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　　李沛巖，張青，熊小俊.《智慧消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》編制思考[J].建筑電氣,2024,43(05):3-7.

編制背景

消防安全是公共安全的重要組成部分，也是保障人民生命財(cái)產(chǎn)的重要工作，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、應(yīng)急管理部和消防科研院所及企業(yè)一直致力于以先進(jìn)的信息技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建城市公共安全火災(zāi)智慧防控體系為目的的研究。2015年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》后，原公安部消防局（現(xiàn)為國(guó)家消防救援局）發(fā)布了消防信息化建設(shè)的總體框架《消防信息化“十三五”總體規(guī)劃》。2017年，原公安部消防局發(fā)布了“公消[2017]297號(hào)”文件《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《智慧消防指導(dǎo)意見(jiàn)》）,文件對(duì)智慧消防建設(shè)的基本原則、工作目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、工作要求等方面做出了指導(dǎo)，該意見(jiàn)中提出“運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)加快推進(jìn)‘智慧消防’建設(shè)，全面促進(jìn)信息化與消防業(yè)務(wù)工作的深度融合，為構(gòu)建立體化、全覆蓋的社會(huì)火災(zāi)防控體系，實(shí)現(xiàn)‘傳統(tǒng)消防’向‘現(xiàn)代消防’的轉(zhuǎn)變”。消防安全工程建設(shè)行業(yè)是與前沿科技深度融合的產(chǎn)業(yè)之一，近幾年，隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智慧消防的建設(shè)也在快速發(fā)展和推進(jìn)。

T/CECS 1401-2023《智慧消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《技術(shù)規(guī)程》）由中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司作為主編單位，是以《智慧消防指導(dǎo)意見(jiàn)》為基礎(chǔ)，并在滿足《城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》等國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求的前提下編制?！都夹g(shù)規(guī)程》融合了安全可靠的前沿信息技術(shù)，并結(jié)合工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，形成了可操作可實(shí)施的關(guān)于智慧消防系統(tǒng)日常管理、維護(hù)與救援的安全體系的要求。《技術(shù)規(guī)程》力求推動(dòng)消防智慧化建設(shè)，從而預(yù)防和減少火災(zāi)事故的發(fā)生，達(dá)到保障消防安全的目的。

“智慧消防系統(tǒng)”的定義

美國(guó)學(xué)術(shù)界在21世紀(jì)初提出了信息-物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems,CPS）的理論，德國(guó)工業(yè)界將CPS作為“工業(yè)4.0”的核心技術(shù)。在2012年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）發(fā)起了名為“智慧消防”的研究項(xiàng)目，其目標(biāo)是通過(guò)開(kāi)展對(duì)測(cè)量科學(xué)的研究，使建筑、設(shè)備、個(gè)人保護(hù)裝備及機(jī)器人中的CPS得以融合，達(dá)到提升態(tài)勢(shì)感知、操作效能及消防員個(gè)人安全的目的。伴隨著工業(yè)4.0戰(zhàn)略的推進(jìn)，智慧消防的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等都在快速發(fā)展,根據(jù)美國(guó)智慧消防研究規(guī)劃，智慧消防的實(shí)現(xiàn)需要以數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)使用等3個(gè)階段技術(shù)的提升與融合作為支持，并劃分為通信、計(jì)算和目標(biāo)決策相關(guān)的11個(gè)研究領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。而在我國(guó)，物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，智慧消防也在以新興信息基礎(chǔ)設(shè)施為核心的技術(shù)支撐下快速進(jìn)步。因此，編制組認(rèn)為可以從CPS理論的角度來(lái)闡釋智慧消防系統(tǒng)的技術(shù)機(jī)理，其以CPS理論為基礎(chǔ)，并在信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展和融合中不斷進(jìn)行演進(jìn)。

清華大學(xué)研究員杜明芳提出了智慧建筑的CPS理論模型，智慧消防是智慧建筑的一個(gè)有機(jī)的組成部分。所以，借鑒其理論模型，從智慧建筑的視角推演出智慧消防的理論模型：系統(tǒng)構(gòu)成涉及了人、信息和消防設(shè)施三個(gè)要素，協(xié)同關(guān)聯(lián)綜合構(gòu)成了智慧消防系統(tǒng)。該模型中，傳統(tǒng)的自動(dòng)消防系統(tǒng)表現(xiàn)為基于信息-消防設(shè)施的二元系統(tǒng)，見(jiàn)圖1，其信息空間以現(xiàn)場(chǎng)總線、智能控制為主。智慧消防系統(tǒng)則用基于人-信息-消防設(shè)施的三元系統(tǒng)來(lái)表示，智慧消防分為兩個(gè)發(fā)展階段，可以稱(chēng)為“智慧消防1.0”和“智慧消防2.0”。“智慧消防1.0”見(jiàn)圖2，其在信息系統(tǒng)這一維度上更多地依賴(lài)于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能控制技術(shù)，信息互通與集成優(yōu)化是這個(gè)階段構(gòu)建系統(tǒng)的重要內(nèi)容，目前正處于這個(gè)發(fā)展階段，并已日漸成熟。“智慧消防2.0”見(jiàn)圖3，則更多地依賴(lài)于人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)，引入了AI后將更多地體現(xiàn)出人-機(jī)共融特征，系統(tǒng)將具備自主學(xué)習(xí)、智能決策、自組織系統(tǒng)、自尋優(yōu)進(jìn)化等能力，將是以后的發(fā)展方向。

目前，智慧消防尚未形成統(tǒng)一的或者權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)定義，但可以看出，智慧消防是消防系統(tǒng)在融合信息化和智慧化條件下不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其形態(tài)也是在動(dòng)態(tài)演進(jìn)的?！都夹g(shù)規(guī)程》編制組基于CPS理論和現(xiàn)有的發(fā)展水平對(duì)“智慧消防系統(tǒng)”給出了如下定義：“通過(guò)集成各消防及相關(guān)系統(tǒng)，采集各消防及相關(guān)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字化和可視化處理，并通過(guò)人工智能、信息及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為消防系統(tǒng)運(yùn)維和消防救援等消防安全管理提供支持的應(yīng)用系統(tǒng)”。后文將對(duì)其包含的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

智慧消防系統(tǒng)的基本框架

圍繞CPS理論，《技術(shù)規(guī)程》編制組認(rèn)為智慧消防的兩大核心是信息化和智慧化。信息化伴隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)將消防設(shè)施實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化融合，使人、事物、流程和數(shù)據(jù)得以“流動(dòng)”，物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、5G和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為這種全面透徹的感知和寬帶泛在的互聯(lián)提供了支撐。智慧化則依托人工智能平臺(tái)，平臺(tái)通過(guò)各種人工智能方法，實(shí)現(xiàn)針對(duì)場(chǎng)景和功能的適應(yīng)、學(xué)習(xí)、思考、判斷和決策。結(jié)合智慧消防系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r，編制組確定智慧消防系統(tǒng)采用兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為接入層、平臺(tái)層，其基本框架見(jiàn)圖4。

接入層主要通過(guò)系統(tǒng)集成的方式實(shí)現(xiàn)信息的“感知”和“識(shí)別”，用戶信息傳輸裝置將各消防或消防相關(guān)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息接入智慧消防系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)信息包括各消防系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、探測(cè)器狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、消防設(shè)備的運(yùn)行及聯(lián)動(dòng)狀態(tài)、電子標(biāo)簽、視頻圖像等信息。傳統(tǒng)自動(dòng)化消防系統(tǒng)包含非常多的消防或相關(guān)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置、各司其職，每個(gè)系統(tǒng)都只滿足自身系統(tǒng)的監(jiān)控要求，但系統(tǒng)之間幾乎沒(méi)有信息互通，這樣就形成了一個(gè)個(gè)的“信息孤島”，智慧消防系統(tǒng)將不同功能、技術(shù)、接口的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)新一步的信息處理和應(yīng)用。

建筑物內(nèi)通常設(shè)置的消防系統(tǒng)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)、可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、消防管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、電纜火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等消防及與消防相關(guān)系統(tǒng)。智慧消防系統(tǒng)通過(guò)集成已設(shè)置的消防及與消防相關(guān)系統(tǒng)，可以收集以上系統(tǒng)的設(shè)施運(yùn)行、報(bào)警、聯(lián)動(dòng)等狀態(tài)的相關(guān)信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理、傳輸、交換、存儲(chǔ)和管理。

平臺(tái)層通過(guò)智慧消防系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)整合消防系統(tǒng)及與消防相關(guān)系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智慧消防系統(tǒng)的應(yīng)用。在“智慧消防1.0”階段，平臺(tái)層主要實(shí)現(xiàn)信息的整合、流程的優(yōu)化及對(duì)消防信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)性判斷。在“智慧消防2.0”階段，平臺(tái)層將成為一個(gè)更高維度的載體，類(lèi)似一個(gè)“智慧腦”，其學(xué)習(xí)認(rèn)知部分，不僅具有更加強(qiáng)大的感知、決策和控制能力，更具有學(xué)習(xí)認(rèn)知、產(chǎn)生知識(shí)的能力，信息系統(tǒng)中的“知識(shí)庫(kù)”由人和信息系統(tǒng)自身的學(xué)習(xí)和認(rèn)知系統(tǒng)共同建立，它不僅包含人輸入的各種知識(shí)，更重要的是包含著信息系統(tǒng)自身學(xué)習(xí)得到的知識(shí)，知識(shí)庫(kù)可以在使用過(guò)程中通過(guò)不斷積累而逐漸完善和優(yōu)化。針對(duì)消防系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立平臺(tái)“智慧腦”的方法，可以采用定性定量結(jié)合的綜合集成方法，將專(zhuān)家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和各種信息與計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。其中的專(zhuān)家系統(tǒng)可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)消防專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬專(zhuān)家的決策過(guò)程，來(lái)解決那些需要人類(lèi)專(zhuān)家處理的復(fù)雜問(wèn)題。

可視化模型

CPS的特點(diǎn)之一表現(xiàn)為信息世界與物理世界交互協(xié)同、深度集成，信息世界與物理世界存在反饋閉環(huán)控制，能夠自主適應(yīng)物理環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，數(shù)字孿生為實(shí)現(xiàn)CPS的虛實(shí)融合提供了有效的途徑和方法。數(shù)字孿生借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及算法模型等，采用數(shù)字化的方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，虛實(shí)兩側(cè)的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通、雙向映射、交互反饋，進(jìn)而迭代運(yùn)行，以達(dá)到物理實(shí)體狀態(tài)在數(shù)字空間的同步呈現(xiàn)，通過(guò)對(duì)模型的診斷、分析和預(yù)測(cè)，優(yōu)化實(shí)體對(duì)象在其全生命周期中的決策、控制行為，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)體與數(shù)字模型的共享智慧與協(xié)同發(fā)展。

“智慧消防系統(tǒng)”通過(guò)數(shù)字孿生建立的可視化模型，可以達(dá)到“以虛映實(shí)、虛實(shí)互驅(qū)、以虛控實(shí)”的效果。“以虛映實(shí)”是通過(guò)三維可視化模型，利用物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、GIS、BIM和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控輔助分析等技術(shù)手段，仿真模擬創(chuàng)建虛擬實(shí)體，以一種可視化的形態(tài)實(shí)現(xiàn)建筑與建筑信息模型的映射，可以讓信息以更多的維度體現(xiàn)。例如，在地圖或模型上顯示消防設(shè)備和人員信息，通過(guò)實(shí)時(shí)輔助定位，還可以顯示消防設(shè)施的報(bào)警、故障和異常點(diǎn)位置，值班人員、救援人員的實(shí)時(shí)位置和歷史軌跡，這樣就可以將消防系統(tǒng)映射到信息空間。“虛實(shí)互驅(qū)”通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行仿真，模擬各種設(shè)備故障、消防事故，并生成解決方案，進(jìn)而優(yōu)化事故解決方案，實(shí)現(xiàn)管控優(yōu)化。“以虛控實(shí)”則通過(guò)融入人工智能，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)與決策，整體對(duì)建筑消防系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期的閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)信息和消防系統(tǒng)迭代運(yùn)行與優(yōu)化。

編制組在《技術(shù)規(guī)程》中提出了采用“可視化模型”，這可以作為數(shù)字孿生的一個(gè)基礎(chǔ)條件，但并沒(méi)有要求滿足數(shù)字孿生的深度，這在條文說(shuō)明作了簡(jiǎn)單闡述，是立足現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用水平提出的。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，智慧消防系統(tǒng)若要達(dá)到“以虛映實(shí)”的程度，應(yīng)更緊密地結(jié)合并充分利用數(shù)字孿生技術(shù)。

平臺(tái)應(yīng)用

智慧消防系統(tǒng)以“人-信息-消防系統(tǒng)”的三元系統(tǒng)進(jìn)行呈現(xiàn)，構(gòu)建了一套信息空間與消防系統(tǒng)之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)閉環(huán)賦能的體系，通過(guò)狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行，解決實(shí)際消防和救援過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性的問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化。“智慧”是要實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的大腦思維過(guò)程，是針對(duì)各個(gè)場(chǎng)景通過(guò)感知、分析，實(shí)現(xiàn)決策和判斷。

《技術(shù)規(guī)程》編制組結(jié)合CPS提出了智慧消防系統(tǒng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)模型（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“雙環(huán)模型”），見(jiàn)圖5。基于雙環(huán)模型，編制組確立了“消防人員信息管理”“消防設(shè)備信息管理”“滅火和救援輔助”“火災(zāi)事故分析”“滅火救援預(yù)案”“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”“消防演練”7個(gè)應(yīng)用，并以功能應(yīng)用模塊提供管理服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，整合、管理各消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)消防場(chǎng)景數(shù)據(jù)互通作為解決方案。

前6個(gè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)感知、分析，實(shí)現(xiàn)決策和判斷的思維過(guò)程，“消防人員信息管理”“消防設(shè)備信息管理”側(cè)重于感知，“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”“火災(zāi)事故分析”側(cè)重于分析，“滅火救援預(yù)案”側(cè)重于決策，“滅火和救援輔助”側(cè)重于執(zhí)行。“消防演練”作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，是為了提速知識(shí)積累，其核心在于仿真。仿真的方式可以是現(xiàn)實(shí)中組織人員進(jìn)行消防演練，也可以是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)產(chǎn)品訓(xùn)練，或者通過(guò)數(shù)字孿生模型自動(dòng)推演。每一次演練過(guò)程都執(zhí)行一次閉環(huán)鏈條，可以認(rèn)為是對(duì)“智慧消防系統(tǒng)”的訓(xùn)練和提升，實(shí)現(xiàn)自我完善和更新。

建設(shè)現(xiàn)狀及《技術(shù)規(guī)程》要求

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本文有刪減，全文載于《建筑電氣》2024年第5期，詳文請(qǐng)見(jiàn)雜志。

版權(quán)歸《建筑電氣》所有。

作者：

李沛巖，男，中衡設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，高級(jí)工程師，北京分公司電氣總監(jiān)。

張青，女，中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，教授級(jí)高級(jí)工程師，公司副總工程師。

熊小俊，男，中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，教授級(jí)高級(jí)工程師，工程設(shè)計(jì)研究院電氣一所副所長(zhǎng)。

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