基于物互联技术的智慧消防在高铁站段管理中的应用探索.pdf

9专家学者论坛基金项目：中国铁路郑州局集团有限公司科研开发计划项目（2021Q16）。作者简介：曾和平（1975），男，湖南长沙人，本科，高级工程师，研究方向：铁路安全管理。基于物互联技术的智慧消防在高铁站段管理中的应用探索曾和平（中国国家铁路集团有限公司，北京 100844）摘要：基于铁路某站段分散在线路区间的若干“四电”等生产生活用房现状，分析了既有消防设施日常维护管理中存在的问题。针对问题研究智慧消防系统的架构设置、管理策略、主要功能以及实现途径。结合铁路网络管理安全要求，通过对数据采集、传输、视频应用等技术手段与各设备房屋消防子系统的有机整合，实现了站段沿线消防工作的全面下沉式管理，为实时获取现场设备状况、掌握火灾隐患、处置火情预警等，有针对性地实现了消防工作的日常精准管控、危机处置快速高效、信息掌控实时透明等，为有效提升铁路站段的防灾减灾管理水平提供科学保障。关键词：高铁站段；智慧消防；物互联；防灾减灾中图分类号：X913.4 文献标识码：A 文章编号：2096-1227(2023)08-0009-042020 年，国务院安委会消防安全专项整治三年行动实施方案中提到：全面应用大数据、物联网信息化技术，依托智慧城市建设，分级建成城市消防大数据库，实时化、智能化评估消防安全风险。2023 年 2 月，中国国家铁路集团有限公司印发国铁集团深化铁路安全基础建设三年行动方案中明确提出“深化智慧消防建设，提升消防安全预警监测的智能化、信息化水平”的要求。1 行业现状及项目情况铁路作为国民经济运行的交通大动脉，通常按照管理需求设置相应的车站及配套生产管理用房。同时在站区范围内几千米以及区间几十千米乃至上百千米的区段1，会按照列车安全运行的需求设置专业的信号楼、变电所、配电所、分区所、AT所、中继站、基站、单身宿舍等不同功能的“四电”等生产生活房屋建筑，建筑内设置保障列车运行安全的设备、设施，其管理单位是铁路专业站段的车间、工区等。管理按照“设备房屋工区车间站段”的层级模式，实现由点到面的垂直管理。近些年，随着科技应用的普及和管理水平的提高，站区或区间内的部分生产生活房屋会根据实际情况采用无人值守的管理模式。站房、四电等生产生活房屋建筑内按照消防规范和管理要求设置相应的自动报警、气体灭火、消火栓2、应急照明、自动喷淋、灭火器3等各种消防设施，大部分消防设施在各建筑区域内分散独立使用，缺少统一的消防监控管理，无法实现车间或站段级的统筹管理要求，更不能实时监控到消防设备的工作状态和火情预警处理。消防设施的工作状态、故障排查、警情处置等更多的是通过人工巡查的方式获取并逐层传递反馈，专业化、信息化、智能化手段运用不充分，工作效率偏低，信息时效性不强，且信息传递过程中难免出现理解偏差等问题。2 消防设施管理难点及问题解决2.1 管理难点2.1.1 消防设施分散、系统独立运行各建筑消防设施基本处于独立运维状态，比如机械室设置独立的气体灭火系统、综合楼内设置独立的应急照明系统、宿舍设置独立的消火栓系统等。由于各生产用房相距较远，只能采用区域报警的管理模式，相应的消防设施无法进行统筹管控，设施巡检人员效率低下。2.1.2 设施管理不对位、信息传递缓慢由于设备使用和维护单位归口多，监管分散以及配合不默契等，导致站区或区间内消防设施未能形成统一调度合力，设备设施故障和火情预警等信息反馈传递缓慢。2.1.3 消防设施巡检、排查维护受限由于不具备完整统一的智慧化、信息化管理平台4，消防设施实时监管困难，加之维护作业需在天窗点内进行，作业受限。无法做到实时对相应消防设施全方位监测管控，不能及时排除消防隐患。1 0今日消防2.1.4 火情处置不及时，影响行车安全站房、四电用房等房屋以及行车设施设备一旦出现火情，不能及时处置，对列车的运行安全会造成严重影响以及难以挽回的损失。2.2 问题解决2.2.1 消防设施的全覆盖智能监测系统能够实时监测各建筑内消防设施、设备的运行状态，通过系统算法对传感器采集的数据进行实时化、系统化、智能化分析研判，准确筛查出异常设备的位置并及时语音报警提示，及时排除设备设施故障，提升火灾报警处理效率5。2.2.2 火情及时预警，辅助疏散救援当监测点发生火灾报警时，统一管控的消防值班人员能够迅速在系统中在线调阅火灾报警点位置、消防网格化管理责任人、相关消防图纸、消防应急预案、疏散路线等预置电子化信息，高效辅助提供第一手处置信息。2.2.3 消防设施集中统一管控，提高智慧化管理效率系统对整个消防设施设备工作状态实时监测、火灾报警重点监测、消火栓水压监测、消防设备巡检记录跟踪、消防设备维保闭环、责任网格化管理，管理范畴覆盖设备与人员，全面提升消防安全管理水平。3 智慧消防系统在区间生产房屋建筑的研究应用3.1 项目概况项目实施区段位于郑徐高铁郑州至开封区间 50 km 左右分散布置的综合维修车间、变电所、AT 所、中继站、配电所等四电房屋建筑。图 1 为郑州东至开封北区间设施。图1 高铁区间设施示意图3.2 系统应用条件四电房屋建筑设备运行涉及高铁行车安全，按照铁路系统网络安全要求，该智慧消防系统禁止使用互联网进行数据传输及后台数据处理，且当前既有专网数据处理中心无法接入，视频系统无法调用，通信系统有线接入等限制条件。因此目前民建项目常用的传统智慧消防系统无法在铁路系统应用，该项目根据铁路需求特点和网络安全要求设置系统架构。3.3 系统基本架构铁路智慧消防系统结合系统功能设置需求，按照工区车间站段铁路局的基本模式设置，其中工区级为基本单元，车间级进行消防值守管理单元。以远端传感器、既有消防主机、智能数据传输装置、智能无线网关等设备实现对现场火灾情况的数据采集和传输，实现对现场火灾情况的实时掌握6。第一时间掌握现场的设备及火灾状况，制定现场应急预案，熟悉现场建筑结构和火灾发生位置，精准定位责任网格管理责任人，实现报警责任网格化管理，提升报警处理的响应速度，保障现场人员和财产安全。图 2 为系统基本架构。图2 系统架构图3.4 系统接入标准智慧消防系统采集的数据经过 https 安全加密协议后，通过有线网络接入申请开放权限的铁路专网系统，系统主机设置在开封北综合维修车间消控室，网络带宽要求不小于10 Mb/s。表 1 为对外数据接口标准，表 2 为接入数据接口标准。1 1专家学者论坛表1 对外数据接口标准系统模块数据内容通信协议统一用户权限模块用户、角色、权限、菜单、组织机构等数据https安全加密协议设备报警模块火灾报警数据、设备状态、设备状态报警数据、巡检数据、维保数据、设备数据、建筑数据、传感器数据等文件服务模块系统上传的附件、图片等数据作业调度模块系统创建的定时任务数据数据接收模块传感器数据、主机数据、网关数据数据采集模块传感器数据、主机数据、网关数据表2 接入数据接口标准系统模块数据内容接口方式消防主机有线传感器数据RS232/RS485通信网关无线传感器数据Lora/433手持终端App NFC巡检标签数据NFC（近距离无线通信技术）3.4.1 压力数据接入区间各设备用房的灭火器、消火水系统等需要采集压力数据的设施由 Lora 技术及 433 通信协议无线采集后经区域网关将数据通过有线（TCP/IP）3的方式专网上传至系统主机。3.4.2 设备数据接入区间各设备用房的火灾报警、气体灭火、消火栓、电气火灾监控、消防电源监控、防火门监控等消防设施经设置在控制盘（柜）的有线传感器采集数据通过 RS485/RS232、TCP/IP 通信协议通过有线专网上传数据至系统主机。3.4.3 视频数据接入区间内消防泵房、机械室、疏散通道等重点部位和区域装设视频监控摄像头（铁路既有视频监控系统无权限调用），通过专用视频线路接入车间设置的系统主机。3.4.4 手持终端接入区间重点消防设施的巡检人员按照管理要求、按照滴定周期，通过手持终端 App 通过有线接入系统主机下载巡检路线、计划等任务，通过 NFC 设备标签进行数据扫描采集，保障设备巡检到位率并不漏检，实时掌控设备状态。3.5 系统软硬件配置策略该项目结合现场接入消防设施设备的实际情况，按照目前铁路网络安全的要求自建适用性服务器，配置针对性的软硬件设施。表 3 为系统软硬件配置。表3 系统软硬件配置序号设备名称配置型号1管理终端微塔式PC机/3060 MT/I3-8100四核3.6 GHz/4G/1 T2数据库服务器ThinkSystem SR550，2*4110 2.1 GHz 8C,2*32 GB DDR4,12个DIMM,8x2.5盘位，2x1.2 TB 10K SAS,530-8i,4*1000 M,2*550 W,2*PCIE扩展板3*8X速，配置4*双口8 GB HBA卡，企业级远程管理卡3应用服务器ThinkSystem SR550，2*4110 2.1 GHz 8C,2*32 GB DDR4,12个DIMM,8x2.5盘位，2x1.2 TB 10K SAS,530-8i,4*1000 M,2*550 W，企业级远程管理卡4列控数据接口服务器ThinkSystem SR550，2*4110 2.1 GHz 8C,2*32 GB DDR4,12个DIMM,8x2.5盘位，2x1.2 TB 10K SAS,530-8i,4*1000 M,2*550 W，企业级远程管理卡5交换机华为：S5720-28P-SI-AC；交换容量：336 Gbps/3.36 Tbps；包转发率：96 Mpps/126 Mpps固定端口：24个10/100/1000 Base-T，4个SFP；VLAN特性：支持4K个VLAN支持Guest VLAN、Voice VLANs；支持GVRP协议；支持MUX VLAN功能；支持基于MAC/协议/IP子网/策略/端口的VLAN；支持1:1和N:1 VLAN Mapping功能；IP路由 静态路由、RIPv1/2、RIPng、OSPF、OSPFv3、ECMP、ISIS、ISISv6、BGP、BGP4+6网络安全设备（防火墙）USG6365E-AC；固定接口：2*10GE(SFP+)+8*GE Combo+2*GE WAN；防火墙吞吐量6 GbpsFW最大并发：400万；FW每秒新建数：8万；IPSec吞吐量（AES，1420 byte）6 GbpsIPSec最大连接数：4000；SSL VPN并发用户数：1000；最大安全策略：1.5万；虚拟防火墙：1003.6 区间站点系统巡护耗时对比开封北至郑州东区间四电等生产生活用房大部分为无人值守机房，消防设施日常按照管理要求需要在天窗点进行巡护（天窗时间为 0.00 4.00 点），周期长、效率低。全部站点消防设施完成巡护需要 3 个天窗点，最远站点需要 200 min。应用智慧消防系统对消防设施巡护来说，全部站点仅需 80 min 左右，人力物力消耗大幅下降。表 4 为区间站点消防设施巡护时间统计。图 3 为区间设施巡护耗时对比图。表4 区间站点消防巡护时间统计表序号站点消防设施设备状态去程时间/min巡护时间/min返程时间/min合计时间/min利用天窗点1综合维修车间火灾报警、消火栓系统、灭火器有人值守1030下一站40第一个天窗210 kV配电所火灾报警、气体灭火系统、灭火器无人值守1030下一站403姚寨AT所火灾报警系统、灭火器3020下一站5044#中继站火灾报警、气体灭火系统、灭火器3030801405土柏岗AT所火灾报警系统、灭火器7020下一站90第二个天窗63#中继站火灾报警、气体灭火系统、灭火器30301001607牵引变电所火灾报警、气体灭火系统、灭火器有人值守12030下一站150第三个天窗8台萧AT所火灾自动报警系统、灭火器无人值守30201502001 2今日消防图3 区间站点巡护耗时对比图4 智慧消防应用有待解决的瓶颈问题4.1 放开铁路专网使用权限既有铁路专用通信有线网络几乎覆盖整个站区和线路区间，智慧消防系统数据的远距离传输需要通过有线网络通道。目前有线通信网络的使用局限性比较大，大量的数据采集传输受到很大限制，有待通过政策面和技术手段来有针对性地放开既有专用网络的使用权限。4.2 划定数据中心存储冗余国铁集团和各铁路局集团公司建立有庞大的专网数据处理中心，其数据处理安全快捷。铁路智慧消防系统一旦在各专业站段按照三级架构模式建立后，系统采集、传输、分析、存储以及备份需要一个比较大且安全的后台存储空间。有待于在既有铁路局级专网数据中心提供相应的数据处理、存储冗余。4.3 专网视频监控系统调用既有铁路站区和线路区间几乎全覆盖设置有视频综合监控系统，该系统具有独立安保、防恐监控的使用功能，目前由专业站段进行管理维护。智慧消防系统有待于通过政策层面的支持，考虑就近调用既有综合视频，对于既有视频盲区有针对性地增设摄像头，同步纳入铁路视频综合监控系统并进行调用。5 结语铁路智慧消防物互联监控管理系统针对铁路站段设备房屋消防设施设置分散、点多线长的特点，通过设置专网传输、采用物联网、大数据分析及人工智能等现代信息技术，实现了火灾报警、设备状态监测、巡护打卡、设备维保、消防预案、责任网格化、基础数据等管理功能。有效提升了消防设施的管理能力，提高了报警处置效率，推进了消防安全责任的网格化管理，为灭火救援提供第一手信息，为火灾事故调查提供客观资料。同时有效降低了人员实地巡检的工作强度，也为铁路设施的防灾减灾提供了有力的保障，对于提高铁路站段的消防管理能力具有现实的参考意义。参考文献：1齐伟,程阳春.物联网技术应用于高铁消防安全管理探析J.铁道警察学院学报,2016,26(6):73-76.2李念慈,汪宇,周明潭.湿式自动灭火系统消防水泵自动启动可靠性分析J.消防科学与技术,2023,42(3):367-369.3蒙慧玲.灭火器的定位和有效性辨识研究J.消防科学与技术,2020,39(9):1267-1270.4岳清春.“智慧消防”视域下的社会消防安全管理研究J.消防科学与技术,2020,39(1):126-128.5逯家瑞.物联网技术在高铁消防管理中的应用J.今日消防,2020,5(10):6-7.6王琴,陈东东,唐瑾.“智慧消防”在铁路工程的应用与难点探析J.智能建筑与智慧城市,2020(4):99-100.Exploring the Application of Intelligent Firefighting in High-speed Railway Station Segment Management Based on Internet of Things TechnologyZeng Heping（China State Railway Group Limited,Beijing 100844）Abstract:Based on the current situation of several four electric and other production and living rooms scattered in the line section of a railroad station,the problems existing in the daily maintenance and management of existing fire protection facilities are analyzed.In view of the problems,it studies the architecture setting,management strategy,main function and realization way of intelligent fire protection system.Combined with the safety requirements of railroad network management,through the organic integration of data collection,transmission,video application and other technical means with the fire-fighting sub-systems of each equipment and housing,it realizes the comprehensive downward management of fire-fighting work along the sta-tion section,and provides real-time access to on-site equipment conditions,mastery of fire hazards,and disposal of fire warnings,etc.,and purposefully realizes the daily accurate control of fire-fighting work,fast and efficient cri-sis disposal,and real-time transparency of information control.To effectively enhance the railroad station section of the disaster prevention and mitigation management level to provide scientific protection.Key words:high-speed railway station section;intelligent fire protection;Internet of Things;disaster prevention and mitigation