核電廠智慧消防管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

劉闊，王志遠(yuǎn)，羅垚，劉宏博

摘要：核安全在國家公共安全領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，消防安全作為核安全的重要組成部分，在國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和消防安全事故頻發(fā)的背景下，利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)消防向現(xiàn)代消防轉(zhuǎn)型，既具備緊迫性也具備必要性。本文旨在探究利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、應(yīng)急通信等技術(shù)構(gòu)建核電廠智慧消防管理框架，提升核電廠消防風(fēng)險預(yù)判、大數(shù)據(jù)分析、智能化救援綜合能力。

關(guān)鍵詞：智慧消防；大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展與迭代，為核電廠消防安全管理實現(xiàn)實時化、數(shù)字化、智能化提供技術(shù)可能性，通過核電廠智慧消防系統(tǒng)性規(guī)劃與建設(shè)，可有效提升國內(nèi)核電行業(yè)物聯(lián)設(shè)備感知能力、大數(shù)據(jù)風(fēng)險評估能力、滅火救援輔助決策能力、消防訓(xùn)練科學(xué)性，最終提升核電消防管理綜合能力。

一、核電廠智慧消防數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

（一）核電廠智慧消防數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性

在國家全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)背景下，全面提高消防管理智能化水平已成為消防行業(yè)改革與發(fā)展的重要方向。核電廠消防系統(tǒng)建設(shè)時間早、數(shù)字化水平低，信息資源分散，技術(shù)換代策略保守。在運核電廠消防管理普遍存在信息化、數(shù)字化、智能化水平低，在建核電廠普遍面臨數(shù)字化消防重視不足、設(shè)計滯后的現(xiàn)實困境。

（二）核電廠智慧消防數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要性

隨著信息技術(shù)發(fā)展和社會進(jìn)步，傳統(tǒng)消防技術(shù)手段已經(jīng)無法滿足核電廠現(xiàn)代消防安全管理的現(xiàn)實需求，中國核電行業(yè)智慧消防建設(shè)迫切需要跟上數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮，亟待開展頂層設(shè)計規(guī)劃與系統(tǒng)性建設(shè)驗證。

二、核電廠智慧消防建設(shè)面臨的難點

（一）設(shè)備物聯(lián)水平低

因核電廠建設(shè)周期長、技術(shù)路線相對保守，在運核電廠消防系統(tǒng)建設(shè)與投用時間普遍早于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大規(guī)模普及期，導(dǎo)致核電廠消防設(shè)備物聯(lián)水平普遍較低，無法滿足智慧消防建設(shè)需要，如設(shè)備缺乏足夠的傳感器和數(shù)據(jù)收集裝置，無法實時傳輸消防設(shè)施狀態(tài)信息[1]。

（二）信息資源分散孤立

由于缺乏統(tǒng)一的信息資源規(guī)劃，導(dǎo)致各類消防設(shè)備與管理系統(tǒng)信息資源分散，無法有效融合，不利于綜合利用信息資源。同時，各類消防設(shè)備與消防系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，形成數(shù)據(jù)孤島與信息壁壘，導(dǎo)致消防風(fēng)險管理無法進(jìn)行有效的大數(shù)據(jù)分析與準(zhǔn)確的風(fēng)險評價[2]。

（三）火警處置智能化落后

智能化接處警和火場態(tài)勢感知需要借助先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能算法來實現(xiàn)。因核電廠接處警頻率低、重要性認(rèn)識不足、技術(shù)投入不高等因素，導(dǎo)致其接處警能力普遍落后于城市消防接警中心的基本水平，缺少輔助偵察設(shè)備、可視化通信技術(shù)，導(dǎo)致無法實時、動態(tài)、高效感知火場態(tài)勢，無法進(jìn)行科學(xué)、高效、可靠的指揮與決策[3]。

三、核電廠智慧消防總體架構(gòu)

通過系統(tǒng)性規(guī)劃核電廠智慧消防管理平臺架構(gòu)，從消防態(tài)勢感知、消防大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用、消防智能救援指揮、消防隊站智慧管理等四大方面開展建設(shè)，借助數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)防火、滅火有效融合，提升核電廠風(fēng)險預(yù)判與科學(xué)救援能力[4]。

四、核電廠智慧消防建設(shè)的探索與應(yīng)用

（一）構(gòu)建消防物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，輔助增設(shè)消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，通過實時監(jiān)測和采集消防設(shè)施、設(shè)備、器材等狀態(tài)信息，基于完整的數(shù)據(jù)圖譜在線感知消防安全狀況。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)存儲、分析和處理物聯(lián)網(wǎng)類數(shù)據(jù)，對消防安全趨勢進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警，為消防安全管理提供更加科學(xué)和精準(zhǔn)的決策支持。

傳統(tǒng)消防設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備融合，具有建設(shè)工期長、施工復(fù)雜度高、信息兼容性差、設(shè)備用電施工難等特點，主要涉及消防給水、消火栓系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、機(jī)械防煙排煙系統(tǒng)、電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、其他系統(tǒng)（應(yīng)急照明與疏散指示、廣播、防火分隔設(shè)施、消防電梯、消防電話等）。

新興消防物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具有功耗低、待機(jī)長、自供電等特點，常見設(shè)備為防火門無線監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)攝像智能AI識別（煙氣、火焰）、獨立式無線感煙探測系統(tǒng)、火災(zāi)圖像識別系統(tǒng)、可燃及危險氣體無線監(jiān)測預(yù)警、滅火器智能信標(biāo)、消防閥門井浸濕檢測、監(jiān)火機(jī)器人等技術(shù)[5]。

（二）構(gòu)建消防大數(shù)據(jù)監(jiān)管子系統(tǒng)

實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同層級消防信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌融合與集中分析。通過消防大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行消防安全風(fēng)險動態(tài)分析與評估，實現(xiàn)消防安全管理數(shù)據(jù)可視化、結(jié)構(gòu)化，提升消防安全管理效能。

1.平臺互聯(lián)、統(tǒng)籌融合

利用數(shù)據(jù)中臺互聯(lián)、系統(tǒng)接口對接、RPA技術(shù)等方式，實現(xiàn)“消防設(shè)計數(shù)據(jù)、消防生產(chǎn)數(shù)據(jù)（維修管理/定期試驗/隔離管理等）、消防管理數(shù)據(jù)（動火證、火災(zāi)載荷、防火屏障、消防通道、消防隱患等）、消防監(jiān)測數(shù)據(jù)（消防物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)）”統(tǒng)籌融合，打破系統(tǒng)孤立與數(shù)據(jù)壁壘，建立消防監(jiān)管數(shù)據(jù)湖，為消防風(fēng)險評估奠定基礎(chǔ)。

2.動態(tài)分析、風(fēng)險預(yù)判

動態(tài)收集更新消防監(jiān)管數(shù)據(jù)湖，如消防缺陷、消防異常、氣象信息、工作計劃、消防票證、火險事件、消防演習(xí)等信息，建立消防大數(shù)據(jù)分析模型，深入挖掘和分析各項消防監(jiān)管數(shù)據(jù)，識別出潛在的安全風(fēng)險和隱患，為消防安全管理與風(fēng)險趨勢預(yù)判提供科學(xué)決策支持。

3.科學(xué)決策、精準(zhǔn)干預(yù)

通過消防風(fēng)險趨勢分析與預(yù)判，為消防管理科學(xué)化、火災(zāi)風(fēng)險干預(yù)提供有效決策依據(jù)[6]，指引消防管理人員及時采取應(yīng)對措施，有效提升消防安全治理效能，降低火災(zāi)發(fā)生概率。

（三）構(gòu)建消防智能救援指揮子系統(tǒng)

利用大數(shù)據(jù)、信息集成、即時通信等技術(shù)，實現(xiàn)火災(zāi)救援從“離線狀態(tài)”到“在線狀態(tài)”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，輔助主控室操縱員、消防指揮人員快速準(zhǔn)確識別火情信息，迅速做出判斷與響應(yīng)，促進(jìn)核電廠火警響應(yīng)流程的自動化和智能化管理。

1.早期預(yù)警與智能接警

實現(xiàn)消防探測系統(tǒng)與視頻監(jiān)控設(shè)備聯(lián)動，借助智能傳感器、AI圖像識別等技術(shù)輔助收集火災(zāi)初期信息，如火源位置、火勢大小、煙霧濃度等，縮短火災(zāi)早期探測與確認(rèn)時間，早預(yù)判、早發(fā)現(xiàn)、早撲救，提升滅火成功率。建設(shè)核電智能接警系統(tǒng)，實現(xiàn)接警語音拾取、警情要素自動提取、自動生成警情單、自動關(guān)聯(lián)消防行動卡、自動分發(fā)涉及人員，實現(xiàn)智能化模塊調(diào)度，為高效指揮提供及時、有效、互動的災(zāi)情實時信息，縮短警情傳遞時間，提升接警處置效率。

2.火場態(tài)勢全方位感知

通過采用先進(jìn)的技術(shù)手段和裝備，實現(xiàn)消防救援的天地立體感知，為應(yīng)對火場突發(fā)情況、補(bǔ)充偵察與救援提供重要的輔助決策支持和保障[7]，如利用消防救援機(jī)器人、無人機(jī)、機(jī)器狗、即時通信設(shè)備、人員生命體征監(jiān)測等新式裝備。通過智慧消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合優(yōu)勢，實現(xiàn)對火場環(huán)境信息的可視化、實時化感知，如周邊情況（道路情況、救援場地、疏散通道等）、氣象預(yù)測數(shù)據(jù)、設(shè)備斷電情況、消防系統(tǒng)啟動情況、火災(zāi)載荷分布情況、消防設(shè)備位置及狀態(tài)、消防戰(zhàn)斗員定位、環(huán)境輻射劑量率等。

3.數(shù)智化消防預(yù)案與指揮決策

核電火災(zāi)事故場景、現(xiàn)場環(huán)境、應(yīng)急響應(yīng)等因素基本固定，有利于降低數(shù)字化滅火預(yù)案的開發(fā)難度，提升數(shù)字化滅火預(yù)案的針對性、操作性，輔助利用數(shù)字仿真、三維動態(tài)和模型處理等前沿技術(shù)，接入移動式消防救援指揮電腦，實現(xiàn)人員、裝備、資源協(xié)同調(diào)配與遠(yuǎn)程指導(dǎo)，實現(xiàn)消防指揮可視化、移動化，提升滅火救援指揮效能。

（四）構(gòu)建消防隊站智慧管理子系統(tǒng)

以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、互動化、協(xié)同化和融合化為導(dǎo)向，開展消防隊站管理系統(tǒng)建設(shè)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合傳感器，實現(xiàn)消防隊站要素數(shù)字化、訓(xùn)練智能化、裝備信息化、信息資源網(wǎng)絡(luò)化、日常管理可視化。同時，全面數(shù)字化管理消防隊的人、車、物，提升應(yīng)急反應(yīng)速度，為消防救援提供現(xiàn)代管理支持。在此基礎(chǔ)上，可視化態(tài)勢、戰(zhàn)備秩序管理、訓(xùn)練秩序管理、工作秩序管理以及大屏集中展示等方面得以有效實施[8]。

五、核電廠智慧消防建設(shè)的創(chuàng)新應(yīng)用

（一）數(shù)據(jù)融合模式下的消防管理中樞

在數(shù)據(jù)融合模式下，核電廠智慧消防管理中樞具有顯著優(yōu)勢。這一創(chuàng)新應(yīng)用將不同來源的消防數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，包括機(jī)組運行數(shù)據(jù)、人員定位信息、火災(zāi)報警信號、消防管理數(shù)據(jù)等，使各類數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充，形成全方位多角度的消防監(jiān)管數(shù)據(jù)湖。數(shù)據(jù)融合模式下的消防管理中樞的核心價值在于通過數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，深入揭示潛在的火災(zāi)風(fēng)險，實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防智能化。通過對海量數(shù)據(jù)的分析，該中樞能夠預(yù)測火災(zāi)風(fēng)險趨勢，指導(dǎo)消防管理人員及時進(jìn)行干預(yù)與介入，將潛在火災(zāi)隱患消滅在萌芽狀態(tài)。此外，數(shù)據(jù)融合下的消防管理中樞還具有實時監(jiān)控功能，能準(zhǔn)確跟蹤核電廠各區(qū)域的消防情況，一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，立即啟動預(yù)警機(jī)制，將火災(zāi)風(fēng)險降至最低。

（二）大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的消防風(fēng)險評估與預(yù)測

在大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，實現(xiàn)消防風(fēng)險評估與預(yù)測的創(chuàng)新應(yīng)用。大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量消防數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和挖掘，揭示數(shù)據(jù)中隱藏的火災(zāi)風(fēng)險和趨勢，為預(yù)防和應(yīng)對火災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。首先，大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的消防風(fēng)險評估能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對核電廠各區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行量化評估，使管理人員能夠全面、準(zhǔn)確了解核消防安全狀態(tài)。其次，通過數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，消防風(fēng)險評估能夠預(yù)測核電廠消防安全狀態(tài)的發(fā)展趨勢，提前采取措施進(jìn)行干預(yù)和防范[9]。

（三）數(shù)字化應(yīng)用下的滅火指揮輔助決策

在數(shù)字化應(yīng)用背景下，核電廠智慧消防滅火指揮輔助決策系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。該系統(tǒng)通過數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)了對火災(zāi)現(xiàn)場的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和決策支持，為滅火指揮提供更加科學(xué)、高效的輔助手段。滅火指揮輔助決策系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控、傳感器、機(jī)器狗、無人機(jī)、消防單兵視頻通信等設(shè)備，實時獲取火災(zāi)現(xiàn)場的圖像和數(shù)據(jù)信息，為指揮人員提供全面的現(xiàn)場情況。同時，系統(tǒng)通過消防設(shè)計基礎(chǔ)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，對火災(zāi)蔓延趨勢、火勢大小等進(jìn)行評估和預(yù)測，為制定滅火方案提供科學(xué)依據(jù)。智慧消防系統(tǒng)集成多種滅火方案和戰(zhàn)術(shù)模型，根據(jù)現(xiàn)場情況和火勢發(fā)展，自動生成和優(yōu)化滅火方案，為指揮人員提供多種戰(zhàn)術(shù)選擇。

結(jié)語

中國核電行業(yè)智慧消防建設(shè)尚處于探索期，迫切需要在消防態(tài)勢感知、消防大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用、消防智能救援指揮、消防隊站智慧管理等方面提升消防安全管理效能，通過系統(tǒng)性規(guī)劃與建設(shè)“防消一體”的核電廠智慧消防管理系統(tǒng)，不斷探索迭代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、應(yīng)急通信、人工智能、虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的新興技術(shù)，可為提升核電廠消防安全管理與應(yīng)急響應(yīng)能力奠定堅實基礎(chǔ)。

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