基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的單位消防安全管理設計與應用

萬 軍

基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的單位消防安全管理設計與應用

萬 軍

現(xiàn)代建筑結構呈現(xiàn)出大型化及復雜化的趨勢，這給單位建筑管理和消防日常管理工作帶來了巨大的困難和挑戰(zhàn)。本文提出了一種基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的創(chuàng)新消防監(jiān)督管理系統(tǒng)模式，主要從消防物聯(lián)網(wǎng)+GIS系統(tǒng)、火災風險評估系統(tǒng)和應急疏散規(guī)劃三個方面，重點研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)在物業(yè)管理單位、消防部門及一般客戶等不同角色間的應用轉換。

物聯(lián)網(wǎng) 室內(nèi)GIS系統(tǒng) 火災風險評估 人員疏散

1 研究意義

隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展與科技的進步，現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)出新穎化、大型化、綜合化的發(fā)展趨勢，大型商業(yè)綜合體、展覽中心、體育文娛場所等人員密集場所與日俱增，對單體建筑的容納能力要求越來越高。但是，隨著人員、物資的不斷堆積，火災風險也成幾何倍數(shù)疊加，這無疑對當前消防監(jiān)管工作提出了巨大的考驗。

GIS（Geographical Information System，地理信息系統(tǒng)）是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)的支持下，對現(xiàn)實世界（資源與環(huán)境）的研究和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)[1]。具有以下幾個方面特征：（1）采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力；（2）空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測的能力，產(chǎn)生高層次的地理信息；（3）公共的地理定位能力，并且由計算機系統(tǒng)進行緊密組織，高效處理信息任務。

依托GIS技術在空間實現(xiàn)上的解決能力，可以優(yōu)化日常監(jiān)督管理模式，提前規(guī)劃應急疏散路線以及輔助部署開展滅火救援行動，對消防各類防滅火業(yè)務工作具有較強的指導意義。

2 研究內(nèi)容

本文主要從消防物聯(lián)網(wǎng)技術、火災風險評估和應急疏散規(guī)劃三個方面，研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)在物業(yè)管理單位、消防部門及一般客戶三個角色中的應用。同時，結合GIS系統(tǒng)直觀可視的特點，依托前端物聯(lián)網(wǎng)感知技術自動采集獲取的數(shù)據(jù)資源進行上圖展示，并利用GIS的分析標記功能，發(fā)布統(tǒng)一的地理信息服務應用平臺，為消防部門開展建筑日常管理、設施維護、應急疏散提供便利。

3 基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的消防物聯(lián)網(wǎng)應用

隨著各類傳感元件的不斷升級，建筑物聯(lián)網(wǎng)技術應用越發(fā)普及。隨著智慧城市建設工作的不斷深入，建筑消防設施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺正變得日趨完善。但縱觀全國來看，尚未有城市實現(xiàn)將3S技術應用于建筑物聯(lián)網(wǎng)消防設施管理中，這意味著在建筑物聯(lián)網(wǎng)設施出現(xiàn)故障時，不能直觀地查看故障點的空間位置詳情，對于管理者來說，維護效率十分低下。因此，通過建立建筑消防設施物聯(lián)網(wǎng)+GIS平臺，讓相關部門的管理人員通過GIS平臺，以圖形化方式實時查看建筑物聯(lián)網(wǎng)消防設施工作狀態(tài)以及所在的具體地理位置，能夠讓診斷建筑設施故障及維護變得更加便利、高效。

3.1 建筑設備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構

建筑消防設施物聯(lián)網(wǎng)架構分為三層：（1）感知與執(zhí)行層。感知層通過RFID、LBS定位、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等技術識別消防設施并收集實時數(shù)據(jù)。建筑消防設施物聯(lián)網(wǎng)感知層依照預定的協(xié)議，能夠發(fā)送、傳輸、處理數(shù)據(jù)，主動提供服務，實現(xiàn)建筑內(nèi)消防設施的信息交互。（2）網(wǎng)絡平臺層。網(wǎng)絡平臺層由互聯(lián)網(wǎng)、設備專網(wǎng)、管理系統(tǒng)以及云計算信息服務平臺等組成。該層將硬件設備感知到的建筑物內(nèi)的各類數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡傳輸至物聯(lián)網(wǎng)信息控制中心，并進行計算、認證、比對和提供服務，實現(xiàn)信息匯聚、傳輸和處理。（3）應用層。該層主要基于B/S模式進行平臺訪問，在網(wǎng)頁端、移動端上建立智能化的行業(yè)應用，實現(xiàn)消防設施監(jiān)控、故障分析、能耗管理等功能。

目前，全國各級消防部隊正普遍開展部署建筑設施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，即應用物聯(lián)網(wǎng)技術，將前端消防噴淋液位及煙感報警探測的信息轉換為數(shù)字信號，向消防指揮中心值守人員發(fā)出預警指令提示，從而降低發(fā)生大型火災的概率。以江蘇為例，通過應用該平臺，近一年來，準確預報一級重點單位火災數(shù)量7起，大大降低了發(fā)生重特大火災事故的比例。

3.2 GIS系統(tǒng)

GIS作為整個系統(tǒng)的核心，可對建筑的消防設施自動采集的數(shù)據(jù)進行管理、維護和更新，并提供一些基于地理信息系統(tǒng)應用的基礎功能，例如：數(shù)據(jù)查詢、空間分析等?？梢岳肎IS服務器對數(shù)據(jù)讀取者進行安全等級劃分，實現(xiàn)用戶分級管理；同時，可對不同用戶開放不同數(shù)據(jù)權限，例如對建筑管理單位開放數(shù)據(jù)讀取、修改和更新的權限，對消防部門開放數(shù)據(jù)審批、修改權限；對一般用戶只開放數(shù)據(jù)讀取權限，或僅開放部分服務數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)安全。

將物聯(lián)網(wǎng)技術疊加于GIS平臺，為各級消防用戶提供可視化的展現(xiàn)效果，比單純應用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的效果更直觀。為了提供快捷的GIS服務，本文主要研究通過ArcGIS等通用性電子地圖軟件建立Web GIS平臺，并圍繞建筑消防設施管理的實際需要將相關數(shù)據(jù)圖層點位信息疊加上圖。其中，數(shù)據(jù)庫部分用于儲存所有建筑消防設施或器材的實時狀態(tài)，包括建筑物內(nèi)的火災自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓、防排煙系統(tǒng)、滅火器等。同時，對每個系統(tǒng)又可以對其內(nèi)部組成進行細分，形成一系列的監(jiān)控目標，對目標狀態(tài)情況進行數(shù)字化的儲存建庫。

4 基于室內(nèi)GIS的建筑內(nèi)部火災風險評估系統(tǒng)

近年來，基于GIS系統(tǒng)的火災風險評估研究一直不斷深入，但大部分都是基于較大區(qū)域內(nèi)的火災風險進行評估分析，對于建筑內(nèi)部的火災風險評估研究較少。目前，消防部門和物業(yè)單位對建筑的監(jiān)督檢查和日常巡查，判斷建筑內(nèi)各部位的火災風險強度主要依靠監(jiān)督員和巡查人員的主觀判斷，缺乏客觀性和針對性。這就造成在監(jiān)督或巡查過程中，人員或者進行全面的檢查，或者隨機性展開檢查，但受到時間和人員本身知識水平的限制，導致這種檢查方法存在缺陷。

GIS平臺提供了一個快捷有效掌控城市地理和地物信息的數(shù)字化工具，直觀為消防部門開展輔助決策提供空間信息支撐，同時，利用平臺進行火災風險評估。此部分應用通過參照系統(tǒng)生成評估結果和決策生成，消防部門可結合實際進行有針對性的執(zhí)法和檢查。

本部分系統(tǒng)以室內(nèi)GIS系統(tǒng)為平臺，利用建筑內(nèi)部屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行火災風險評估，確定建筑內(nèi)的重點部位，根據(jù)風險等級開展分頻次分重點的監(jiān)督檢查和日常巡查。

4.1 建筑火災風險評估方法

火災風險評估的目標是發(fā)現(xiàn)、識別和描述火災風險，并為火災風險提供評價體系?；馂娘L險評估一般包括以下步驟，包括確定評定目標、評定指標、危險源和隱患，對各種場景下的后果和概率進行分析，并進行各種場景下的風險評估[2]。在某些情況下，火災風險評估可能被擴展，包括對減少風險的措施進行評估，這些也是風險管理的組成部分。

4.1.1 風險評估的目標、指標和閾值

在風險評估過程中，確定風險評估的目標是十分重要的一步，以火災為例，目標可以確定為無人員傷亡、無財產(chǎn)損失、控制火災蔓延等。對于消防設施來說，目標可以是建筑內(nèi)設施，全部或部分設施，是否影響局部運營等情況，這將直接影響評估的結果。

4.1.2 危險、事件和場景確定

危險源即可能導致風險評估確定目標發(fā)生損害的條件或狀態(tài)[3]。通過危險源和隱患的評估可以確定一系列火災場景?；馂膱鼍笆且环N定性化的火災描述，其包括火災從初始狀態(tài)到熄滅的全過程，并利用人員傷亡和財產(chǎn)損失程度來確定該場景的風險等級。

4.1.3 頻率分析、后果分析和數(shù)據(jù)

利用數(shù)學分析方法或計算機進行模擬?？梢酝ㄟ^火災場景的數(shù)據(jù)進行分析，也可以使用火災歷史數(shù)據(jù)。通過聚類算法從相似建筑獲取有效信息。

4.2 基于室內(nèi)GIS的建筑內(nèi)部火災風險評估應用

對火災風險評估結果的可視化表達才能使系統(tǒng)的使用更為廣泛。將火災風險評估的各類數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)在數(shù)字地圖上，根據(jù)一定的規(guī)約，將評估結果進行分層、分級、分類，用不同的顏色代表不同的風險等級，以此將風險評估數(shù)據(jù)庫、專題模型數(shù)據(jù)庫與GIS系統(tǒng)聯(lián)系起來。

整個系統(tǒng)主要包括風險評估體系管理、評估權重維護、火災風險評估、火災風險專題圖、綜合信息服務等多個模塊。

風險評估體系管理模塊主要是對火災風險評估體系中各指標的名稱、所屬層級、對應權重進行增添、刪除、修改和編輯。

評估權重維護模塊主要功能在于管理評估權重數(shù)據(jù)，如對機器學習數(shù)據(jù)進行查看、回溯等操作?？梢愿鶕?jù)機器學習結果與現(xiàn)實進行對比，重新對整個體系進行維護、升級。

風險評估模塊主要功能是依據(jù)評估模型，快速處理收集到的各類數(shù)據(jù)，并且對海量數(shù)據(jù)進行機器學習，實現(xiàn)建筑內(nèi)火災風險評估智能化、自動化。根據(jù)數(shù)據(jù)關聯(lián)關系的大量迭代，進而參照評估模型對數(shù)據(jù)進行計算，自動進行風險評估。

火災風險專題圖模塊主要功能是將評估結果進行專題化、可視化展示。將火災隱患的各類要素在地圖上對應區(qū)域顯示，為防火救災、預知預警等提供輔助決策。

綜合信息服務模塊的主要功能是對整個系統(tǒng)的相關信息進行綜合查詢，為整個平臺提供數(shù)據(jù)交互服務。為平臺以及各類系統(tǒng)、用戶提供包括建筑內(nèi)各部位或商鋪名稱、相應的消防安全責任人、對應的火災風險等級、各評價指標等多種信息服務。

5 基于室內(nèi)GIS的應急疏散規(guī)劃應用

不同于當前室外GIS的應急救援規(guī)劃，該系統(tǒng)綜合室內(nèi)GIS、建筑設備物聯(lián)網(wǎng)和建筑內(nèi)部火災風險評估的數(shù)據(jù)，通過機器學習和模型算法實現(xiàn)對室內(nèi)災害現(xiàn)場事件分布的快速繪制、合理的疏散路徑提供和進攻路徑分析等功能，同時民眾利用該系統(tǒng)還可以對非災害事故地點建筑疏散路徑進行查詢和請求救援。

5.1 火災事故監(jiān)測模塊

通過對建筑物消防聯(lián)網(wǎng)設施報警和監(jiān)控等數(shù)據(jù)的實時分析，結合建筑物火災特性分析，實時監(jiān)控火災事件的位置、燃燒速度、方向以及蔓延狀態(tài)等，調查人員行進動態(tài)，及時反饋火災的程度，在GIS地圖上快速繪制形成火災事件的動態(tài)分布圖。

5.2 應急疏散分析模塊

結合當前已有的建筑物火災事故模型中的災害預測模擬分析結果和火災事件的動態(tài)分布圖，根據(jù)建筑物結構和疏散人員密度等特點，提供合理的疏散路徑分析。

5.3 應急指揮調度模塊

消防作戰(zhàn)指揮人員通過該系統(tǒng)可以調查人員和車輛裝備狀態(tài)信息、途經(jīng)路線的狀況、現(xiàn)場的災情信息、起火建筑物的信息等，實施最佳進攻路線規(guī)劃、救援物資的合理調度，實時調配人員及車輛，從而實現(xiàn)救援力量的及時行動和合理布局。

5.4 應急公共服務模塊

民眾通過該系統(tǒng)可以對建筑物包括人群分布熱力圖、重要應急設施、消防通道動態(tài)管理以及疏散路徑等信息的查詢，可以自行定義疏散路徑和出口或請求救援，社會單位可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)單位內(nèi)部應急救援的管理和培訓。

6 總結

基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術相結合的單位消防管理系統(tǒng)可以在人員密集場所、大型活動安保、大型化工園區(qū)等應用場合提供有效的信息支撐。對于其內(nèi)部消防安全管理、災害預案演練、人員應急疏散、現(xiàn)場救援指揮提供科學指導，切實有效地提高火災防控能力。

本文通過室內(nèi)GIS系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)、火災風險評估及人員應急疏散等應用，來進一步說明了研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)的必要性和可行性，這些技術是推進數(shù)字城市、智慧城市建設的重要技術手段，從室外空間走向室內(nèi)空間是今后GIS系統(tǒng)應用發(fā)展的必然趨勢，這為明確單位主體責任，優(yōu)化監(jiān)督管理模式，處置突發(fā)事件等提供了一個全新的平臺，對輔助決策有重要意義。

作者單位：南京市公安消防支隊

[1]杜琨, 魏東. GIS在消防領域中的應用探析[J]. 中國公共安全(學術版), 2015,(01): 70-74.

[2]田宏, 唐艷艷,布賴恩·米查姆. 關于建筑火災風險評估方法[J]. 消防技術與產(chǎn)品信息, 2014,(02): 71-75.

[3]鐘少波,陳濤. 突發(fā)事件危險源管理芻議[J]. 武漢理工大學學報(信息與管理工程版), 2016,(01): 518-521+525.