物联网消防给水系统在无人值守车站中的应用探讨

刘国良

深圳市市政设计研究院有限公司深圳 广东 深圳 518000

近年来，随着轨道交通工程技术的不断迭代，“无人值守车站”的呼声也日益增强，然而传统消防监控系统的智能化水平及数据采集能力已难以满足“无人值守车站”的功能需求。2017年，公安部发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》[1]；
2020年，中国轨道交通协会发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》[2]。物联网消防给水系统以其突出的智能化水平及强大的数据采集能力，为实现轨道交通的“数字化”和“智能化”赋能，在“智慧消防”及“智慧城轨”的进程中应运而生。同时，物联网消防给水系统本身的“智慧”属性，也为打造安全、可靠、便捷、精准、融合、协同、绿色、持续的新时代轨道交通、实现车站的“无人值守”提供了强有力的技术支持。

1.1 决策智能化

“无人值守车站”，顾名思义，即减少，直至彻底取消车站设备区设备管理及维护人员，仅需在车站设备发生故障报警时派员进行维修，或在事故工况时派遣处置人员进行现场干预。要达成上述目标，“智能化车站管理决策”是其中必不可少的一环。而管理决策的智能化程度则与车站各点位的信息采集密度、准确性和时效性密切相关。无人值守车站以对消防系统、售检票系统、环境控制系统等的全时域监视为基础，收集、分析设备运行状态、环境控制要素等信息，实现设备智能化巡检，并在突发公共安全事件下完成运营管理综合决策及应急预案优化。

1.2 设备运行的自动化和远程化

纵观各地投入运营的轨道交通工程，一条正线动则20km以上、包含十数个车站及停车场、车辆段，其中包含的各类系统及其设备更是难以计数。随着“城际铁路”概念的不断深化，轨道交通工程的规模必将进一步扩大。随之而来的运维时间成本、人力成本和物力成本亦将不断上升。在此背景下，设备运行的自动化、远程化就显得尤为重要。

针对这一目标，无人值守车站在正常工况下，供暖通风系统、照明系统、给水排水系统都将处于自动运行模式，保持车站环境始终处于预设状态。同时，站内环境的温度、湿度、照度、地面积水等数据参数通过物联网云系统实时传送至OCC或NOCC，再经由控制中心值班人员人工判断是否需要人工远程干涉或派员进行现场操作。

1.3 火灾处置人员与事故现场的距离化

结合近年来全国轨道交通工程的火灾数据统计，极少发生地铁火灾，但仍无法断言地铁站内不会发生火灾。因此，安全可靠的消防设施于地铁车站而言必不可少。无人值守车站的特征，决定了车站仅保留部分客服、保洁及安保人员，一旦设备区发生火灾工况，设备管理及维护人员往往距事故现场较远，难以在第一时间抵达现场对事故进行人工干预处置。因此，在火灾工况初期，只能依靠车站的自动灭火系统、自动防排烟系统及建筑防火设施灭火或延缓火灾蔓延速度、降低火灾危害。

2.1 系统组成

物联网消防给水系统可分为感知层、应用层及网络层三大板块。

其中，感知层是物联网消防的核心内容，是信息采集的关键部分。感知层位于物联网消防三层结构中的最底层，其功能为“感知”，即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。在轨道交通项目中，感知层具象化表现为各站设置的FAS系统、BAS系统、综合监控系统等。

应用层位于物联网消防给水系统的最顶层，在轨道交通工程中往往集成到地铁控制中心、消防指挥中心，其具体功能为“处理”，即通过云计算平台进行信息处理。应用层与最底端的感知层一起，是物联网消防给水系统的显著特征和核心所在，应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对车站各系统设备的实时控制、精确管理和科学决策。物联网消防给水系统应用层的核心功能围绕“数据”和“应用”两个方面：“数据”是指应用层需要完成数据的管理和数据的处理；
“应用”指在管理和处理数据之上，还要将这些数据与各系统设备相结合。

网络层则是感知层与应用层之间的信息传输通道，向上将感知层获取的信息数据传送至应用层，向下将应用层的指令传达给感知层。其核心要素为信息传递的安全性、及时性和完整性。其中安全性主要指对外来干扰信息的排他性；
及时性体现在克服空间上的距离感，第一时间完成信息传递；
完整性指在当前轨道交通工程规模不断扩大的趋势下，避免远距离信息传递过程中数据“丢包”的现象。

图1 物联网消防给水系统结构示意图

2.2 消防监督检查

消防监督检查是轨道交通工程中必不可少的重要工作，对预防火灾起着重要作用。实际运营过程中，长期以来均以人工定期巡查为主要手段，辅以便携式的各类检测工具。但是近年来，全国各地轨道交通网络逐步完善、轨道交通工程规模不断加大，使得消防监督检查的任务愈发艰巨，传统的巡查工作需要投入大量的基层维保人员。但是人员的大量投入并不能保证消防监督检查工作的及时和有效。究其原因，一是车站规模、数量的上升，增加了人工巡检的难度，人工巡查难以发现一些隐蔽处的问题；
二是从业人员较多，难以保证每个巡检人员的专业素养，职业技能不强、工作态度应付了事的情况时有发生。而物联网技术通过其传感信息交互系统和智能化技术，可以及时、有效地全面收集、整理、上传车站环境信息，提高消防监督检查工作的时效性和准确性。

2.3 消防远程监控

与传统的监控系统相比，物联网消防得益于其本身强大的数据传送能力，一旦发生火灾，着火站点、地铁控制中心及消防指挥中心可在第一时间收知火情。同时能够及时、准确地掌握火灾的确切地点和严重程度，并通过数据库找到车站灭火设施的位置，从而帮助消防人员制定可靠的灭火方案，有效地开展灭火工作。

由前文可知，一方面，无人值守车站必然将会面临火灾处置人员无法第一时间出现在事故现场的问题。因此，一旦发生火灾工况，只能寄希望于自动灭火系统抑制或消除初期火灾；
同时利用物联网云系统将警情实时传送至地铁控制中心及消防指挥中心，便于消防人员后续入场处置，避免火情扩大或产生次生灾害。

另一方面，物联网消防给水的全时域监测系统，能够准确上传所有消防系统设备的故障信息、维保信息至OCC或NOCC，并在全生命周期内定期进行远程消防联动测试。既起到防患于未然的重要作用，又解决了无人车站没有工作人员值班巡查的问题。

图2 物联网消防给水系统功能示意图

4.1 政策可行性

2017年，公安部发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》[1]。要求综合运用物联网等新兴信息技术，构建立体化、全覆盖的社会火灾防控体系，支撑现代消防警务勤务机制，提升火灾防控能力、应急救援能力，实现符合实战要求的“现代消防”。

2020年，中国轨道交通协会发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》[2]。纲要指出：“为了促使我国城轨交通行业信息化的健康发展和智慧城轨的有序建设，亟须进行行业层面的顶层设计，以统筹发展战略，明确建设目标，确定重点任务，谋划实施路径，创新体制机制，制定保障措施，指导和鼓励各城市按照“因地制宜、开拓创新、大胆探索、勇于实践”的原则，有序推进智慧城轨建设。其中，“智能运维安全”作为智慧城轨的一项重要指标，要求全面推广应用、建立设备智能运维标准、研发智能运维分析决策系统、建成综合应急管理系统。

4.2 技术可行性

物联网消防给水系统自提出以来，相关的技术水平已经进入相对成熟的阶段。就物联网产业链而言，国内已经形成了包括芯片、元器件、设备、软件、系统集成、运营、应用服务在内的较为完整的物联网产业链。而在产业规模方面，根据工信部发布的数据，2014年我国物联网产业规模达到了6000亿元人民币，同比增长22.6%，2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3%。预计到2020年，中国物联网的整体规模将超过1.8万亿元。

随着我国在物联网领域的技术研发攻关和创新能力不断提升，在传感器、RFID、M2M、标识解析、工业控制等特定技术领域已经拥有一定具有自主知识产权的成果，部分自主技术已经实现一定产业应用；
在物联网通用架构、数据与语义、标识和安全等基础技术方面正加紧研发布局[3]。同时，我国业已形成涵盖感知制造、网络制造、软件与信息处理、网络与应用服务等门类的相对齐全的物联网产业体系。产业规模也在不断扩大，已经形成环渤海、长三角、珠三角，以及中西部地区四大区域集聚发展的空间布局，呈现出高端要素集聚发展的态势。

4.3 投资可行性

以深圳某轨道交通项目为例，根据各设备厂家提供的数据，相较于传统消防给水系统，物联网消防给水系统需增加约50万元/站的投资。如全线设20个车站，则设置物联网消防给水系统需增加约1000万元投资。而在人力成本方面，平均每站可减少巡检、维护人员约1-2人，全线每年约可节约综合人工成本200万元以上。由此可知，物联网消防给水系统设备费初期投入较高，但是综合人力成本对比分析可知，运营时间5年左右，综合投资基本持平。且运营时间越长，物联网消防给水系统综合成本越低、优势越明显。

综上所述，物联网消防给水系统作为一门逐渐兴起的前沿技术，其市场规模、技术水平均足以满足地铁线路运行标准。而在国内全面推广“智慧城轨”及“智慧消防”的政策背景下，物联网消防系统在城市轨道交通中的应用也是顺势而为。将无人值守车站与物联网消防技术相结合，不但可以在防火层面实现消防系统的全时域监测、消除安全隐患，还可以在灭火救援方面起到及时灭火、监控火情和配合消防人员协同消防的作用。

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