物联网技术在建筑火灾扑救中的应用范文

摘要:

随着我国城市化进程不断加快，加之有限的土地资源，高层建筑无论在数量还是高度上都呈上升势头。高层建筑火灾扑救一直是个世界性难题，各国都在积极探索如何更加安全高效的扑救高层建筑火灾。物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，物联网就是在互联网基础上建立起来的“物物相连的互联网”，有着广阔的发展前景。被认为是继计算机、互联网与移动通信网后世界信息产业的第三次浪潮。本文将对物联网技术应用于高层建筑火灾扑救方面作深入的探讨、分析，并以此为切入点，探索将物联网技术更广泛的应用于消防的各个领域。

关键词:

高层建筑；火灾扑救；物联网

一方面城市高层建筑的数量、层数、复杂性不断提升，另一方面消防灭火力量、车辆装备，建筑内消防设施建设维保难以紧跟新形势新要求。高层建筑火灾往往由于人员密集，疏散逃生困难，加之“烟囱效应”、极大的火灾荷载等因素，大大增加了灭火救援的难度。而将物联网技术应用于日常消防设施维保及火灾扑救将大大提高建筑本身的防火水平及灭火的效率，减少作战行动的盲目性和人员财产的损失。

一、高层建筑火灾的特点

(一)容易形成立体燃烧1、火势蔓延途径多①通过水平方向蔓延。由于高层建筑往往装修豪华，可燃装饰材料多，火灾可以轻易通过地毯、窗帘、软包、吊顶等途径水平蔓延;②通过垂直方向蔓延。高层建筑内竖向的电缆井、管道井、空调送风管道、共享空间、玻璃幕墙间隙等构成了内部垂直蔓延的快速通道，同时有些高层建筑外包使用可燃材料，都是火灾垂直蔓延的有利途径(例如11•15上海静安区高层建筑火灾由于外部装修采用大量可燃材料，火势迅速向上蔓延形成立体火灾，导致58人死亡、70余人受伤、56人失踪)。③通过跳跃方式向上蔓延。当火灾发展到一定程度，火势往往会突破外墙门窗，产生向上卷曲、跳跃式的发展蔓延，这种情况在高层建筑火灾中尤为明显。2、多种因素影响火灾蔓延①火风压。当房间内火灾发展到一定程度后，室内温度升高，空气体积膨胀，压力升高，形成火风压，进而扩大火灾蔓延趋势。②烟囱效应。是指空气沿着有垂直坡度的空间向上升，造成空气加强对流的现象，建筑越高，烟囱效应越明显。烟囱效应是高层建筑火灾蔓延迅速的一个重要原因。烟热气流向上升腾形成的速度压与冷热空气的密度差及建筑高度成正比。③卷曲蔓延。当火势发展到一定程度，火风压增大导致火势突破建筑外墙门窗向上卷曲蔓延，形成跳跃式发展。特别是现代高层建筑外墙往往采用可燃的保温材料，更促进了火势的立体蔓延。④热对流。热对流是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象。在高层建筑火灾中，一般是建筑物下部进风，上部排气，在它们之间有一个既不进风也不排气的中性面。中性面的位置由室内外温差、进出风口面积及进出风口的高度来决定。中性面的高低事关室内人员的生命安全。因为中性面以上常常充满有毒的浓烟，威胁人的生命。因此，灭火破拆时通常将破拆点选择在中性面以上部位，以提高中性面高度，减少人员中毒可能。⑤风速。高层建筑相较于一般建筑而言，最显著的特点就是高。据测定，30m处的风速一般为8．7m/s，60m处的风速一般为12．3m/s，90m处达到15m/s。因此高层建筑火灾极易受风速影响加快火势和烟气蔓延。

(二)人员疏散困难一是由于高层建筑层数多，垂直距离长，且发生火灾时按规定不能乘坐电梯，从高层疏散到地面所用时间大大增加;二是人员相对集中，发生火灾后由于心理紧张、从众心理，容易出现拥挤堵塞情况，如果消防电梯失效，灭火救援人员将与疏散人员共用疏散通道相向而行，大大降低人员安全疏散的效率;三是快速向上扩散的烟雾将严重影响人员疏散。一幢100m的高层建筑，由于烟气竖向蔓延速度快，按规律在半分钟不到的时间内烟雾即可窜到顶部。

(三)火灾扑救的难度大1、难以做到力量部署准确。高层建筑结构复杂，层数多，发生火灾后烟雾弥漫整栋大楼。消防员到场后很难快速准确确定具体起火部位、火场主攻区域、人员被困区域、火势蔓延方向及程度。尤其是当高层建筑内的消防控制室值班落实不到位、设备故障不能提供有效监控视频或相关信息时，则只能通过询问知情人，不仅耽误时间而且会由于知情人的情绪、语言表达、个人认知能力等因素影响指挥员获取信息的准确性。2、火场供水难度大。①固定消防设施方面。高层建筑内用于灭火的固定消防设施主要是喷淋和室内消火栓系统。一是高层建筑内的喷淋和室内消火栓系统遍布，日常维护保养工作量巨大，发生火灾时很难确保都完整好用;二是高层建筑内的喷淋和室内消火栓系统是采取分区布置的，当消防车通过水泵接合器为其供水时，很难确定通过哪个区的水泵接合器供水，存在盲目性。②消防车辆方面。参与高层建筑火灾扑救的消防车辆数量众多，每辆车消防泵运行时间、有无超负荷运转、供水时间和流量、每辆车内水和泡沫剩余储量的实时数据都是现场指挥部需要掌握的，但在实战中现场指挥部很难通观全局详细了解，导致作战调度命令下达无法做到迅速科学高效。③市政供水方面。高层建筑周边、市政管网错综复杂，通过市政管网系统取水是火场供水的主要手段。按理需要掌握逐一掌握每个消火栓能否正常使用，是否正在供水、供水流量多少、同时在供几辆消防车、每个管网内的水压、流量多少，但这将耗费大量时间，现场指挥部无法及时准确掌握市政供水信息。3、参战力量多，指挥协调任务繁重。①扑救高层建筑火灾，参战车辆、人员众多。其中有首批力量、增援力量、保障车辆人员、社会单位车辆人员等。要清楚掌握并正确合理指挥调度每个力量对于指挥部而言具有很大挑战。②现场通信难以保障。高层建筑结构本身对无线电通信有屏蔽作用，现场指挥部要对进入高层建筑内部的消防指战员进行通信难度较大。据国内外测试结果，钢结构或组合结构高层建筑的消防通信信号一般只能传输到65层左右，保障灭火救援现场通信畅通任务艰巨，同时也导致难以掌握火场内攻人员、被困群众所处位置和人身安全情况。

二、物联网技术

(一)物联网的概念物联网是通过射频识别技术(RFID，RadioFre-quencyIdentification)、红外感应器、全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它的本质就是“物物相连的互联网”，世界上所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。

(二)物联网的组成目前，较权威的对物联网组成进行划分的方案是将物联网系统划分为三个层次:感知层、网络层、应用层。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器及传感器网关构成。该层是物联网的核心，主要是物品标识和信息的智能采集;网络层也称为传输层，解决的是感知层所获得的数据的传输问题。主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路;应用层也称处理层，解决的是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据在这里进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互;各层之间的信息不是单向传递，而是可以交互、控制等，这也使得物联网的应用前景更加广阔。

(三)物联网的关键技术物联网最大的特点就是实现物与物、物与人之间的识别、通信交流等，要实现这些就必须要有先进技术的支持。主要包括:感知事物状态的传感器技术(在消防应用方面例如感知温度、烟雾、水流、水压、水位、人群流动等的传感器)，将传感器联系起来的互联组网技术，确定事物位置的全球定位系统(在消防应用方面可以获知内攻人员和高层建筑内被困人员的位置)，实现数据存储、处理等的应用技术，以及各种新型材料技术(在消防应用方面例如耐高温、耐腐蚀、防水等)。

(四)中国物联网发展现状我国在物联网领域的布局较早，中科院早在十年前就启动了相关研究。在物联网这个全新的产业中，我国技术研发水平已处于世界前列，与德国、美国、韩国一起成为国际标准制定的四个发起国和主导国。2013年初印发的《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》提出要实现物联网在经济社会各领域的广泛应用，并了顶层设计、技术研发、标准研制、产业支撑、商业模式、法律法规、信息安全等10项行动计划。当下，我国物联网已形成包括芯片和元器件、设备、软件、系统集成、电信运营、物联网服务在内的较为完整的产业链，2014年产业规模超过6000亿元，无线射频识别(RFID)产业规模超过300亿元，传感器市场规模接近1000亿元。

三、物联网技术应用于高层建筑火灾扑救

其实，作为一项新兴的技术，物联网的应用前景十分广泛。就消防而言，其应用于火灾预防、企事业单位日常消防管理、消防监督检查、灭火救援、消防指挥等方面的前景不可估量。由于篇幅有限，下面仅就其应用于高层建筑火灾扑救方面作探讨。

(一)智能消防设备系统①对于高层建筑而言，其中的消防设备主要有火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、消火栓系统、防排烟系统、安全疏散系统等。高层建筑层数多，楼层高，在日常维护保养方面，维保人员要对整个建筑内所有消防设备、元器件进行检查维修保养，工作量十分巨大，现实情况是许多消防设备、元器件在火灾发生前后都无法发挥作用。可通过物联网技术将每个消防设备、元器件植入显示其运行状态的射频识别芯片(RFID)，在每个楼层或区域设置一个统一的RFID接收读写器，并设置专用网络与大楼内的消防控制室联通，使维保人员足不出户即可掌握整个高层建筑内所有消防设备的信息;②高层建筑顶部水箱容量有限，发生火灾后对于自动喷水灭火系统、消火栓系统需要通过水泵接合器为其供水。在上面已经提到，其设置是分区的，为了确保分区供水准确无误，可在水泵接合器中植入射频识别芯片RFID，要求建设方在建筑验收之前将每个水泵接合器对应的分区信息存储于RFID中。这样在灭火时，消防员只需利用手持RFID读卡器即可轻松了解所有信息;③在防排烟管道系统中植入感应烟雾温度、流速、流向的传感器，在楼层各个通道、疏散走道设置采用光敏电阻用于记录人员流动信息的传感器，传感器将信息实时写入RFID中，在每个区域例如每几个楼层设置一个大功率固定式RFID读写器及传输网路，发送到消防控制中心、消防部队内的指挥中心甚至直接到消防员手持终端上。这样可以清楚的了解烟火蔓延情况、人员被困逃生疏散情况等，为全力营救被困人员创造有利条件;

(二)智能消防水源系统①类似于智能消防设备系统，在高层建筑周边的地上或地下市政管网内、消火栓接口处植入能够感应水流、水压的传感器，设置相应的用于存储信息的RFID，读取接收和网络传输装置，将管网内实时水流、水压数据、每个消火栓使用状态等传输到现场指挥部;②在每辆消防车的水箱、泡沫液箱内设置感应液位的传感器，在车辆发动机、消防泵上设置感应发动机、消防泵工作时间、状态的传感器，采用无线射频识别技术和网络通信技术将每辆消防车上剩余水量、泡沫液储量、发动机、水泵工作时间状态等传输到现场指挥部;③在屋顶水箱、地下水池内设置液位传感器，通过无线射频识别技术和网络通信技术将实时水位情况传输到现场指挥部。在平时，还可利用此项技术实时了解屋顶水箱、地下水池容量，让消防指挥中心或消控室掌握是否有自动喷淋系统启动等情况，作为发现初期火灾的一个辅助保证手段，为初期火灾扑救和快速响应提供有力技术支持。

(三)智能建筑信息系统消防部队可在日常的“六熟悉”训练过程中，高层建筑物业主管单位在平时检查中将高层建筑的各项信息数据详细、准确、实时的储存在电子标签(RFID)上，同时将标签设置在高层建筑入口处或消防控制室内方便扑救火灾时消防员迅速读取。它可以包括高层建筑的总体结构信息、避难层位置、使用情况、消防设备位置、数量、分布等情况。可在每层各个区域设置温度传感器感应温度变化情况，通过射频识别技术和专用网络发送到消控室、消防员和现场指挥部的终端上。帮助现场指挥部迅速确定起火部位、火场主要区域从而明确主攻方向。

(四)智能消防员监控系统在高层建筑火灾扑救中，消防内攻人员安全面临较大威胁。为了更好的保障消防员的生命安全，可在每个消防员身上安装生物传感器:实时感知消防员的生理特征(如呼吸、心跳等)，运动姿态(如站立、卧倒、运动、静止等);安装GPS定位系统，实时反应消防员所处位置。实时将数据存入RFID中，通过随身自带的发射装置和现场接收装置将数据传到现场指挥部终端显示器上，如果发现哪个消防员生理情况出现异常，立即对其定位并派出人员进行精确营救。在智能信息位置监控系统中，难度较大的一环就是解决所获得的数据的传输问题。为了更好的解决这个问题，笔者认为可以建立统一的应用于消防的物联网标准，在高层建筑的每个楼层和区域内设置的大功率固定式RFID读写器及传输网路要与消防员身上携带的RFID、发射装置等相匹配，这样有关消防员的各项数据可以不用直接传给现场指挥部，而是通过建筑内固有的RFID读写器及传输网路将数据传输到现场指挥部的现实终端上，大大提高了系统的可靠性和实用性。

四、结束语

物联网技术是互联网技术的应用拓展，应用创新是物联网的发展核心。它不仅仅提供了传感器的连接、其本身也就有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制，因而物联网的发展前景十分广阔。但物联网技术应用于消防还只是刚刚起步，处于探索阶段，尚未形成统一的标准。消防专业业务需求与物联网技术的充分对接还是一个漫长的过程，要实现商业化运营更需要长期的探索实践。但我们相信物联网技术终将会广泛应用于消防，消防的防火监督和灭火救援实战能力都将得到跨越式提高。

参考文献

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作者：沈凯 单位：抚州消防支队司令部战训科