浅谈基于大数据的火电站智慧化消防探析

摘要：介绍火电站消防传统模式情况，讨论了火电站智慧化消防必要性，探讨了基于大数据的火电站智慧化消防研究内容，以及未来的发展方向。

关键词：火电站；消防；大数据；智慧化

       目前我国火电站采用多种型式灭火系统与火灾自动报警系统相结合，已经构成较完整的消防体系，并且涵盖了火电站大部分防火区域。但消防工作基本还是按照传统模式进行，而随着火电站规模参数提高，电站设备系统的数量增多规模加大，建筑结构更加复杂，可燃物质种类数量和危险区域不断扩大，现场自动化运行程度更高，因而现场消防安全火灾危险性更加突出，这些变化对火电站的消防工作模式和效率以及可靠性提出了新的要求。

在日新月异的信息技术推动下，大数据时代已经到来，就消防工作而言，借助大数据、云计算和信息平台等先进技术，将可以创建出与消防传统模式不同的新型消防工作机制。

智慧化消防是以大数据为核心，针对火电站的消防设计与防控措施以及消防设施，利用消防内外数据来源，形成全样本数据，借助先进数据处理与计算技术，使其形成防火监控和灭火数据环流，实现火电站消防安全防控全覆盖以及火情危险的准确及时处理。

       火电站建筑物贯穿空间大，建筑物分散，使用燃料有天然气、柴油、重油、煤炭等可燃物质，设备系统涉及到可燃物和电力，运行介质高温高压，各种类型电缆敷设广泛，现场有粉尘和湿热环境，因此消防法规《火力发电厂与变电站设计防火规范-GB50229》对火电站消防设计提出了具体防火要求。

       设计规范中根据电站不同区域规定了火灾危险性等级，包括甲乙丙丁戊等，规定建筑构件燃烧性能和耐火极限，并以防火区域进行划分。

       电站总平面布置区域划分主要有：主厂房、点火油罐、生产过程火灾危险区域、煤场及输煤、消防水泵房、材料库等。

       在火电站常规消防系统设计与建设中由于火电站的自身特殊性很容易出现各种各样问题，需要细心完善和改进后才能保障火电站的消防安全。

       火电站实际运行中消防系统主要通过火灾报警系统作为全场的消防安全保护控制中枢，进行火灾隐患早期探测及紧急灭火处置，并进一步动用各种消防设施和手段进行灭火救援抢险工作。

2.1 消防传统模式的不足

       在消防系统设计和施工方面，设计单位按照国家行业现行技术标准进行消防设计，消防信息网络化和智慧化方面标准规范并不健全，消防工程施工同样存在部分瑕疵和功能缺陷。

       在消防有关设备方面，由于产品不断升级更新换代，一些消防设施零配件已经逐步停产，增加了火电站对消防设施报废更新及工程改造的需求，但可能因为种种原因，不能及时进行消防设施维修和改造工作，容易造成消防安全隐患和潜在火灾风险。

       在消防设施维修保养检测等技术服务方面，有关服务商如何进行规范有序和科学合理的技术服务支持还存在各种问题。

       在消防设施运行管理方面，因为消防专业化管理水平不足，难以实时监控电站消防设施运行状况，难以采取针对性分析和评价诊断火灾危险性以便排查隐患，同时灭火救援应急指挥体系也难以适应更高的消防需求。

       目前电站领域设备的数字化和信息化水平不高，消防系统还是比较独立的系统，与全电站的控制管理系统信息化智慧化紧密联系程度不够，消防监控报警和灭火设施有些还是依靠就地人工控制，自动化和智慧化水平较低，电站部分区域和设备的消防监控报警和灭火设施覆盖合理性和深度不足。

2.2 智慧化消防模式的必要性

       公安部消防局在 2017 年发布了《关于推进“智慧消防"建设的指导意见》，提出：综合运用大数据、云计算、物联网和移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防"建设。

       随着火电站的大型化和现代化，相应建筑结构与工艺设备系统布置复杂多变，火灾隐患危险性变大，电站单位面积资源价值很高，传统的消防方式难以满足现代化电站安全管理要求，消防体系的升级换代和运维管理方式转变成为迫切实际需求，因此智慧化消防建设十分必要。

       智慧化消防系统是火电站智慧化一个*的子系统，在智慧化电站的各个层级中都有所体现，应将其纳入电站一体智慧化管理中，为将来电站少人值守智慧化运行做好准备。

       对于火电站的消防安全，智慧化消防将实现实时监控、全覆盖*，利用大数据、云计算、智能核心算法等前沿技术，对火电站生产过程和建筑物及设备状态进行在线实时检测分析和在线诊断。

       与电站消防火灾报警系统结合，进行火灾隐患预警判断，给予智慧化指导，能够对火电站火灾隐患及时发现及时处理，防范于未然。

       与电站消防灭火系统设施结合，进行火灾初期灭火救援，能够对火电站初期火灾及时灭火，限制损失进一步扩大，及时消灭初期火灾。

       与电站智慧化系统结合，及时报警、及时处理并反馈现场情况、及时按规定程序与各个子系统产生联动，提升整个电站的消防安全监控水平和灭火救援能力。缺乏联动辅助手段，快速进行火灾的处置造成较大影响。

3.1 消防大数据研究

       大数据是一种大容量大规模数据集合，具有数据获取、存储、管理、分析和判断等功能，能够形成大容量数据规模，可以实现数据快速流转，能够带来技术层面的变革与管理方式创新，能够形成现代智慧化消防模式。

       首先全样本数据流能更加立体、系统、客观认识事物，获得事物

       研究消防领域中模糊思维模式，少量的失真信息数据并不能得出电站建筑物和设备的火灾隐患判断，所以将会对采集到的全部各种数据进行智慧化模糊思维综合判断，才能获得准确真实的结果，同时此种思维模式与人类的思维结构较为相近，使得电站消防系统更具有智慧。 

       再有是研究大数据应真实有效，如果不能够保证数据真实有效，基于大数据的智慧化消防检测分析和研判将会产生错误，所以应加强对电站消防设施设备层面的研究，严格质量管理与提升设备智慧化水平。

       同时应研究基于大数据思维，建立火电站火灾防控长效机制，构建火电站本身及面向社会多方参与消防安全共同治理新模式，强调常态化精细化与标准化治理理念，形成齐抓共管多元共治。

       应研究建立火电站灭火救援机制，基于大数据实现采取科学有效消防措施迅速控制灾情，一旦发生火灾，灾情程度（如火灾地点、被困人数、火灾蔓延趋势）、现场救灾情况（如车辆、人员到场、出水时间，出水量、灾情发展态势）等阶段信息都能够迅速记录反馈，为救灾决策提供重要参考依据。

3.2 消防智能体系架构研究

      研究消防智能设备层面，消防设备设计及制造应考虑较长的寿命使用周期，能够利于更换零配件需求，设备维保方面有可靠及时合理的消防技术服务。 

       消防设备需要质量好，可靠性高，通用性和互换性好，执行机构动作应及时准确，并减少调校和维护工作量。

智能设备层面主要包括现场总线系统和无线设备网络，各种火灾报警系统，各种在线检测分析和控制仪器仪表，以及各种灭火救援系统设备。

       研究消防智能控制层面，这是消防智慧化的核心，能够实现电站生产过程的消防数据集中采集，在线实时监控和处理，也是安全等级层面。

       研究设置专业的消防智慧化监测控制平台，采用大数据、云计算、智能核心算法等前沿技术，对火电站的生产过程和建筑物与设备状态进行监测分析诊断和指导。

       例如消防智慧化监测控制平台可以配合火电站的建筑物和设备 BIM 模型，进行电站各种信息的查阅和检索，在线实时监控全电站各个区域、各个设备系统的状态和数据，一旦发现消防安全隐患和故障就会及时报警并给出具体设备的定位、具体故障情况、快速通知处理，及时反馈到监控平台予以记录，甚至进一步给出智慧化处理方案和意见。

       根据长期运行记录汇总统计分析显示各种故障报警记录日志及处理情况，可以进行日常智慧化消防运维调度管理，可以实现手机的 APP 功能与电脑终端系统数据同步，并根据手机权限进行远程操控。

       第三研究消防智能监管层面，应融入到全电站的智慧化管理体系中，实现厂级优化调度与配置，进行设备的状态监测与故障预警，达到实时监控与三维可视化互动定位等功能。

       应设立一个由技术人员值班的全电站实时调度控制监管（诊断）中心，建立发电设备远程诊断中心，实现对电站生产过程实时参数监视，设备系统性能状况监测及分析和问题诊断以及火灾隐患趋势预警，实现消防设备状态检修远程指导等功能。

       第四研究消防智能管理层面，应融入到区域化消防智能管理体系中，利用大数据和互联网技术，在区域内实时监控各电站安全生产全过程，满足集团级的消防智能决策要求。

       在区域电站大数据平台上形成互联网+电力技术服务业务，细化新的业务模式，可采用物联网技术手段，建立区域内电站安全消防救援中心，利用全社会消防部门和社会力量对火电站消防工作予以支持，实现火电站消防安全监测防控及抢险救援的专业化管理和全社会一体化管控。

3.3 消防智慧化其他研究

       除了上述研究内容外，消防智慧化还应当研究编制可行合理的对应技术标准与规范，研究消防设备的数字化和智慧化高质量产品，研究消防大数据 互联共享的应用技术，研究消防智慧化监测控制平台建设技术，研究机器人智能巡检技术，研究电站设备系统在线监测故障分析诊断技术。并研究消防智慧化技术的实效性、前瞻性、安全性、互动性和可靠性，实现并具有自适应性、自检能力、可控性、生产全过程、融合性和经济性等功能。

       还应研究火电站消防智慧化的全过程技术工作，包括电站消防系统设计阶段的数字化 BIM 模型技术，消防设施设备制造阶段的数字化制造技术，建设安装调试阶段的设备系统数字化信息化安装施工技术，电站运行维护阶段的消防设施智慧化管理控制技术，直至消防设施退役阶段的数据统计分析记录和经验后评价等。

       火电站消防智慧化监测控制平台将得到研发和完善，基于大数据和互联网技术以及智能算法和现代控制技术，平台将具有高度的安全性、灵活性、开放性、扩展性和一定的智慧化。

       火电站工艺设备及消防设备在线检测和故障隐患预警诊断技术得到发展，使得电站安全运行可靠性经济性大为提升。

       火电站机器人日常巡检技术成为可能，实现对电站各个区域建筑物和设备系统的全覆盖*智慧化巡检。

利用先进传感测量及网络通讯技术，未来将实现对火电站生产全过程的监测和感知，深度采集融合火电站的海量多源数据，将实现准确的消防计算分析和判断决策。

       实现火电站工艺设备及消防设施的全生命周期智慧化管理，将管理控制要求及时反映到生产控制层，实现管控一体化。

       实现火电站消防系统安全可靠和经济优化运行，满足消防安全需求，减轻员工现场工作强度，提高消防监控报警和灭火能力。 

       开展技术专家系统对电站的远程消防技术服务，实现区域内各消防系统实时监控、统一管控、信息资源和消防资源互联共享，统筹一体化集中管理。

5.1平台简介

       安科瑞智慧消防综合管理云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。原先针对“九小场所"和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"、用电管理的实际需求。

       从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。同时，通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备，有效解决用电单位电气线缆老旧，小微企业无专业电工、肉眼无法直观系统即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题，及时排除隐患，安科瑞智慧消防监控云平台结构如下图所示：

 

5.2 平台功能

(1)平台登陆

        用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

(2)实时监控

        智慧用电子系统可接入电气火灾、故障电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测和母排无线测温探测等等各类子系统，实现对相关消防系统设备的信息实时监控，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知，快速处置

(3)隐患管理

       隐患管理包括隐患巡查、隐患处理、和隐患记录，隐患巡查的目的是为了系统在产生报警或隐患后，系统可以针对工程人员派发工单，处理完以后工程人员能够在系统中填写相关工单任务记录，以供历史查询。隐患统计支持对项目进行日、月、季、年的维度查询，并能够自定义时间查询，将项目下隐患以曲线，图表的形式展现

 

(4)统计分析

       统计分析包括数据汇总和分析报告，数据汇总以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录，同时显示控制日志，支持按照控制类和参数设置类分别显示，也可以按照操作是否成功分别显示，包括此次控制的操作情况，项目名称，设备信息以及对应的操作时间等；分析报告包括总体概况和设备回路特征分析。

 

(5)运维管理

       根据运维调度管理的需要，智能调度技术人员可以分为不同角色，系统支持巡检计划和巡检日历，可支持巡检人员使用手机NFC芯片巡检打卡的功能。

(6)手机APP功能

       手机APP软件具有IOS版本和安卓版本，并与电脑终端系统的数据同步，能展示剩余电流、温度、电压、电流等电气参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线；短路、断线、漏电、超温、过压、欠压、过流等电气故障实时报警数据等；能实时显示项目地理位置、未排除隐患数、未处理巡检数等；通过APP消息推送的方式提醒用户实时报警信息；可以实现远程复位、远程分闸功能；可以对所有现场探测器进行远程参数设定及修改；可以对所有现场探测器的远程控制记录进行查询；

 

5.3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

5.4系统现场推荐硬件配置清单：

注：以下配置为针对1个回路选型，其中剩余电流互感器应根据现场回路电流大

5.5产品选型

电气火灾监控探测器

 

        综上所述，火电站消防系统向智慧化发展是未来必然趋势，目前国内火电站基本具备了相应的信息化基础条件，相关研发和试点工作已经开展，但火电站的整体智慧化将是一个漫长的过程，预计与不断成熟的人工智能和大数据互联网技术高度融合共同发展，将会实现电站智慧化的愿景。

[1]王九思，王日南，侯 宇 .基于大数据的火电站智慧化消防探析.

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06版.