视频监控系统应用于火灾报警系统的设计研究

刘 晓 峰

(哈尔滨工业大学建筑设计研究院,黑龙江 哈尔滨 150090)

0 引 言

火灾预防一直为人们所重视,火灾的技防手段也不断推陈出新,火灾报警系统、电气火灾监控系统、消防电源监控系统、防火门监控系统、余压监控系统等都极大地提高火灾的预警性能,但这些报警信号都是通过探测器件间接发出的声光信号达到报警功能,且常常存在误报、漏报等状况,并难以及时复核、确认,故难以满足日常的实际管理需求。而随着技术进步和发展,视频监控系统不仅可作为保障建筑物内人身、财务等安全的常备系统,而且可以在火灾探测及报警方面发挥显著作用,并且具有独特优势。因此,尽快推动视频监控系统与火灾报警系统的融合统一,进而完成消防系统与安防系统的一体化规划和建设尤为重要。

1 必要性

1.1 智慧消防的需求

随着5G时代的到来,物联网、大数据云服务等技术在各个不同行业逐渐广泛应用。2017年10月公安部消防局发布《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》,各城市智慧消防的建设也陆续开展,结合消防与安防一体化的智慧消防城市物联网远程监控系统是未来的发展方向。

智慧消防城市物联网远程监控系统以“预防为主,防消结合”为指导思想,以“广泛的透彻感知、全面的物联共享、可视的报警服务”为建设理念,运用物联网技术获取消防基础大数据,进而实现对消防数据的采集分析,挖掘大数据信息,最终实现远程监控,将消防工作由稽查管理向实时主动监测转变,从而最大程度地降低火灾发生的概率,同时也减小消防部门稽查和救援压力,最终提升整体消防防控能力。安防系统已成为智慧消防城市物联网远程监控系统的重要一环。

智慧消防物联网远程监控系统框图如图1所示。

图1 智慧消防物联网远程监控系统框图

1.2 城市发展的需要及其优势

随着我国城市化进程的加快,消防安全面临着复杂严峻的形势,如何利用先进的科技手段防范火灾事故、确保消防安全,是当今城市治理的重点和难点。目前,城市综合体、超高层写字楼、体育场馆、会展、文博等类建筑不断兴起,此类建筑往往空间高大、社会影响力强;人员密集、流动性大、物资集中,火灾危险性大,在城市消防联网中均属于重点监控单位。

视频监控系统应用于火灾报警系统,具有以下优势。

(1)可应用于高大空间,早期发现火警。传统探测装置对于高大空间火灾的早期探测还具有局限性,而视频火灾探测系统利用摄像机作为火灾探测器,由于摄像机的安装不受场所、环境的限制,探测距离大,监测更加直观,可以对更大的空间进行监控,因而可以在很大程度上弥补传统火灾探测器的不足。目前,其较多应用于高大空间的工业厂房、存储库房、隧道以及部分室外等高风险场所中,可以早期发现火灾和烟雾,对潜在火灾快速做出响应。

(2)可实时提供现场状况。视频监控系统可以复核火灾事故报警,当火灾自动报警系统发出自动报警后,可以通过视频监控系统复核火灾报警的真实性;在普通场所,火灾时可以实时获取火灾现场的火情、人员的疏散及救援情况,为消防指挥人员及火灾事故救援提供实况信息。

(3)可监视重要设备的运行状况。在重要设备机房,如消防泵房、电梯机房、防排烟机房、变电所、柴油发电机房等处设置视频监控系统,火灾时可及时了解现场状况,以便于消防指挥人员及时了解设备运行情况,并采取相应的措施。

(4)可提高消防管理水平,减少现场査看的工作量。消防安全通道和出口畅通是人员密集场所消防安全管理的重点,为有效杜绝占用、堵塞、锁闭通道和出口现象发生,视频监控系统可对防火门、消防通道进行实时智能监控和告警。通过采集分析视频监控系统在防火门、消防通道处的视频图像,将系统自动识别的违规隐患在监控管理中心进行提示和报警。

(5)可保存事前、事中及事后的视频资料,包括失火的时间、点位、周边布置等信息,便于查阅及再现火灾现场记录及火灾现场,为后期火灾分析认定提供客观真实的证据。

(6)可以对火灾事故现场或消防安全重点单位进行远程实时监控和遥控管理。

视频监控系统应用于火灾自动报警系统需进行相关软件的开发、硬件的升级及补充,短期内将增加系统造价,但随着系统应用及推广,其便于城市化的集中监控及管理,能够保障人员生命及财产安全,经济效益将会更加凸显。

2 可行性

2.1 技术发展

目前,国内市场上已应用的基于视频图像探测的火灾报警技术主要分为两类,一类是以特殊摄像机为火灾探测器的视频火灾报警系统,主要采用双波段红外/紫外复合探测技术,与传统视频监控系统不兼容;此类产品造价高,专用性强,后期维护及管理难度大。另一类则是基于火灾的图像探测技术,开发相应的软件系统,利用现有视频监控系统中摄像机作为火灾探测器,使用计算机模式识别技术对视频图像进行火焰、烟雾识别,无论哪种火灾类型,均可在视频图像内出现火焰或烟雾的几十秒内被快速识别并报警,使用户及早采取适当措施[1]。

近年来,利用视频监控系统的可视图像探测技术已成为消防报警领域的研究热点,终端产品技术日益成熟,系统造价低,安装及维护方便快捷。

2.2 国家相关规范的发布与支持

在相关规范方面,GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[2]中第4.10.2条规定:“消防联动控制器应具有自动打开涉及疏散的电动栅杆等的功能,宜开启相关区域安全技术防范系统的摄像机监视火灾现场”,已经为视频监控系统的接入预留了条件。

2015年6月,公安部天津消防研究所与24家单位共同组成编制组,编制了CECS 448:2016《可视图像早期火灾报警系统技术规程》,并于2016年10月1日在全国实施。部分地方也发布了相关规范,如天津DB12/T 917—2019《可视图像火灾报警系统技术规范》,已于2020年1月1日起实施。此外,ISO/TS 7240-29:2017《火灾探测报警系统 第29部分:视频火灾探测器》的发布弥补了缺少一个国际性统一规范的不足[3]。

近期,随着GB 50440《城市消防远程监控系统技术标准》和GB 16806《消防联动控制系统》检测标准的相继修编及出台,目前城市消防远程监控系统已经能够将城市内重点建筑的消防探测信号发送到消防局的管理平台中,将城市的主要建筑纳入到消防局管理系统中。

3 设计原则

3.1 系统网络构建

安防、消防一体化建设,是未来智慧消防发展及建设的主要方向。目前安防消防一体化仍利用视频监控系统已经安装的各种室内监控摄像机,系统之间需要通过协议转换,互相通信建立联系。对比两者系统架构,火灾自动报警与消防联动系统布线主要以树形结构为主,消防报警、联动、电话、广播各总线均为独立布线模式,其他如防火门监控、电气火灾监控、消防电源监控、集中控制应急疏散照明等消防分系统均独立布线、独立运行,控制及接口体系较为封闭。而安防和智能化各应用系统整体适应数字化、网络化、平台化的发展,系统架构及布线形式是结构化、网络化体系,符合智慧建筑领域互联互通的发展方向。未来,从设计层面和规范角度出发,火灾自动报警系统只有架构规划实现网络化和通用化,才能实现安防和消防系统的整体兼容[4]。视频监控系统与火灾自动报警系统一体化网络架构如图2所示。

3.2 机房设置

火灾自动报警系统及安防监控系统根据其管理的需求,需各自设置消防控制室(中心)及安防监控中心,主要设于建筑1F或-1F[5],需具有独立的直接对外出口。以前由于其重要性,在建筑中往往单独设置,人员独立,管理独立。而现在在实际设计过程中两者常常合并设置,既可减少建筑空间的占用,又可以采用一组管理人员,节省开支,便于培训及管理。GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[6]中第23.2.3.2条明确:“安防监控中心宜与消防控制室合并设置。”

3.3 电源预留

以往消防控制室不管是否与安防监控中心合并设置,两套系统均需单独设置供电电源,两者负荷等级相同,但配电标准却不一致,虽然都采用双路电源末端切换配电,但消防负荷采用矿物绝缘电缆配电,而安防监控机房则可以采用阻燃耐火电缆。GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》第14.9.6.1条中规定:“安防监控中心宜设置专用配电箱;当与消防控制室合用机房,或与智能化总控室合用机房时,配电箱可合用”;第23.5.1.2条对此也做出要求:“当消防控制室与安防监控中心合用机房,且火灾自动报警系统与安全技术防范系统有联动时,供电电源可合用配电箱。”共用电源系统应按照消防负荷标准配电。此次条文的修订也与未来的发展趋势相一致。

3.4 可视图像系统摄像机设置场所

视频安防监控系统出于安全管理的需要,其摄像机主要设置于主要出入口及需要重点监控的场所。而作为火灾报警系统的重要辅助措施,其摄像机的布置与火灾报警系统相互配合,则应用更加广泛而全面。

DB12/T 917—2019《可视图像火灾报警系统技术规范》附录A中列出了城市轨道交通、烟草、公路隧道、仓储物流、电力、电信、金融、钢铁冶金、石油石化、铁路、民航等行业中适合安装视频图像报警系统的场所。但在民用建筑中下列场所建议设置视频监控系统摄像机。

(1)疏散走道、楼梯间、主要出入口外、电梯轿厢。

(2)高度大于12 m的场所:展览厅;体育馆、影剧院、会堂的观众台、会议厅、报告厅、共享舞台等人员密集场所;中庭、大堂、等候厅等高大的厅堂场所。

(3)主要设备机房,例如消防控制室、消防水泵房、防排烟机房、电梯机房、变电所、柴油发电机房等火灾时均需工作的设备用房,以及集中设置电气设备的房间,如强、弱电竖井、配电小间等处。

(4)地下车库充电桩等区域。

3.5 管线选择及敷设

根据规范要求,“火灾自动报警系统的传输线路和50 V以下供电的控制线路,应采用电压等级不低于交流300/500 V的铜芯绝缘导线或铜芯电缆。采用交流220/380 V的供电和控制线路,应采用电压等级不低于交流450/750 V的铜芯绝缘导线或铜芯电缆。火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆,报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆。”视频监控系统的线缆选择可参考火灾报警系统的要求,系统布线均采用耐火或阻燃耐火线缆,传输线路应单独敷设,采用金属管、可挠(金属)电气导管或封闭式线槽保护。均应采取热镀锌防腐措施,走廊及竖井内沿封闭金属线槽敷设时应外刷防火涂料。由于视频监控系统主要是用于早期发现火警,便于人员疏散,因此防火涂料的耐火时间不应小于30 min。

3.6 联动控制

(1)可视图像早期火灾报警系统的火灾报警信号可作为其他消防系统的联动条件,或经人工确认火警后启动其他消防系统[5]。

(2)当可视图像早期火灾报警系统出现报警并确认火警后,值班人员应按火警优先原则处理,并应立即启动火警响应应急预案[5]。

(3)火灾报警系统烟感探测器、温感探测器或手动报警按钮、消火栓按钮触发报警时,联动相关区域摄像机,视频监控系统自动将火警相近区域的摄像机的摄像画面切向保安主监视屏(或消控中心显示器),重点监录这些摄像机的摄像内容,并以语音提示方式进行报警提示,以便于消防管理人员确认火灾及了解现场情况,并自动保存视频作为依据,以供事后分析原因。

(4)确认火灾发生前,启动相关区域的消防应急照明、疏散指示灯具以及全部消防设备机房的照明。目前,主要消防设备机房照明配电多采用备用照明,其可以与应急照明灯合用一套灯具,采用消防电源配电,并在火灾时紧急点亮。

(5)联动相关区域的门禁系统。当门禁管理子系统发生非法侵入时,视频电视监控系统自动将进入的管制门或报警点相近区域的摄像画面在安防监控中心主监视屏显示,并重点监录这些摄像机的摄像内容,以备核对。发生消防报警时,相关安装门禁区域将根据需要自动打开或关闭。

3.7 机房接地

机房的功能接地、保护接地(包括等电位联结、防静电接地和防雷接地)等宜与建筑物供配电系统共用接地装置,接地电阻值不小于1 Ω。

4 结 语

视频监控系统应用于火灾报警系统是大势所趋,是技术进步、时代发展的必然结果。建议国家从政策上、财政上加以支持和推动,企业应加强相关软件及相关产品的开发和认证,以及加强相关规范的编制、补充及完善,最终促进消防系统与安防系统一体化的建设和发展。