浅析智慧消防巡检系统在高速公路隧道的应用

摘要:随着高速公路的建设不断发展，公路隧道的建设越来越多，隧道的消防安全管理越显得尤为重要。为进一步加强隧道消防安全管理，紫惠高速公路隧道通过应用科学的交通智能技术集成了智慧消防巡检系统，系统运行后能实时地监控管理隧道内消防设施，自动巡检并在发现故障异常后及时告警，提高了对隧道消防设施的人工巡检效率，有效地保障了隧道消防设施的可靠可用，对及时处置隧道火灾事故和保护人民生命财产安全具有重要作用。
 
关键词:智慧消防;巡检;隧道
 
1公路隧道安全运营环境
      公路隧道一般呈扁坦状、大断面，多为双孔状设计，相比通常的路面、桥梁结构，隧道结构较为封闭，空间狭小，且隧道内的亮度、通风和气候环境较差等特点。因此，通车运营的隧道一旦发生火灾事故，则易造通堵塞，隧道内人员、车辆面临疏散困难，不利于及时采取营救措施;伴随火灾事故的持续，隧道内燃烧、产生的高温或爆炸现象，易对现场人员造成缺氧、中毒或物体撞击等恶性事故。因此，在火灾发生初期，隧道内消防设施能及时监测发现火灾事故，现场人员及时采用消防栓、灭火器等设备将火灾消灭在萌芽阶段，快速有效地控制和消除火灾事故，减少火灾事故带来的损伤。
 
2隧道消防安全运营管理现状
      近年来，虽然高速公路隧道安全运营管理不断受到重视，但在实际工作中仍存在一些失控漏管的现象。其中隧道消防设施建设完成并交付使用后，日常的维护管理往往容易被忽视或者不重视，这就容易导致隧道消防设施如灭火器失效或缺失、消防管道失压、消防栓阀门生锈失效及水龙带漏水等问题未及时发现和修复;其次高速隧道一般地处偏远，车流量大，且部分隧道里程较长，部分养护人员在巡检工作中可能也是随机抽查，走过场形式的巡检;再者由于养护单位安排的维护或操作人员的技术水平和经验不足，不能胜任现场巡检和故障处理，致使巡检工作不能达到预期目标。因此，管理上存在的缺陷因素，给隧道消防设施维护管理提出了更高的要求和挑战。
 
3隧道消防安全的建设
      结合隧道消防安全特点和管理现状，紫惠高速公路隧道消防建设严格按照国家安全标准进行设计，不仅注重隧道结构安全，更重视为保障营运安全而增加的保障措施。如为了提高隧道内建筑本身的抗火性能，隧道墙体及附属建筑物增加防火涂料，提高墙体耐高温的能力，同时设计隧道内的装饰材料在高温下无有毒气体释放，以免对滞留人员造成危害。在隧道消防设施建设方面，除采用了传统的水消防系统、干粉灭火器、水成膜灭火器等装置外，还配备了火灾报警器、环境检测器、强排式风机、紧急疏散指示标志等配套设备，进一步确保发生火灾事故时，及时、快速的进行灭火处理。
另外，紫惠高速公路在建设前期根据实际和标准规范要求又进行了深度设计，在传统的消防系统建设基础上，通过了应用现代物联感知设备、无线网络传输设备及智慧分析管理平台等集成智慧消防巡检系统的设计方案，并试点在单洞1．5km长的好义隧道进行安装和投入了使用，提升了对隧道消防设施的监控管理水平。
 
4智慧消防巡检系统的架构
      为进一步加强对消防设施的管理工作，减少人工巡检的频次和工作量，紫惠高速在隧道内实施了智慧消防巡检系统，制定了基于低功耗智能传感器技术、LoＲa容错无线传输技术、智慧运维平台技术的改造方案，采用物联网监测模块、网关、无线传输的方式，在不改变原有系统的前提下，通过软硬件系统结合，将隧道的消火栓、灭火器、消防管道、水泵房和高位水池液位等设施的状态数据进行收集、整合，实现对隧道消防设备的自动巡检功能。
 
4.1智能感知设备
      智能感知设备是智慧消防巡检系统的基础设备，为可靠有效的采集到消防设施的状态数据，在隧道原有基础上增加消防水管智能压力传感器、灭火器箱智能传感器(包括灭火器压力、水成膜泡沫液位和门禁)、水泵房水浸传感器等。其中LoＲa智能型水压传感器安装义隧道消防管始端、末端及中段位置靠近水阀处，用于实施监测管道水压;LoＲa智能型灭火器箱传感器安装在消火栓箱、灭火器箱门上，检测其的开闭状态以及部分灭火器失压报警
试点检测信号，在箱门打开或破坏时上传报警信号;而智能型水浸传感器用于安装在隧道水泵房内，检测有无漏水或浸水现象。主要设备参数选型见图1。

图1主要设备参数选型表
4.2传输设备
      由于需要采集的设备量大，为减少成本且有利于施工，传输设备选择数据接入能力强的智能物联网网关，允许接入各种消防主机、电气火灾控制器、消防栓、独立烟感等第三方物联设备。LoＲa网关可以并行接收、处理多个节点数据，拓展系统容量，其具备低功耗、抗干扰能力强，且通信距离较远的优点。智能感知设备采集的数据通过LoＲa网关传输设备汇聚集中控制器进行传输，能在不影响原有隧道设备通信系统的基础上，可靠有效地将数据进行传输。
 
4.3智慧分析平台
      智慧巡检系统的数据、分析处理、数据生成及应用等方面都是通过智慧分析平台完成，管理客户端的智慧分析平台软件界面上，能显示消防栓、灭火器箱、风机、卷帘门等设备的状态信息，直观的通过设备颜色状态判定设备状态，产生的告警信息能通过APP软件、微信及短信推送给相应的管理人员，实现了对隧道消防设备的实时健康监测，根据设备故障的重要程度，有针对性的进行维护管理工作。
 
4.4数据应用
      智慧消防巡检系统可以根据设备的重要程度，设置定期智能巡检的时间和频率，制定相应的巡检策略，实时有效的监测前端设备状态。若系统检测到前端消防栓水压超出限压值、灭火器箱门开关状态、消防水管失压、水泵房漏水浸水、卷帘门在线状态等异常报警信息，则及时在监控客户端上告警提示，并将信息通过APP软件、微信及短信推送给主要管理员进行相应处理。同时通过系统采集的数据、历史故障信息等记录进行分析，为设备采购、故障判别、修复处理措施提供科学的依据。
 
5系统应用效果
      智慧消防巡检系统自2021年1月完成联调并投入使用后，通过不断优化完善系统功能，逐步实现了用户方对系统的需求期望，一定程度上减少了人工巡检的工作量，降低了巡检时带来的风险隐患，提高了对隧道的安全管理水平。
 
5.1实时的监测和管理
      智慧消防巡检系统是基于传统的消防系统基础上进行的升级改造，对原有设备及网络的影响较小，而且前端采用的感知设备、网络传输设备基本为当前市场主流设备，设备成本低、安装简单，应用推广难度底。系统投入运行后，而管理人员可随时通过一台可连接互联网的电脑客户端登录对应网址，就可远程在线查看当前隧道消防设备情况，提供了更科学的管理和便捷。
      通过近6个月系统运行，核查统计平台的告警记录有112条，其中经消防栓水压告警记录27条，高位水池液位告警记录12条，灭火器箱告警记录25条，火灾报警记录36条和卷帘门告警记录12条，根据告警提示与现场检查，故障上报正确率达98．5%，满足规定指标要求。当然，对于系统运行过程中存在误报现象，通过不断改进调优，大大实施监测的准确度，为实施智慧的消防设施的管理及维护提供了更科学依据。
 
5.2的智慧化巡检
      智慧消防系统应用相相比人工巡查更具有便捷性，具有更高巡检效率。例如消防管道的巡查，传统的管理措施是通过人工巡查或逐段查找方式来发现和确定故障点，在消防管道距离长、消火栓数量多等情况下，靠人工巡检手段相对落后，巡检效率低。而通过智慧消防巡检系统，则可通过监测管道水压或流量变化，在超出一定范围时平台能够自动监测并根据对应漏水位置快速发出报警提示，监控人员时间知晓并进行处置，大大的节约了人力发现和确定故障的成本。
      系统在运行期间，通过自动巡检发现了隧道高位水池液位异常并向管理平台告警，监控人员及时发出故障通知，机电维护人员根据故障点针对性的进行排查检修，发现为抽水泵故障导致无法抽水，并经过抢修更换，地解决了故障隐患。
 
5.3降低人员安全风险
      传统的人工巡查往往是现场进行，由于隧道内车辆行驶速度快、隧道内光线环境较差且维护空间小等因素，维护人员现场作业前按照相关安全标准规范先进行围蔽，但由于高速公路施工安全围蔽往往耗时长，摆放交通安全设施时人员面临的危险隐患也较高。而系统投入使用后，监控人员便能实时监测隧道消防设施的现状，发现故障或异常事件后能快速且有针对性的进行处置，减少了在隧道内巡检的频率，降低了维护人员暴露在隧道现场的概率，很大程度地保障了人员的生命安全。
      智慧消防巡检系统的实施，一定程度提高了紫惠高速对隧道消防设施的管理，但系统仍有优化提升空间。例如系统能结合日常运营安全管理需求，制定隧道安全应急管理的方案策略，当隧道发生火灾事故后，系统除能进行及时告警提示外，还能根据事故类型按照预先确定的策略自动进行应急处置，能快速联动地进行交通诱导、信息发布、消防灭火等各项措施，更好地为运营安全管理服务。
 
6安科瑞智慧消防平台介绍
6.1平台结构

 
6.2平台主要功能介绍
6.2.1首页
      用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。
 

6.2.2消防子系统
      智慧消防管理云平台包含了智慧用电子系统、防排烟子系统、消防水子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统、消防设备管理子系统和视频监控子系统等。智慧用电子系统可以接入电气火灾、孤航电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测器和无线测温探测器等。点击智慧用电子系统进入智慧用电监控页面，点击菜单显示整个项目的基础信息和该项目下的所有探测器的信息，点击末级节点显示具体探测器的监控页面。

 

      消防水子系统可以接入消防栓、消防水压、水位传感器等，用于实时的监控消防水管网的压力、液位、是否漏水，以及开盖等事件，当消防水压不够，管网漏水时，系统也能实时地发出警报，能让相关人员及时维修维护，保障消防安全。
      防排烟子系统通过高灵敏的无线烟感报警装置，实现对烟雾、有害气体、及气体灭火信息等数据采集，实时秒级检测烟雾，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、短信报警、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知业主、物业消防单位是哪个位置的火灾隐情。
      消防设备电源子系统实时监控消防系统各个部件（如消防报警主机、楼层显示器、水泵、喷淋泵、电梯等）的电源工作状态，确保消防设备供电正常，并对各个部件电源产生的过压、欠压、过流、短路、断路等故障报警提示。可长期记录电压电流运行参数，自动对消防电源一段时间的运行状态进行分析，对可能产出问题的隐患进行警示。
      防火门子系统通过与门禁报警、视频识别的关联，实时监控消防通道、安全出口、生命通道防火门的开闭及消防通道堆放物情况，实现紧急情况下的开闭控制等功能。确保防火门常闭、不上锁状态及保障火警救援是消防生命通道的畅通等，保障安全的生活、工作环境。
      应急照明与疏散指示子系统可实现对各个应急灯具的实时监控和控制，当发生火灾时，可准确的给出安全的疏散路径指示，智能打开消防应急指示灯的指示方向及应急照明灯，帮助建筑内的人群选择逃生疏散路线，指引安全逃生方向。
       视频监控子系统数据部门收到感应端各子系统报警信息后，可调出报警位置关联的监控摄像头图像，查看报警现场视频辅助进行火情确认。实现火灾报警子系统、消防水子系统、电气火灾子系统、防排烟子系统、消防设备电源子系统、防火门子系统和视频监控子系统的有机结合，实现了报警点和监控点的联动。
      消防设备管理子系统能够将每个建筑、项目节点的所有消防设备和资产纳入管理，对一些消防栓、灭火器、喷淋和消防大队地址等着重标注，日常的巡检和维护都需要纳入计划，在紧急情况下，会联动GIS调度子系统进行调度。
6.2.3隐患管理
      隐患管理功能包括了隐患查询、隐患派发、隐患处理和隐患分析四个模块。可以查看登录用户下的所有项目的隐患信息，并进行派发和处理操作，且对所有隐患进行统计分析。

 
 
6.2.4能耗分析
      能耗分析功能包括了能耗概况、能耗同比、能耗环比、能耗报表和能耗预测等五个模块。可以查看登录用户下的所有项目的能耗统计、同环比和报表，且按日、周、月等维度进行能耗预测分析。

 
6.2.5手机APP
       APP支持Android、iOS操作系统，方便用户查看电气火灾、防排烟、消防水、消防设备电源、防火门、消防设备管理、视频监控、火灾报警等子系统的实时监控数据、报警信息、能耗统计等。
 

6.3推荐配置

6.3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
      推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）
6.3.2系统现场推荐硬件配置清单：
       注：以下配置为针对1个回路选型，其中剩余电流互感器应根据现场回路电流大
6.4产品介绍
电气火灾监控探测器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可选配2G上传、4G上传、NB-IOT网络上传，单表流量说明：
上传间隔一分钟，小于30M/月；
上传间隔二分钟，小于15M/月；
上传间隔五分钟，小于10M/月
 
7结语
       高速公路隧道消防安全管理是一项复杂的系统工程，紫惠高速应用了科学的交通智能技术，集成了软硬件设备，实时地收集、和分析隧道消防设施的状态数据，通过智慧消防管理平台分析整合，实现了对隧道消防设备的自动巡检功能。系统通过实施并投入使用后，减轻了一线员工对隧道设施的人工巡检力度，降低了日常巡检成本和风险隐患，便捷地实现了对隧道内消防设施的监控管理，对保障隧道运营安全和人民生命财产不受损失具有积意义。
 
参考文献
[1]黄常基.智慧消防巡检系统在高速公路隧道的应用
[2]黄哲．高速公路隧道消防安全管理的研究［J］．消防技术与产品信息，2015(2)．
[3]安科瑞AcrelCloud-6800智慧消防管理云平台2020版
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
 
作者简介
       陈芳芳.女.现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事智慧消防平台的设计与应用。