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摘要：本文对第29届北京奥运场馆建筑消防设施及火灾自动报警远程监控系统的设计进行阐述，详细介绍了系统的总体结构、系统组成、系统的功能特点、工作流程等，并对系统设计的安全性进行了详细分析。
关键词：奥运会、城市消防远程监控系统、火灾自动报警、建筑消防设施
1、奥运场馆建筑消防设施远程监控系统的意义
美国“9.11”事件发生之后，各种人员密集、大型、综合性公共场所的防火安全问题引起了全世界的高度关注和重视。目前，2008年第29届北京奥运会的各类大型比赛场馆、训练场馆及相关设施等大型多功能建筑正在紧张建设中，这些场所在赛时、赛后的使用过程中，一旦发生火灾将可能造成人员伤亡、导致财产损失，并给社会的安定与发展带来不利的影响。
为了实现“新北京，新奥运”的战略构想，创造良好的消防安全环境，针对大型多功能公共建筑特点开展火灾安全综合技术的应用研究，成为奥运工程项目建设过程中必要而紧迫的课题。以奥林匹克公园（B区）中心“国家会议中心及配套项目”为例，其用地面积12.21公顷，建筑面积53万平方米。在2008年奥运会期间，该建筑承接两个中心（国际广播中心、主新闻中心）、两个比赛场馆和一个训练场馆（击剑比赛和现代五项的击剑、气手枪比赛）的使用任务，在残奥会期间该建筑同样承接两个中心（国际广播中心、主新闻中心）及两个轮椅比赛项目（轮椅击剑、轮椅硬地滚球）的使用任务。赛后具有国内外大型会议、综合型展览、酒店、写字楼、商业、11万伏地下变电站及庞大的地下停车场与城市地铁、公交车道、共享通道连通等功能，该项目将成为中国规模最大的多功能国际会展综合建筑群体之一。根据最新颁布的北京城市总体规划，该区域未来将发展为服务全国、面向世界的城市职能中心。该项目赛时（奥运会、残奥会）、赛后三个阶段建筑空间使用功能差异大、人员构成复杂（尤其残奥会的残疾运动员为重度残疾），如何解决其消防安全问题，保证建筑消防设施长时间正常稳定、可靠运行，并保证火灾自动报警信息的及时可靠传输成为该项目实施中的难题。
2、奥运场馆消防设施远程监控系统简介
奥运场馆消防设施远程监控管理系统是为保障2008年北京奥运会的消防安全而设计。该系统是根据“科技奥运、绿色奥运”主题的要求，根据《北京奥运行动规划》中《安全保卫专项规划》的要求，针对2008年奥运期间火灾综合防治的关键环节，按照《建立北京市应急指挥系统》工作方案中“有关消防安全及消防信息网络的建立”的要求，参照即将批准的国家标准《城市消防远程监控系统技术规范》、GB16806《消防联动控制设备－传输设备》和《城市消防远程监控系统通信协议》，参考美国、澳大利亚、加拿大、英国、德国、日本等发达国家在建立和应用城市火灾自动报警联网监控管理系统方面的成功经验而研制开发的。
奥运场馆消防设施远程监控系统采用海湾GST-119NET第三代城市消防安全远程监控系统平台设计。该系统是一个将奥运会各比赛场馆、独立训练场馆和非竞赛场馆内独立安装、分散运行的“火灾自动报警系统”、“自动灭火系统”等构成一个具有报警集中显示、音视频火警辅助确认、设备运行状态监控管理、维修服务等功能的综合性远程、网络化监控管理系统。
该系统能够与北京市应急联动指挥中心、北京市消防通讯指挥中心、5.28奥运消防指挥中心系统连接，自动传送火灾报警信号。该系统是提高消防部队快速反应能力和扑灭初期火灾成功率的一个重要手段。
系统的突出特点是：利用宽带网络实现对奥运会各比赛、独立训练场馆和非竞赛场馆内建筑消防设施及火灾自动报警的全面监测，系统可以实时接收、显示、处理联网单位的报警信息和消防设施的运行状态信息，向城市消防通讯指挥系统、消防监督管理部门和维护保养单位传送火灾报警信息、建筑消防设施运行状态信息及重点单位消防安全管理信息。对火灾自动报警信息可以通过视频、音频及数据方式进行辅助判断，提高火灾报警的及时性和可靠性；对建筑消防设施的故障信息进行及时处理，提高建筑消防设施的完好率；对消防重点单位的消防安全管理状况和消防安全重点部位进行监控，提高消防部门的监督执法力度和执法的客观准确性。
3奥运场馆消防设施远程监控系统总体结构设计
1．系统总体结构设计
从奥运场馆消防设施远程监控系统规模看，需要覆盖分布在城市范围的31个比赛场馆，47个独立训练场馆及15个非竞赛场馆，监控对象的种类繁多，类型复杂；从网络结构角度上看，监控属复合型大型网络范畴，节点类型多，规模大，数据量多。所以系统的设计与一般小规模的常规局域网类设计出发点完全不同。在技术上消防设施远程监控网络除了包含常见的因特网（Internet）和以太网（Ethernet），在系统的前端，还涉及到CAN总线网络、485总线网络、LONWORKS等在消防联网中特别用到的工业级联网技术。
在监控中心，服务器需要维护与前端信息传输装置的大量连接，负责报警数据接收处理这种数据量大、实时性要求高的高性能工作；中心的各接警席客户端需要与系统操作人员直接交互，需要提供全面图形化的人机界面，以及人性化的操作方式等；而指挥中心等管理部门需要在远程对系统的信息进行浏览、查询、统计、决策等。
针对以上情况，系统理想的架构是复合型网络结构，采用C/S+B/S结构设计，再结合奥运安全管理体制的实际模式，稳定而灵活，既能满足中心接处警等对数据处理性能、稳定性、健壮性等方面的高要求，又能满足远程信息查询、远程用户服务等基于Internet的功能需求。在系统网络架构上采用了最适应以上需要的树型阶层分布式网络架构。
2．系统总体结构框图
奥运场馆消防设施远程监控系统总体结构框图设计。
3．系统总体结构设计说明
（1）系统整体设计为三层结构，第一层是北京市消防通讯指挥中心、北京市应急联动指挥中心和北京市城市消防远程监控中心，接收5.28奥运消防通讯指挥中心转发的报警及运行状态信息等数据。
（2）第二层是5.28奥运消防通讯指挥中心，负责夏季奥运会和残奥会比赛期间的消防安全及火灾报警的处理。5.28奥运消防通讯指挥中心监控31个比赛场馆、47个独立训练场馆和16个非竞赛场馆，接收来自各场馆的报警数据和运行状态信息，对接收的数据进行统一汇总，为建立奥运消防安全信息数据库提供基础数据。所有数据可提供WEB方式查询。
（3）第三层是设在各比赛场馆、独立训练场馆和非竞赛场馆中的永久性消防控制室，在消防控制室内安装有一套或多套火灾自动报警设备、自动灭火设备的控制端、联网监控设备、闭路电视监控系统等，负责本地范围内火灾自动报警信号的采集和传输，负责本地范围火灾自动报警设施、灭火设施及联网监控设施的管理。
（4）在5.28奥运消防通讯指挥中心内部组建100M/1000M以太网联接所有工作站。
4．奥运场馆消防设施远程监控系统组成
奥运场馆消防设施远程监控系统由用户端传输设备、报警监控网络、远程监控管理中心及对外数据接口组成。
（1）用户端传输设备采用工业级32位ARM处理器实现，与火灾自动报警系统等建筑消防设施相连并采集其运行状态信息,通过报警监控网络将报警监控信息及消防安全管理信息发送到监控管理中心，具有信息采集、处理、转发、自查、显示、启动、控制等功能。
（2）报警监控网络，即传输网络平台，针对各场馆的分散性，考虑信息的响应速度，设计采用中国网通基于Internet的VPN网络（虚拟专用网,VirtualPrivateNetwork）。
（3）远程监控管理中心的组成
a.报警监控接收服务器
b.监控管理工作站
c.录音录时系统
d.消防地理信息系统
e.消防安全管理信息系统
f.用户服务管理信息系统
g.视频图象显示及硬盘录象系统
h.WEB服务器
i.报警及运行状态信息转发系统
j.大屏幕显示系统
k.数据库服务器及资料备份系统
l.网络及电源设备
（4）对外数据接口
a.与北京市城市消防通信指挥系统、北京市应急调度指挥系统和北京市城市消防远程监控系统的数据接口；
b.与城市消防监督管理部门的数据接口；
c.与建筑消防设施维护保养单位的数据接口；
d.与用户单位、用户相关管理人员的连接；
e.与Internet的连接（根据授权进行WEB查询、浏览）
4、奥运场馆消防设施远程监控系统安全性设计
1．系统的信息通讯安全
系统用户端传输设备与远程监控中心软件之间基于TCP/IP通讯，采用高强度的加密算法对报警数据进行加密，保证数据不会因在中途被截取和泄露；系统通讯基于IPSec建立VPN通道，传输的数据经过多种加密算法加密，保证信息在传输过程中的安全性。
2．系统的网络安全
监控中心内网与外网之间实现物理隔离。即用物理隔离网闸实现内外网数据的摆渡和交换，保障内网安全。内网与专网之间实现逻辑隔离。即配置具有VPN功能的防火墙，实现安全代理、信息包过滤、内外地址绑定等，防止非授权用户经过专网非法访问内网。
构建网络安全审计和企业级入侵防御系统，主要用于防范来自于Internet的未授权访问，以及非法攻击。同时通过其强大的监视功能，可以有效监视并记录网络中的各类操作，实时地综合分析出网络中发生的安全事件，外部事件如外部入侵行为和内部事件，并根据设置的规则，智能地判断出网络异常行为，并对异常行为进行记录、报警和阻断。
3．系统的数据库安全
系统采用Oracle、SQLServer数据库的安全机制，采用数据库的用户名/密码认证与Windows系统集成认证相结合，对各种数据对象进行逐级细化授权，将权限管理粒度细化到数据表、数据对象、数据字段、乃至单条数据记录，使用户可访问的范围在保证可用性的前提下保持最小权限集合。
4．系统的主机安全
系统数据采集服务器、数据处理服务器、数据库服务器、接警客户端等各类计算机的操作系统选择安全级别高、可控的操作系统；对各类计算机进行认证配置，关闭系统中没有用到的端口；充分运用Unix、Linux系统的安全机制，以及Windows系统的组策略、本地安全策略等；建立统一的身份认证系统、统一授权与访问控制系统、统一安全审核与日志管理系统等。
5．系统的热备份
系统从通讯线路、数据接收、数据处理、数据存储等多个层面进行了冗余热备份设计，在某些环节遭受攻击或出现故障时，整体的接处警系统仍能正常顺利运行，保证整个系统运行的不间断性。当系统各个环节遭受攻击或出现故障时，系统均能准确记录并及时报告，为系统稳定运行提供保证。
数据库的热备份采用Oracle、SQLServer数据库提供的热备份机制实现。使用Oracle数据库时，采用了RAC（RealApplicationClusters，真正应用集群）技术，使互为备份两台数据库服务器的数据保持同步，无缝切换。
用户端传输设备采用双通讯线路组合备份方式设计，当一条通讯线路发生故障时，自动切换到备用线路通讯。
6．系统的病毒防护
系统的病毒防御体系采取主动式防御体系，通过在网络中建立从服务器端到个人终端的所有安全节点的监控网络，同时将这些节点置于安全中心的控制下，采取集中控制，分布处理的策略。实现了防止病毒交叉感染，将疫情置于可控范围内，杜绝病毒造成机构大面积停止作业的最终目的。
网络版防病毒软件通过已有的强大已知、未知病毒防御能力，计算机系统扩展保护能力，以及将不断改进的功能，可以帮助用户在系统应用中建立强大的病毒防线。
7．系统的权限设计
系统采用多级权限设计，并运用多点验证机制，保证了系统的运行安全性。
建立统一的身份认证和授权管理系统：根据用户安全级别的不同，允许用户使用常规的“ID+口令”、“动态口令”、“指纹”和“证书”等多种身份认证手段，对用户实施集中的身份认证和权限管理。提供加密机制：应用系统可建立基于PKI的信息传输加密机制，也可建立基于对称密钥的加密机制，实现信息传输的保密性。
5、奥运场馆消防设施远程监控系统实现的功能及作用
（1）系统采用网络化结构设计，充分利用现代通讯平台，各场馆监控终端与监控中心之间通过TCP/IP方式通讯，保证火警及运行状态信息的可靠传输。系统结构合理，适用性强；
（2）5.28奥运消防通讯指挥中心采用TomcatWebServer，基于大型数据库Oracle平台。采用Java技术，实时采集接收各场馆火灾报警控制器的数据；
（3）在报警和管理层次上，奥运场馆远程监控系统划分为三层结构，实现火灾自动报警及运行状态信息的集散处理；
（4）系统是火灾自动报警系统、自动灭火系统、安防监控系统的有机结合，通过智能化算法，将火灾自动报警、自动灭火、视频监控三大独立系统有机结合；
（5）系统实现各场馆消防控制室信息、火灾探测报警系统、消防联动控制系统（消防联动控制器、自动喷水灭火系统、消火栓系统、气体/泡沫/干粉灭火系统、防排烟系统、防火门及卷帘系统、电梯、消防电话/广播/应急照明系统、消防电源系统等）的火警及运行状态信息的实时采集和动态管理；
（6）系统既是火灾联网报警系统，保证奥运会、残奥会期间的消防安全；又是奥运场馆建筑消防设施监控管理系统，保证赛后各场馆建筑消防设施运行状态的监测和维护保养的需求；
（7）报警联动和报警确认的实现方式
a.采用数据信息方式报警，报警信息除监控管理中心显示外，可以向奥运指挥中心、城市应急联动指挥中心，市119调度指挥中心及相关联动单位传送，可以通过电话、短信息和邮件方式向报警单位管理人员、值班人员传送；
b.通过双向语音、现场视频图象辅助确认火灾自动报警；
c.通过报警单位相关联的数据信息辅助确认火警，缩短火警的确认时间；
（8）实现人员值班情况的集中管理；
（9）报警信息、故障信息及值班人员值班情况以短信息方式发送给主管消防安全的领导及相关人员，提醒各单位主管领导随时监督火灾自动报警系统的运行状况及人员值班情况；
（10）GIS地理信息系统分层显示场馆道路、交通、消防水源、灭火设施位置、重点单位情况、疏散通道位置等信息，显示报警单位外景图、楼层平面图；
（11）提供WEB查询、浏览功能，为经过授权的消防监督管理人员、用户单位管理人员提供所需的数据；
（12）及时提供设备运行状况报表，为建筑消防设施检查、维修提供第一手资料，以提高消防报警系统利用率，保证系统可靠、正常、稳定运转。
6、奥运场馆消防设施远程监控系统的工作流程
奥运场馆建筑消防设施及火灾自动报警远程监控系统火警信息工作流程见图2。当某场馆火灾自动报警系统探测到自动火警后，本地值班人员判断报警的真伪，同时自动火警信息通过用户端传输设备传送到5.28奥运消防通讯指挥中心，中心值班人员通过与现场对讲和调阅现场视频图象信息判断火灾报警情况。如确认真实火警，则通过公安网向所属消防站发送出动命令。
故障信息工作流程与火灾自动报警信息工作流程类似。
系统工作原理和过程如下：
（1）火灾报警控制器探测到报警信息后，除正常显示和现场报警外，通过传输设备将信息传送到5.28奥运消防通讯指挥中心；
（2）设在5.28奥运消防通讯指挥中心的通讯服务器对所有报警信息进行采集。通讯服务器接收到报警信息后，一方面将报警信息按类别存入数据库，另一方面送到各接警客户端进行显示；同时根据预定的联动关系启动现场视频传输设备，传送视频图象。中心值班人员可以根据需要选择是否与现场值班人员对讲；
（3）接警客户端在接收到报警信息后，会以文字和图形两种方式同时显示报警内容。文字信息内容包括：报警时间、报警单位名称、报警单位地址、报警点的详细情况（探测器编码或实际安装位置）相关负责人、联系电话等，并可以查询报警点的详细信息（包括报警点建筑特征，消防栓设置位置、管径、压力，存储物资情况等）；图形方式显示报警单位在厂区平面图上的位置，建筑物外景图，楼层平面图，消火栓位置，逃生通道位置等，并可以在楼层平面图上定位具体报警探测器位置，显示报警探测器类型。接警客户端在接收到报警信息的同时会自动区分火警、故障信息类型，以语音“请确认火警”、“请确认故障”来提示值班人员处理。当接警客户端软件没有运行，且有报警信息进入时，设在后台运行的提示功能会自动提示；
（4）监控中心值班人员对火警信息进行确认后，自动将火警信息转发到火警调度台进行调度指挥。并根据系统预先设定的短信息发送机制，将报警信息发送给指定的值班人员或相关负责人。
7、结束语
奥运场馆建筑消防设施及火灾自动报警远程监控系统作为奥运基础设施建设的重要组成部分，可以实现火灾自动报警的网络互连、资源共享、统一调度，形成从监控、预警、报警、接警到调度、指挥及灭火、抢险、救援的消防防灾救灾一体化。该系统能够提高奥运会期间火灾报警的自动化预警能力，减少因延误报警所造成的损失，更好地掌握受理火灾报警的主动权，同时能加强奥运会比赛场馆、训练场馆等建筑消防设施的监控管理，随时掌握各场馆自动报警系统、自动灭火系统的动态，及时发现故障，予以维修解决，以提高奥运场馆整体消防安全管理水平。