如何利用智慧消防平台提高消防管理水平進行探討。但隨著智慧城市建設的快速推進和公安消防部隊改製集體(ti) 轉隸應急管理部，該指導意見提出的建設原則和目標已經和當前消防工作實際存在較大差距。因此，須與(yu) 時俱進、加強頂層設計，立足基本國情和各地實際，在層麵將“智慧消防"建設納入“智慧城市"建設總體(ti) 方案，同時明確縣級以上地方各級政府及相關(guan) 行業(ye) 部門的建設任務。
（2）加強“智慧消防"建設、運維技術標準和管理製度的製定。要加強“智慧消防"標準化研究，進一步建立健全建設、管理和運維等全過程的法律法規、技術標準、管理製度和政策體(ti) 係，借鑒相關(guan) 行業(ye) 成熟經驗，從(cong) 源頭規範統一“智慧消防"建設的指導思想和功能、性能、采集參數等技術參數，研究製定《“智慧消防"建設技術標準》，促進“智慧消防"規模化、標準化發展。同時，要強化技術支撐，抓緊“產(chan) 學研"各環節的戰略合作，在消防信息化頂層設計、大數據建設等方向開展深度合作、形成技術生態產(chan) 業(ye) 鏈，開展研究與(yu) 應用示範項目建設，占領產(chan) 業(ye) 技術製高點，促使“智慧消防"市場健康有序發展。另外，警惕消防大數據時代潛在的安全風險，按照政府授權、企業(ye) 化管理、明確職能的原則，成立消防大數據技術服務機構，強化對供應商、用戶等行為(wei) 的規範及管理，確保信息安全。
5、安科瑞智慧消防平台介紹
5.1 平台結構
5.2平台主要功能介紹
5.2.1首頁
用戶登錄成功之後進入首頁，如圖所示。主要展示的內(nei) 容有：項目概況、設備狀態、設備分類、設備信息、分類、統計、設備台賬信息等。其中地圖可以選配成BIM建築模型，任何傳(chuan) 感器時可以在BIM模型中預警顯示。
5.2.2消防子係統
智慧消防管理雲(yun) 平台包含了智慧用電子係統、防排煙子係統、消防水子係統、消防設備電源子係統、防火門子係統、消防設備管理子係統和視頻子係統等。智慧用電子係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。點擊智慧用電子係統進入智慧用電頁麵，點擊菜單顯示整個(ge) 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(ti) 探測器的頁麵。
消防水子係統可以接入消防栓、消防水壓、水位傳(chuan) 感器等，用於(yu) 實時的消防水管網的壓力、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，係統也能實時地發出警報，能讓相關(guan) 人員及時維修維護，保障消防安全。
防排煙子係統通過高靈敏的無線煙感裝置，實現對煙霧、有害氣體(ti) 、及氣體(ti) 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、電話、短信統統上陣，通過設備的標簽、地理位置定位，快速通知業(ye) 主、物業(ye) 消防單位是哪個(ge) 位置的火災隱情。
消防設備電源子係統實時消防係統各個(ge) 部件（如消防主機、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，並對各個(ge) 部件電源產(chan) 生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障提示。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(chan) 出問題的隱患進行警示。
防火門子係統通過與(yu) 門禁、視頻識別的關(guan) 聯，實時消防通道、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製等功能。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(yu) 疏散指示子係統可實現對各個(ge) 應急燈具的實時和控製，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，幫助建築內(nei) 的人群選擇逃生疏散路線，指引安全逃生方向。
視頻子係統數據部門收到感應端各子係統信息後，可調出位置關(guan) 聯的攝像頭圖像，查看現場視頻輔助進行火情確認。實現火災子係統、消防水子係統、電氣火災子係統、防排煙子係統、消防設備電源子係統、防火門子係統和視頻子係統的有機結合，實現了點和點的聯動。
消防設備管理子係統能夠將每個(ge) 建築、項目節點的所有消防設備和資產(chan) 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(hui) 聯動GIS調度子係統進行調度。
5.2.3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(ge) 模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息，並進行派發和處理操作，且對所有隱患進行統計分析。
5.2.4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(ge) 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、月等維度進行能耗分析。
5.2.5手機APP
APP支持androids、ioses操作係統，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、火災等子係統的實時數據、信息、能耗統計等。
5.3 推薦配置
5.3.1 平台服務器：建議按照我方推薦配置購買(mai) ，或者客戶自己租用阿裏雲(yun) 資源。
推薦硬件配置清單：（如申請阿裏雲(yun) 可忽略）
5.3.2 係統現場推薦硬件配置清單：
注：以下配置為(wei) 針對1個(ge) 回路選型，其中剩餘(yu) 電流互感器應根據現場回路電流大
5.4 產(chan) 品介紹
電氣火災探測器
ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳(chuan) 、4G上傳(chuan) 、NB-IOT網絡上傳(chuan) ，單表流量說明：
上傳(chuan) 間隔一分鍾， 小於(yu) 30M/月；
上傳(chuan) 間隔二分鍾，小於(yu) 15M/月；
上傳(chuan) 間隔五分鍾，小於(yu) 10M/月
6結束語
推廣基於(yu) NB-IoT技術為(wei) 基礎的、以提高能為(wei) 核心的“智慧消防"建設模式，社會(hui) 消防安全治理方式，破解城市消防安全管理難題，構建信息化、立體(ti) 化、全覆蓋、智能化的社會(hui) 火災防控體(ti) 係，可以有效避免火災防控工作顧此失彼、跟在火災和隱患後麵跑的被動局麵，進一步提高城鄉(xiang) 基本公共消防服務水平，增強群眾(zhong) 消防安全感。可以預見，“智慧消防"建設必將深刻改變傳(chuan) 統的火災防控理念和手段，可以使黨(dang) 委政府的領導責任、行業(ye) 部門的監管責任、社會(hui) 單位的主體(ti) 責任、消防救援機構的監督責任等消防安全“四項責任"有效落實，為(wei) “智慧城市"和城市安全發展做出性貢獻。
參考文獻
[1]張振國.窄帶物聯網在“智慧消防"模式構建中的應用研究
[2]宛如意.基於(yu) NB-IoT的智慧水務建設探討[J].電子測試,2017,(12):72-73．
[3]安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理雲(yun) 平台2020版
[4]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版
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