李沛岩，等：《智慧消防系统技术规程》编制思考
引用格式：
李沛岩，张青，熊小俊.《智慧消防系统技术规程》编制思考[J].建筑电气,2024,43(05):3-7.
编制背景
消防安全是公共安全的重要组成部分，也是保障人民生命财产的重要工作，住房与城乡建设部、应急管理部和消防科研院所及企业一直致力于以先进的信息技术为基础，构建城市公共安全火灾智慧防控体系为目的的研究。2015年，国务院出台《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》后，原公安部消防局（现为国家消防救援局）发布了消防信息化建设的总体框架《消防信息化“十三五”总体规划》。2017年，原公安部消防局发布了“公消[2017]297号”文件《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》（下文简称《智慧消防指导意见》）,文件对智慧消防建设的基本原则、工作目标、重点任务、工作要求等方面做出了指导，该意见中提出“运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等信息技术加快推进‘智慧消防’建设，全面促进信息化与消防业务工作的深度融合，为构建立体化、全覆盖的社会火灾防控体系，实现‘传统消防’向‘现代消防’的转变”。消防安全工程建设行业是与前沿科技深度融合的产业之一，近几年，随着信息技术和人工智能技术的飞速发展，智慧消防的建设也在快速发展和推进。
T/CECS 1401-2023《智慧消防系统技术规程》（下文简称《技术规程》）由中国建筑设计研究院有限公司作为主编单位，是以《智慧消防指导意见》为基础，并在满足《城市消防远程监控系统技术标准》《建筑设计防火规范》《火灾自动报警系统设计规范》《火灾自动报警系统施工及验收标准》等国家相关规范要求的前提下编制。《技术规程》融合了安全可靠的前沿信息技术，并结合工程应用经验，形成了可操作可实施的关于智慧消防系统日常管理、维护与救援的安全体系的要求。《技术规程》力求推动消防智慧化建设，从而预防和减少火灾事故的发生，达到保障消防安全的目的。
“智慧消防系统”的定义
美国学术界在21世纪初提出了信息-物理系统（Cyber-Physical Systems,CPS）的理论，德国工业界将CPS作为“工业4.0”的核心技术。在2012年，美国标准技术研究院（NIST）发起了名为“智慧消防”的研究项目，其目标是通过开展对测量科学的研究，使建筑、设备、个人保护装备及机器人中的CPS得以融合，达到提升态势感知、操作效能及消防员个人安全的目的。伴随着工业4.0战略的推进，智慧消防的研究、开发和应用等都在快速发展,根据美国智慧消防研究规划，智慧消防的实现需要以数据收集、数据处理和数据使用等3个阶段技术的提升与融合作为支持，并划分为通信、计算和目标决策相关的11个研究领域进行深入研究。而在我国，物联网、5G、云计算、边缘计算、大数据、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、互联网、人工智能等信息技术蓬勃发展，智慧消防也在以新兴信息基础设施为核心的技术支撑下快速进步。因此，编制组认为可以从CPS理论的角度来阐释智慧消防系统的技术机理，其以CPS理论为基础，并在信息技术和人工智能的发展和融合中不断进行演进。
清华大学研究员杜明芳提出了智慧建筑的CPS理论模型，智慧消防是智慧建筑的一个有机的组成部分。所以，借鉴其理论模型，从智慧建筑的视角推演出智慧消防的理论模型：系统构成涉及了人、信息和消防设施三个要素，协同关联综合构成了智慧消防系统。该模型中，传统的自动消防系统表现为基于信息-消防设施的二元系统，见图1，其信息空间以现场总线、智能控制为主。智慧消防系统则用基于人-信息-消防设施的三元系统来表示，智慧消防分为两个发展阶段，可以称为“智慧消防1.0”和“智慧消防2.0”。“智慧消防1.0”见图2，其在信息系统这一维度上更多地依赖于物联网、云计算、大数据、智能控制技术，信息互通与集成优化是这个阶段构建系统的重要内容，目前正处于这个发展阶段，并已日渐成熟。“智慧消防2.0”见图3，则更多地依赖于人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术，引入了AI后将更多地体现出人-机共融特征，系统将具备自主学习、智能决策、自组织系统、自寻优进化等能力，将是以后的发展方向。
目前，智慧消防尚未形成统一的或者权威的标准定义，但可以看出，智慧消防是消防系统在融合信息化和智慧化条件下不断发展的产物，其形态也是在动态演进的。《技术规程》编制组基于CPS理论和现有的发展水平对“智慧消防系统”给出了如下定义：“通过集成各消防及相关系统，采集各消防及相关系统信息数据，进行数字化和可视化处理，并通过人工智能、信息及网络技术为消防系统运维和消防救援等消防安全管理提供支持的应用系统”。后文将对其包含的关键点进行进一步说明。
智慧消防系统的基本框架
围绕CPS理论，《技术规程》编制组认为智慧消防的两大核心是信息化和智慧化。信息化伴随着数字化和网络化，通过将消防设施实体进行数字化融合，使人、事物、流程和数据得以“流动”，物联网、边缘计算、5G和移动互联网技术的发展为这种全面透彻的感知和宽带泛在的互联提供了支撑。智慧化则依托人工智能平台，平台通过各种人工智能方法，实现针对场景和功能的适应、学习、思考、判断和决策。结合智慧消防系统的应用和发展状况，编制组确定智慧消防系统采用两层结构设计，分为接入层、平台层，其基本框架见图4。
接入层主要通过系统集成的方式实现信息的“感知”和“识别”，用户信息传输装置将各消防或消防相关系统采集的数据信息接入智慧消防系统，其中数据信息包括各消防系统的运行状态、探测器状态、传感器状态、消防设备的运行及联动状态、电子标签、视频图像等信息。传统自动化消防系统包含非常多的消防或相关系统，这些系统独立设置、各司其职，每个系统都只满足自身系统的监控要求，但系统之间几乎没有信息互通，这样就形成了一个个的“信息孤岛”，智慧消防系统将不同功能、技术、接口的各系统数据收集起来，实现信息的统一管理，实现新一步的信息处理和应用。
建筑物内通常设置的消防系统有火灾自动报警系统、消防应急照明和疏散指示系统、消防设备电源监控系统、可燃气体探测报警系统、电气火灾监控系统、余压监控系统、防火门监控系统、消防管网监控系统、电缆火灾预警系统、电力监控系统、视频监控系统等消防及与消防相关系统。智慧消防系统通过集成已设置的消防及与消防相关系统，可以收集以上系统的设施运行、报警、联动等状态的相关信息，并对信息进行处理、传输、交换、存储和管理。
平台层通过智慧消防系统应用平台整合消防系统及与消防相关系统信息和数据，实现智慧消防系统的应用。在“智慧消防1.0”阶段，平台层主要实现信息的整合、流程的优化及对消防信息进行关联性判断。在“智慧消防2.0”阶段，平台层将成为一个更高维度的载体，类似一个“智慧脑”，其学习认知部分，不仅具有更加强大的感知、决策和控制能力，更具有学习认知、产生知识的能力，信息系统中的“知识库”由人和信息系统自身的学习和认知系统共同建立，它不仅包含人输入的各种知识，更重要的是包含着信息系统自身学习得到的知识，知识库可以在使用过程中通过不断积累而逐渐完善和优化。针对消防系统的特点，建立平台“智慧脑”的方法，可以采用定性定量结合的综合集成方法，将专家系统、数据和各种信息与计算机有机结合起来。其中的专家系统可以运用计算机技术，根据消防专家的知识和经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程，来解决那些需要人类专家处理的复杂问题。
可视化模型
CPS的特点之一表现为信息世界与物理世界交互协同、深度集成，信息世界与物理世界存在反馈闭环控制，能够自主适应物理环境的动态变化，数字孪生为实现CPS的虚实融合提供了有效的途径和方法。数字孪生借助历史数据、实时数据及算法模型等，采用数字化的方式创建物理实体的虚拟实体，虚实两侧的实时互联互通、双向映射、交互反馈，进而迭代运行，以达到物理实体状态在数字空间的同步呈现，通过对模型的诊断、分析和预测，优化实体对象在其全生命周期中的决策、控制行为，最终实现实体与数字模型的共享智慧与协同发展。
“智慧消防系统”通过数字孪生建立的可视化模型，可以达到“以虚映实、虚实互驱、以虚控实”的效果。“以虚映实”是通过三维可视化模型，利用物联网、边缘计算、GIS、BIM和现场视频监控辅助分析等技术手段，仿真模拟创建虚拟实体，以一种可视化的形态实现建筑与建筑信息模型的映射，可以让信息以更多的维度体现。例如，在地图或模型上显示消防设备和人员信息，通过实时辅助定位，还可以显示消防设施的报警、故障和异常点位置，值班人员、救援人员的实时位置和历史轨迹，这样就可以将消防系统映射到信息空间。“虚实互驱”通过大数据、云计算等技术进行仿真，模拟各种设备故障、消防事故，并生成解决方案，进而优化事故解决方案，实现管控优化。“以虚控实”则通过融入人工智能，实现预测与决策，整体对建筑消防系统进行全生命周期的闭环管理，实现信息和消防系统迭代运行与优化。
编制组在《技术规程》中提出了采用“可视化模型”，这可以作为数字孪生的一个基础条件，但并没有要求满足数字孪生的深度，这在条文说明作了简单阐述，是立足现有的技术应用水平提出的。从技术发展的角度来看，智慧消防系统若要达到“以虚映实”的程度，应更紧密地结合并充分利用数字孪生技术。
平台应用
智慧消防系统以“人-信息-消防系统”的三元系统进行呈现，构建了一套信息空间与消防系统之间基于数据自动流动闭环赋能的体系，通过状态感知、实时分析、科学决策、精准执行，解决实际消防和救援过程中的复杂性和不确定性的问题，提高资源配置效率，实现资源的优化。“智慧”是要实现类似的大脑思维过程，是针对各个场景通过感知、分析，实现决策和判断。
《技术规程》编制组结合CPS提出了智慧消防系统的双环结构模型（下文简称“双环模型”），见图5。基于双环模型，编制组确立了“消防人员信息管理”“消防设备信息管理”“灭火和救援辅助”“火灾事故分析”“灭火救援预案”“风险评估”“消防演练”7个应用，并以功能应用模块提供管理服务和应用服务，整合、管理各消防系统数据，实现消防场景数据互通作为解决方案。
前6个应用实现感知、分析，实现决策和判断的思维过程，“消防人员信息管理”“消防设备信息管理”侧重于感知，“风险评估”“火灾事故分析”侧重于分析，“灭火救援预案”侧重于决策，“灭火和救援辅助”侧重于执行。“消防演练”作为一个独立的应用，是为了提速知识积累，其核心在于仿真。仿真的方式可以是现实中组织人员进行消防演练，也可以是通过虚拟现实（Virtual Reality，VR）或增强现实（Augmented Reality，AR）技术产品训练，或者通过数字孪生模型自动推演。每一次演练过程都执行一次闭环链条，可以认为是对“智慧消防系统”的训练和提升，实现自我完善和更新。
建设现状及《技术规程》要求
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本文有删减，全文载于《建筑电气》2024年第5期，详文请见杂志。
版权归《建筑电气》所有。
作者：
李沛岩，男，中衡设计集团股份有限公司，高级工程师，北京分公司电气总监。
张青，女，中国建筑设计研究院有限公司，教授级高级工程师，公司副总工程师。
熊小俊，男，中国建筑设计研究院有限公司，教授级高级工程师，工程设计研究院电气一所副所长。
