物聯網技術在建筑火災撲救中的應用范文

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摘要:

隨著我國城市化進程不斷加快，加之有限的土地資源，高層建筑無論在數量還是高度上都呈上升勢頭。高層建筑火災撲救一直是個世界性難題，各國都在積極探索如何更加安全高效的撲救高層建筑火災。物聯網技術是新一代信息技術的重要組成部分，物聯網就是在互聯網基礎上建立起來的“物物相連的互聯網”，有著廣闊的發展前景。被認為是繼計算機、互聯網與移動通信網后世界信息產業的第三次浪潮。本文將對物聯網技術應用于高層建筑火災撲救方面作深入的探討、分析，并以此為切入點，探索將物聯網技術更廣泛的應用于消防的各個領域。

關鍵詞:

高層建筑；火災撲救；物聯網

一方面城市高層建筑的數量、層數、復雜性不斷提升，另一方面消防滅火力量、車輛裝備，建筑內消防設施建設維保難以緊跟新形勢新要求。高層建筑火災往往由于人員密集，疏散逃生困難，加之“煙囪效應”、極大的火災荷載等因素，大大增加了滅火救援的難度。而將物聯網技術應用于日常消防設施維保及火災撲救將大大提高建筑本身的防火水平及滅火的效率，減少作戰行動的盲目性和人員財產的損失。

一、高層建筑火災的特點

(一)容易形成立體燃燒1、火勢蔓延途徑多①通過水平方向蔓延。由于高層建筑往往裝修豪華，可燃裝飾材料多，火災可以輕易通過地毯、窗簾、軟包、吊頂等途徑水平蔓延;②通過垂直方向蔓延。高層建筑內豎向的電纜井、管道井、空調送風管道、共享空間、玻璃幕墻間隙等構成了內部垂直蔓延的快速通道，同時有些高層建筑外包使用可燃材料，都是火災垂直蔓延的有利途徑(例如11•15上海靜安區高層建筑火災由于外部裝修采用大量可燃材料，火勢迅速向上蔓延形成立體火災，導致58人死亡、70余人受傷、56人失蹤)。③通過跳躍方式向上蔓延。當火災發展到一定程度，火勢往往會突破外墻門窗，產生向上卷曲、跳躍式的發展蔓延，這種情況在高層建筑火災中尤為明顯。2、多種因素影響火災蔓延①火風壓。當房間內火災發展到一定程度后，室內溫度升高，空氣體積膨脹，壓力升高，形成火風壓，進而擴大火災蔓延趨勢。②煙囪效應。是指空氣沿著有垂直坡度的空間向上升，造成空氣加強對流的現象，建筑越高，煙囪效應越明顯。煙囪效應是高層建筑火災蔓延迅速的一個重要原因。煙熱氣流向上升騰形成的速度壓與冷熱空氣的密度差及建筑高度成正比。③卷曲蔓延。當火勢發展到一定程度，火風壓增大導致火勢突破建筑外墻門窗向上卷曲蔓延，形成跳躍式發展。特別是現代高層建筑外墻往往采用可燃的保溫材料，更促進了火勢的立體蔓延。④熱對流。熱對流是指熱量通過流動介質，由空間的一處傳播到另一處的現象。在高層建筑火災中，一般是建筑物下部進風，上部排氣，在它們之間有一個既不進風也不排氣的中性面。中性面的位置由室內外溫差、進出風口面積及進出風口的高度來決定。中性面的高低事關室內人員的生命安全。因為中性面以上常常充滿有毒的濃煙，威脅人的生命。因此，滅火破拆時通常將破拆點選擇在中性面以上部位，以提高中性面高度，減少人員中毒可能。⑤風速。高層建筑相較于一般建筑而言，最顯著的特點就是高。據測定，30m處的風速一般為8．7m/s，60m處的風速一般為12．3m/s，90m處達到15m/s。因此高層建筑火災極易受風速影響加快火勢和煙氣蔓延。

(二)人員疏散困難一是由于高層建筑層數多，垂直距離長，且發生火災時按規定不能乘坐電梯，從高層疏散到地面所用時間大大增加;二是人員相對集中，發生火災后由于心理緊張、從眾心理，容易出現擁擠堵塞情況，如果消防電梯失效，滅火救援人員將與疏散人員共用疏散通道相向而行，大大降低人員安全疏散的效率;三是快速向上擴散的煙霧將嚴重影響人員疏散。一幢100m的高層建筑，由于煙氣豎向蔓延速度快，按規律在半分鐘不到的時間內煙霧即可竄到頂部。

(三)火災撲救的難度大1、難以做到力量部署準確。高層建筑結構復雜，層數多，發生火災后煙霧彌漫整棟大樓。消防員到場后很難快速準確確定具體起火部位、火場主攻區域、人員被困區域、火勢蔓延方向及程度。尤其是當高層建筑內的消防控制室值班落實不到位、設備故障不能提供有效監控視頻或相關信息時，則只能通過詢問知情人，不僅耽誤時間而且會由于知情人的情緒、語言表達、個人認知能力等因素影響指揮員獲取信息的準確性。2、火場供水難度大。①固定消防設施方面。高層建筑內用于滅火的固定消防設施主要是噴淋和室內消火栓系統。一是高層建筑內的噴淋和室內消火栓系統遍布，日常維護保養工作量巨大，發生火災時很難確保都完整好用;二是高層建筑內的噴淋和室內消火栓系統是采取分區布置的，當消防車通過水泵接合器為其供水時，很難確定通過哪個區的水泵接合器供水，存在盲目性。②消防車輛方面。參與高層建筑火災撲救的消防車輛數量眾多，每輛車消防泵運行時間、有無超負荷運轉、供水時間和流量、每輛車內水和泡沫剩余儲量的實時數據都是現場指揮部需要掌握的，但在實戰中現場指揮部很難通觀全局詳細了解，導致作戰調度命令下達無法做到迅速科學高效。③市政供水方面。高層建筑周邊、市政管網錯綜復雜，通過市政管網系統取水是火場供水的主要手段。按理需要掌握逐一掌握每個消火栓能否正常使用，是否正在供水、供水流量多少、同時在供幾輛消防車、每個管網內的水壓、流量多少，但這將耗費大量時間，現場指揮部無法及時準確掌握市政供水信息。3、參戰力量多，指揮協調任務繁重。①撲救高層建筑火災，參戰車輛、人員眾多。其中有首批力量、增援力量、保障車輛人員、社會單位車輛人員等。要清楚掌握并正確合理指揮調度每個力量對于指揮部而言具有很大挑戰。②現場通信難以保障。高層建筑結構本身對無線電通信有屏蔽作用，現場指揮部要對進入高層建筑內部的消防指戰員進行通信難度較大。據國內外測試結果，鋼結構或組合結構高層建筑的消防通信信號一般只能傳輸到65層左右，保障滅火救援現場通信暢通任務艱巨，同時也導致難以掌握火場內攻人員、被困群眾所處位置和人身安全情況。

二、物聯網技術

(一)物聯網的概念物聯網是通過射頻識別技術(RFID，RadioFre-quencyIdentification)、紅外感應器、全球定位系統(GPS，GlobalPositioningSystem)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它的本質就是“物物相連的互聯網”，世界上所有物體都可以通過互聯網主動進行信息交換。

(二)物聯網的組成目前，較權威的對物聯網組成進行劃分的方案是將物聯網系統劃分為三個層次:感知層、網絡層、應用層。感知層解決的是人類世界和物理世界的數據獲取問題，由各種傳感器及傳感器網關構成。該層是物聯網的核心，主要是物品標識和信息的智能采集;網絡層也稱為傳輸層，解決的是感知層所獲得的數據的傳輸問題。主要完成接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數據通路;應用層也稱處理層，解決的是信息處理和人機界面的問題。網絡層傳輸而來的數據在這里進入各類信息系統進行處理，并通過各種設備與人進行交互;各層之間的信息不是單向傳遞，而是可以交互、控制等，這也使得物聯網的應用前景更加廣闊。

(三)物聯網的關鍵技術物聯網最大的特點就是實現物與物、物與人之間的識別、通信交流等，要實現這些就必須要有先進技術的支持。主要包括:感知事物狀態的傳感器技術(在消防應用方面例如感知溫度、煙霧、水流、水壓、水位、人群流動等的傳感器)，將傳感器聯系起來的互聯組網技術，確定事物位置的全球定位系統(在消防應用方面可以獲知內攻人員和高層建筑內被困人員的位置)，實現數據存儲、處理等的應用技術，以及各種新型材料技術(在消防應用方面例如耐高溫、耐腐蝕、防水等)。

(四)中國物聯網發展現狀我國在物聯網領域的布局較早，中科院早在十年前就啟動了相關研究。在物聯網這個全新的產業中，我國技術研發水平已處于世界前列，與德國、美國、韓國一起成為國際標準制定的四個發起國和主導國。2013年初印發的《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》提出要實現物聯網在經濟社會各領域的廣泛應用，并了頂層設計、技術研發、標準研制、產業支撐、商業模式、法律法規、信息安全等10項行動計劃。當下，我國物聯網已形成包括芯片和元器件、設備、軟件、系統集成、電信運營、物聯網服務在內的較為完整的產業鏈，2014年產業規模超過6000億元，無線射頻識別(RFID)產業規模超過300億元，傳感器市場規模接近1000億元。

三、物聯網技術應用于高層建筑火災撲救

其實，作為一項新興的技術，物聯網的應用前景十分廣泛。就消防而言，其應用于火災預防、企事業單位日常消防管理、消防監督檢查、滅火救援、消防指揮等方面的前景不可估量。由于篇幅有限，下面僅就其應用于高層建筑火災撲救方面作探討。

(一)智能消防設備系統①對于高層建筑而言，其中的消防設備主要有火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、消火栓系統、防排煙系統、安全疏散系統等。高層建筑層數多，樓層高，在日常維護保養方面，維保人員要對整個建筑內所有消防設備、元器件進行檢查維修保養，工作量十分巨大，現實情況是許多消防設備、元器件在火災發生前后都無法發揮作用。可通過物聯網技術將每個消防設備、元器件植入顯示其運行狀態的射頻識別芯片(RFID)，在每個樓層或區域設置一個統一的RFID接收讀寫器，并設置專用網絡與大樓內的消防控制室聯通，使維保人員足不出戶即可掌握整個高層建筑內所有消防設備的信息;②高層建筑頂部水箱容量有限，發生火災后對于自動噴水滅火系統、消火栓系統需要通過水泵接合器為其供水。在上面已經提到，其設置是分區的，為了確保分區供水準確無誤，可在水泵接合器中植入射頻識別芯片RFID，要求建設方在建筑驗收之前將每個水泵接合器對應的分區信息存儲于RFID中。這樣在滅火時，消防員只需利用手持RFID讀卡器即可輕松了解所有信息;③在防排煙管道系統中植入感應煙霧溫度、流速、流向的傳感器，在樓層各個通道、疏散走道設置采用光敏電阻用于記錄人員流動信息的傳感器，傳感器將信息實時寫入RFID中，在每個區域例如每幾個樓層設置一個大功率固定式RFID讀寫器及傳輸網路，發送到消防控制中心、消防部隊內的指揮中心甚至直接到消防員手持終端上。這樣可以清楚的了解煙火蔓延情況、人員被困逃生疏散情況等，為全力營救被困人員創造有利條件;

(二)智能消防水源系統①類似于智能消防設備系統，在高層建筑周邊的地上或地下市政管網內、消火栓接口處植入能夠感應水流、水壓的傳感器，設置相應的用于存儲信息的RFID，讀取接收和網絡傳輸裝置，將管網內實時水流、水壓數據、每個消火栓使用狀態等傳輸到現場指揮部;②在每輛消防車的水箱、泡沫液箱內設置感應液位的傳感器，在車輛發動機、消防泵上設置感應發動機、消防泵工作時間、狀態的傳感器，采用無線射頻識別技術和網絡通信技術將每輛消防車上剩余水量、泡沫液儲量、發動機、水泵工作時間狀態等傳輸到現場指揮部;③在屋頂水箱、地下水池內設置液位傳感器，通過無線射頻識別技術和網絡通信技術將實時水位情況傳輸到現場指揮部。在平時，還可利用此項技術實時了解屋頂水箱、地下水池容量，讓消防指揮中心或消控室掌握是否有自動噴淋系統啟動等情況，作為發現初期火災的一個輔助保證手段，為初期火災撲救和快速響應提供有力技術支持。

(三)智能建筑信息系統消防部隊可在日常的“六熟悉”訓練過程中，高層建筑物業主管單位在平時檢查中將高層建筑的各項信息數據詳細、準確、實時的儲存在電子標簽(RFID)上，同時將標簽設置在高層建筑入口處或消防控制室內方便撲救火災時消防員迅速讀取。它可以包括高層建筑的總體結構信息、避難層位置、使用情況、消防設備位置、數量、分布等情況。可在每層各個區域設置溫度傳感器感應溫度變化情況，通過射頻識別技術和專用網絡發送到消控室、消防員和現場指揮部的終端上。幫助現場指揮部迅速確定起火部位、火場主要區域從而明確主攻方向。

(四)智能消防員監控系統在高層建筑火災撲救中，消防內攻人員安全面臨較大威脅。為了更好的保障消防員的生命安全，可在每個消防員身上安裝生物傳感器:實時感知消防員的生理特征(如呼吸、心跳等)，運動姿態(如站立、臥倒、運動、靜止等);安裝GPS定位系統，實時反應消防員所處位置。實時將數據存入RFID中，通過隨身自帶的發射裝置和現場接收裝置將數據傳到現場指揮部終端顯示器上，如果發現哪個消防員生理情況出現異常，立即對其定位并派出人員進行精確營救。在智能信息位置監控系統中，難度較大的一環就是解決所獲得的數據的傳輸問題。為了更好的解決這個問題，筆者認為可以建立統一的應用于消防的物聯網標準，在高層建筑的每個樓層和區域內設置的大功率固定式RFID讀寫器及傳輸網路要與消防員身上攜帶的RFID、發射裝置等相匹配，這樣有關消防員的各項數據可以不用直接傳給現場指揮部，而是通過建筑內固有的RFID讀寫器及傳輸網路將數據傳輸到現場指揮部的現實終端上，大大提高了系統的可靠性和實用性。

四、結束語

物聯網技術是互聯網技術的應用拓展，應用創新是物聯網的發展核心。它不僅僅提供了傳感器的連接、其本身也就有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制，因而物聯網的發展前景十分廣闊。但物聯網技術應用于消防還只是剛剛起步，處于探索階段，尚未形成統一的標準。消防專業業務需求與物聯網技術的充分對接還是一個漫長的過程，要實現商業化運營更需要長期的探索實踐。但我們相信物聯網技術終將會廣泛應用于消防，消防的防火監督和滅火救援實戰能力都將得到跨越式提高。

參考文獻

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作者：沈凱 單位：撫州消防支隊司令部戰訓科