厂房消防安全检查系统架构及关键防火技术实现
刘山山
（山东省东营市消防救援支队，山东 东营 257000）
摘要：随着工业生产技术不断更新换代，工业厂房规模、结构大多进行了多次改造，变得更加复杂多样，而且各生产车间的联系也更加紧密。在这种环境下，原有的二维平面图纸设计已经不能满足当前厂房消防安全设计的需要，为了保障企业安全生产，必须对厂房消防安全检查系统架构进行改进与优化。通过三维可视化技术，优化厂房消防安全设计，提升企业生产厂房消防管理的效率和水平，增强企业消防应急能力，保障企业安全高效地进行生产。
近年来，工业制造业有了较大的发展，现在的厂房结构大多是围绕着大型化、机械化、自动化进行的，整体结构更加复杂多样。特别是在如今的信息化时代中，过去消防系统所使用的静态存储管理模式面对当前浩如烟海的数据资料已经显得有些捉襟见肘。在消防检查、管理、应急救援等方面都已经不能满足当前现代化厂房的安全需求，所以对于厂房消防安全检查系统架构的改进工作就显得十分重要。因为工业厂房的复杂结构，改进消防安全检查系统架构的首要工作就是化二维为三维，全面清晰地了解厂房结构，合理设置消防设备，全方位进行安全检查。应用三维可视化技术能够有效解决厂房消防安全检查系统架构问题，提升企业生产厂房消防管理的效率和水平，增强企业消防应急能力。
1 系统构建
1.1 系统架构
从当前消防安全情况与需求来看，对于企业厂房的消防安全检查系统架构应该注意以通用性和稳定性为主，故此选用 COM 和 SAAS 结构为基础进行设计开发 [1]。从逻辑层面上系统架构共由 5 部分组成 ：基础设施层、数据层、平台支撑层、服务支撑层和应用层，具体见表 1。
1.1.1 应用层
应用层是直接接触用户并进行交互提供相应服务的架构组成，在设计过程中有着较大的差异性与可操作性。根据客户的不同需求，需要架构和开发出适宜、恰当的应用，为用户提供更好的服务。应用层是在服务支撑层的基础上建立起来的，通过各种功能应用为用户提供各项消防安全服务，是整体架构的最终展现形式。
1.1.2 服务支撑层
服务支撑层是整体架构的综合服务支撑，主要利用自身为用户提供消防数据接口服务、功能应用服务、资源目录服务、 二/三维展示服务。
1.1.3 平台支撑层
平台支撑层是整体架构的支柱所在，通过 GIS 平台、互联网服务平台、消防监控平台为系统提供技术支撑。
1.1.4 数据层
数据层是厂房消防安全检查系统架构的核心所在，在相关技术标准及数据规范下，通过厂房三维实景数据库、基础环境信息数据库、实时消防监控数据库的相互关联，实现厂房消防安全检查功能，并对于厂房中的突发火情进行及时处理和应对，将火灾造成的危害降到最低。同时因为数据访问接口的通用性，能够实现多用户间的信息交流与沟通，便于与消防人员进行对接，在发生重大火情时能够提供更加详尽的参考与帮助。
1.1.5 基础设施层
基础设施层是厂房消防安全检查系统架构中的各种软硬件设备，是整体架构良好运行的基础所在。主要由操作系统、存储设备、数据库、服务器、计算机、交换机、备份软件、交换软件，以及各输入、输出设备等设备构成，为厂房消防安全检查系统提供稳定良好的运行环境。
1.2 系统功能
在三维可视化技术的基础上能够完成多项厂房消防安全检查工作，具体可实现各项功能如下 ：
1.2.1 厂房消防设施实时监控
在厂房的各消防设施中加装传感器对消防设施进行实时监控。同时对厂房内部给水、排烟、电源等系统进行监控，实时监测其工作状态，将各项数据整理后汇总至厂房消防管理中心 [2]。在一些位置偏远的厂房，获得的关注度不高，很可能存在内部消防设施老化、空缺的问题，继而造成严重后果，所以需要对厂房中各消防设备进行合理安排与监管。
1.2.2 消防设施故障隐患自动预警
当消防设施中传感器检测到异常信号时，会自行与过往数据情况进行比对，智能判别当前消防设施运行状态，分析设备可能存在的故障隐患情况，并及时报送厂房消防管理中心，引导人员进行检修、维护处理。
1.2.3 火灾实时报警
利用温控、红外等监控设备对厂区内部进行无死角监控，一旦出现温度异常或明火等情况，立刻进行报警，根据险情通知附近的负责人员进行核实，当火情较大时，引导附近工作进行人员疏散，并自动对周围易造成火势扩大及危险材料存放区域进行报警，帮助相关负责人进行处理，最大限度保障人员及厂房安全。
1.2.4 每日防火巡查
虽然厂房消防安全检查系统大幅降低了厂房消防巡查的工作量，但每日厂房防火巡查仍然是十分必要的。通过与厂房内各消防设施传感器的交互，检测传感器及消防设备的运行情况，发现数据异常及时拍照上报给厂房消防管理中心，安排后续人员跟进处理，上报完成后巡查人员继续进行巡查工作。
1.2.5 消防值班人员脱岗监管
部分工业厂房消防问题的扩大是因为消防管理中心的管理人员擅离职守，因为脱岗未对火情报警进行及时处理。通过智能化监管技术，对工作时间内消防管理中心的人员进行智能识别，当消防管理中心无人值守时发出警示并进行远程呼叫，确保消防管理中心时刻有人员值守。
1.2.6 疏散通道和消防车道阻塞自动预警
工业厂房为了便捷，常常将原料、器械等放置在疏散通道和消防车道之上，如果发生火情，将极大地阻碍人员疏散和消防车辆的行驶，造成不必要的损失和人员伤亡，贻误火灾救援工作的关键时机。在厂房消防安全检查系统架构中通过图形识别等手段，对疏散通道和消防车道通畅情况进行分析，当存在被阻塞隐患或发生阻塞问题时及时进行预警，安排相关人员进行处理。
1.2.7 基于三维可视化的火灾监测
利用厂房三维实景数据与监控系统的火焰、烟雾识别技术相结合，实现对厂房内部突发火情进行精准定位，利用厂房内部各处的无死角摄像头对火灾区域进行远程监控，通过数据计算，确定最佳的处理方法，为厂房消防应急处理提供参考。三维可视化技术不仅能够进行火灾监测，还能根据数据情况分析和优化厂房布置，让厂房结构变得更加合理，保障厂房消防工作顺利进行。
2 系统关键技术
2.1 高分辨率在线无缝三维浏览技术
地理信息可视化平台能够满足大规模三维空间数据存储和管理、在线地图服务、获取数据可视化的三维建筑物、各种传感器、消防系统以及其他要求 [3]。由此本文选择了 Supermap 9D IServer 用做系统的可视化平台。从应用角度来看，其具有以下优点 ：一是大容量数据存储能力，运行性能好。顺畅的在线三维可视化系统以确保用户的使用体验，通过 Docker 容器化技术实现 GIS 服务弹性伸缩和灵活配置。通过对系统的分层数据构建三维体系对厂房进行综合管理，以期在较低的资源占用之下，获得更高性能和运行效率。而且与传统平面消防检查系统相比，三维可视化系统的空间分析性能有了大幅度的提升，而且随着计算节点的增加而持续增大。二是能够满足多用户访问、操作需要，而且有着较高的运行效率，能够通过云服务器进行分布式流数据处理。利用分布式架构能够把 Oracle 数据变成效率更高的空间数据库，同时在此基础上进行管理和维护也更加便捷灵活，能够有效提升厂房消防检查系统的工作效果。使用 Spark Streaming 进行处理之前，要将数据流进行分片处理，根据时间间隔的不同划分为更小的批处理任务。在面临多用户访问操作需求时，使用开放式并发控制来适应不同用户的不同功能页面的使用操作需求。三是能够自由在二维/三维视图 间进行切换。传统的消防检查系统往往是二维平面视图，在过去厂房结构简单，平面化时是适用的，但随着工业生产水平的不断提升，厂房在经历了多次改造、扩建之后逐渐朝向复杂化、立体化方向发展，在火灾发生后，原有的二维平面视图已经不能满足火情判断、定位的需求，容易贻误救火的时机。四是扩展性强，能够适应多种消防物联网传感器系统。在现代消防安全管理过程中，离不开各项传感设备的使用，如烟雾报警器、温度感应装置等，在这些设备的检查之下，大幅降低了人力资源成本，提升了火情发现效率。
2.2 SAAS 模式的智慧消防系统技术
SAAS 的全称为 Software-as-a-service，意为软件即服务。在物联网的基础上，利用 SAAS 模式能够实现消防设施状态信息的实时交互、智能集成、动态感知、自动推送等功能。结合云端数据库构建 SAAS 模式的智能消防检查系统，以达到厂房消防数字化、网络化以及空间可视化管理。在厂房中各项消防设施的安装使用均使用统一的二维编码进行管理，通过构建对应云数据库的“一数一源”，做到险情发生时的精准定位。同时利用 KPI 指标和 CAP 预警机制实现及时高效预警。利用 SAAS 模式的智能消防检查系统实时监测建筑物消防设施的运行状态，收集异常预警信息，上传到云端数据库后进行比对分析，快速锁定火情发生位置，及时进行警报预警，完成人员疏散。
2.3 双维度的三级报警技术
厂房消防检查报警系统主要从两个维度分为三级进行（见图 1）：一级发送给厂房相关部门负责人员，二级发送给企业消防管理部门人员和厂房消防负责人员，三级发送给国家消防部门请求援助。
水压大小（水压曲线 1）当建筑或消防系统的管网水压小于第一次报警电压后，发出第一个报警信号。当报警电压低于二级时，发出二级短信报警；当报警电压低于三级时，发出三级短信报警，从而实现同一电压维度的三级预警。
时间维度（水压曲线 2）当建筑物或消防系统的管网水压小于第一次预警水压值后，发出第一次预警信号；当气旋数值持续大于 24h 以后，进行二次发送警报信号；当气旋数值保持在 48h 以上后，发出三次短信警报，从而形成了时间维度的三次警报机制。
2.4 倾斜摄影与多种数据相结合的精细化三维重建技术
将 Context Capture 软件应用于厂房三维模型建立的解决方案之中，将五镜头拍摄测量系统收集的倾斜数据重建为 三维的真实数据。在实际的 3D 模型中，纹理扭曲、结构扭曲、表面破碎等问题发生在数据收集不完整的区域。例如，低矮建筑物的一侧、道路的两侧等。在实际的 3D 模型系统中，在便携式数码相机拍摄的图像附近，图像的平行移动，车辆移动测量系统收集的数据的点，通过 3D 激光扫描仪和收集的数据源的融合用于 3D 建模精细不完整的数据收集区域。可以有效解决单角度拍摄无法收集部分区域数据等问题。
3 结语
面对复杂的厂房结构，传统的二维平面检查系统研究不能满足相关消防工作的需求，厂房消防安全检查系统的改进已经势在必行。利用 3D 可视化技术所建立的厂房消防安全检查系统，能够将复杂的厂房结构立体呈现出来，为消防工作提供客观真实的数据。同时利用消防火灾自动报警系统，根据各类消防实时远程监控设备及时发现险情并做出预警和处理。通过厂房消防安全检查系统，在检查系统发现安全隐患后能够及时通知相关责任人消除隐患，有效降低火灾发生的风险，最大限度地减少火灾造成的损失。一旦厂房发生火灾，结合厂房内消防检查系统的三维可视化显示，能够通过云端计算寻找出最佳的疏散人员通道和消防救援路径。利用厂房消防安全检查系统的各项数据能够为消防部门快速制定灭火计划提供有力支持。还要加强消防宣传，强化消防培训，提升员工消防意识及厂房消防安全管理硬件，双管齐下才能有效保障厂房工作人员的生命安全，保障企业的经济利益，推动企业安全高速发展。
