基于BIM的智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

白海江

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2101-5640-5113

摘? 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑技術(shù)的進(jìn)步和城市化的趨勢(shì)造成城市土地使用的急劇增加，從而導(dǎo)致了高層城市建筑的發(fā)展。一旦發(fā)生火災(zāi)，很容易造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)分析智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)的具體要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)的主要功能模塊是火災(zāi)應(yīng)急模塊，主要包括實(shí)時(shí)信息集成、火災(zāi)傳播模擬和火災(zāi)應(yīng)急行動(dòng)模塊。其中，實(shí)時(shí)信息集成和火災(zāi)傳播模擬模塊為火災(zāi)情況下的緊急行動(dòng)提供數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)火災(zāi)警報(bào)行動(dòng)提供可視命令和行動(dòng)模塊以執(zhí)行逃生和救援導(dǎo)航。

關(guān)鍵詞：BIM? 智慧消防? 火災(zāi)? 平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311.5 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（c）-0132-03

Design of Intelligent Fire Emergency Service Platform Based on BIM

BAI Haijiang

（Guangyuan Fire Rescue Detachment， Guangyuan， Sichuan Province， 628040 China）

Abstract： With the development of economy， the progress of construction technology and the trend of urbanization lead to the rapid increase of urban land use， which leads to the development of high-rise urban buildings. In case of fire， it is easy to cause casualties and property losses. By analyzing the specific requirements of the intelligent fire emergency service platform， the intelligent fire emergency service platform is designed and implemented. The main function module of the platform is fire emergency module， including real-time information integration， fire propagation simulation and fire emergency action module. Among them， real-time information integration and fire propagation simulation module provide data support for emergency action in case of fire， and provide visual command and action module to execute escape and rescue navigation through fire alarm action.

Key Words： BIM; Smart fire fighting; Fire; Platform

建筑信息模型（BIM）作為一種數(shù)字模型，由于其視覺特性而獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。BIM顯示功能不僅可以實(shí)時(shí)提供清晰的信息，還可以顯示三維空間以便現(xiàn)場(chǎng)顯示。這可以為緊急服務(wù)實(shí)時(shí)提供火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的清晰信息，并使用該信息來(lái)輔助火災(zāi)救援。救援人員迅速制定合理有效的救援計(jì)劃[2]。此外，BIM存儲(chǔ)建筑物的所有構(gòu)造要素和材料信息，而火災(zāi)的蔓延與建筑材料密切相關(guān)。因此，BIM模型中的建筑物信息可用于模擬火災(zāi)蔓延，從而有助于火災(zāi)救援。人員根據(jù)火災(zāi)蔓延的變化做出及時(shí)的決定良好的救援計(jì)劃[3]。

本文使用BIM技術(shù)對(duì)智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行深入研究，使用BIM模型存儲(chǔ)建筑物信息和顯示功能，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)，使用BIM模型集成信息，以及設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)逃生路線計(jì)劃方法和動(dòng)態(tài)救援路線計(jì)劃方法，并使用BIM提供了二維和三維顯示功能，并實(shí)現(xiàn)了二維和三維可視化聯(lián)動(dòng)。

1? 平臺(tái)需求分析

根據(jù)智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)的總體業(yè)務(wù)，確定平臺(tái)應(yīng)滿足的功能，主要功能需求如下[4]。

1.1 快速逃生功能

萬(wàn)一發(fā)生火災(zāi)，可為困在火場(chǎng)中的人員計(jì)劃安全、快速的逃生路線，以2D和3D可視化逃生路線，并為陷入火災(zāi)緊急情況的人員導(dǎo)航逃生路線，以便快速、安全地逃生。

1.2 快速救援功能

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為救援人員計(jì)劃一條快速安全的救援路線，并以2D和3D可視化救援路線，以幫助救援人員導(dǎo)航救援路線并執(zhí)行從救援人員到被困人員的快速救援。

1.3 視覺命令功能

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，以二維和三維鏈接顯示的形式顯示火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的信息，為指揮官提供有關(guān)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的直觀全面的信息，方便指揮官及時(shí)有序地指揮，促進(jìn)應(yīng)急消防救援工作的順利進(jìn)行。

2? 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

本文基于BIM技術(shù)對(duì)智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)逃生導(dǎo)航、救援行動(dòng)和可視化指揮等主要功能，提高救援效率，減少人員傷亡，平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：基礎(chǔ)設(shè)施層包括計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和傳感器設(shè)備等基本設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)層：使用數(shù)據(jù)庫(kù)和文件服務(wù)器存儲(chǔ)所有平臺(tái)數(shù)據(jù)，并為服務(wù)層提供技術(shù)支持。

（3）服務(wù)層：主要包括平臺(tái)的服務(wù)接口和平臺(tái)的核心服務(wù)部分。服務(wù)接口包括文件分析接口和數(shù)據(jù)上傳接口，為平臺(tái)的核心服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。該平臺(tái)的主要服務(wù)包括用戶管理、模塊管理和消防應(yīng)急服務(wù)。用戶管理和模型管理保證了平臺(tái)的基本運(yùn)行和維護(hù);該平臺(tái)的基本服務(wù)是智能火災(zāi)應(yīng)急服務(wù)，包括實(shí)時(shí)信息集成、火災(zāi)傳播模擬和火災(zāi)應(yīng)急操作三部分，實(shí)時(shí)信息集成和傳播仿真系統(tǒng)為火災(zāi)應(yīng)急操作提供數(shù)據(jù)支持。

（4）應(yīng)用層：智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)的主要功能，通過(guò)逃生導(dǎo)航、救援行動(dòng)和視覺指揮功能，實(shí)現(xiàn)快速高效的智能消防應(yīng)急行動(dòng)。

（5）終端：用戶可以使用不同的設(shè)備訪問(wèn)終端平臺(tái)，并在瀏覽器或移動(dòng)設(shè)備上的智能消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)處理操作。

3? 功能模塊設(shè)計(jì)

在完成平臺(tái)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)后，根據(jù)平臺(tái)的主要功能需求，設(shè)計(jì)了三個(gè)功能模塊，即用戶管理模塊、模型管理模塊和消防應(yīng)急模塊。消防應(yīng)急模塊是主要功能模塊，包括逃生導(dǎo)航子模塊、消防救援子模塊和指揮可視化模塊。如圖2所示。

3.1 實(shí)時(shí)信息集成

平臺(tái)導(dǎo)入的BIM模型需要根據(jù)建筑內(nèi)部傳感器位置，在BIM模型中添加傳感器，為了方便信息的處理，對(duì)傳感器進(jìn)行編號(hào)處理。

實(shí)時(shí)信息集成模塊根據(jù)建筑傳感器和BIM模型中對(duì)應(yīng)傳感器的位置，將無(wú)線傳感器和煙霧傳感器實(shí)時(shí)獲取的用戶位置和火災(zāi)信息集成到BIM模型中。為火災(zāi)模擬和消防應(yīng)急模塊提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)感知到火災(zāi)或人員位置信息的傳感器名稱，在BIM模型中找到對(duì)應(yīng)的傳感器，然后根據(jù)傳感器名稱，在IFC文件中存儲(chǔ)火災(zāi)或人員信息。通過(guò)實(shí)時(shí)信息集成模塊，將實(shí)時(shí)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)信息與BIM模型進(jìn)行集成，為火災(zāi)模擬和消防應(yīng)急模塊提供數(shù)據(jù)支持[5]。

3.2 火災(zāi)蔓延模擬

FDS火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)非常相似。因此，使用FDS來(lái)模擬建筑物的火災(zāi)蔓延，并根據(jù)實(shí)時(shí)火災(zāi)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整火災(zāi)模擬，以獲得完整而真實(shí)的火災(zāi)蔓延數(shù)據(jù)，然后將火災(zāi)蔓延模擬數(shù)據(jù)與集成的BIM模型進(jìn)行比較，以為火災(zāi)應(yīng)急操作提供火災(zāi)蔓延模擬數(shù)據(jù)。

具體的火擴(kuò)散模擬過(guò)程如下。首先，煙霧傳感器實(shí)時(shí)感知建筑物的內(nèi)部狀況，并獲取感知數(shù)據(jù)。如果是第一次檢測(cè)到火災(zāi)，使用當(dāng)前的檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定火災(zāi)的位置，并將火災(zāi)的位置信息集成到BIM模型中。然后將包含BIM建筑信息的DXF文件導(dǎo)入Pyrosim軟件，并根據(jù)BIM模型中的火災(zāi)信息將火災(zāi)添加到Pyrosim軟件中。然后，F(xiàn)DS用于模擬火焰蔓延以獲得火焰蔓延數(shù)據(jù)，并將火焰蔓延數(shù)據(jù)集成到BIM模型中?；馂?zāi)傳播數(shù)據(jù)始終包含來(lái)自所有傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度信息?；馂?zāi)中可能會(huì)發(fā)生事故，從而使模擬結(jié)果與火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)不一致。

3.3 消防應(yīng)急行動(dòng)

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防和救援人員尚未到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。這時(shí)，人員在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了逃生導(dǎo)航。當(dāng)救援人員到達(dá)時(shí)，火場(chǎng)中的每個(gè)人都按照他們的實(shí)際時(shí)間獲救。位置情況是實(shí)時(shí)訂購(gòu)的。消防應(yīng)急操作是平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)模塊，主要包括逃生導(dǎo)航，救援操作和視覺指令模塊[6]：

（1）排氣導(dǎo)航模塊。該模塊為被困人員提供快速安全的逃生導(dǎo)航，主要包括一個(gè)人逃生和多個(gè)人逃生。被困人員使用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入平臺(tái)。該平臺(tái)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)最佳逃生路線，并預(yù)測(cè)多次逃生的擁堵情況。最后，以2D和3D可視化逃生路線，以執(zhí)行逃生路線導(dǎo)航并幫助用戶快速安全地逃生。

（2）救援操作模塊。該模塊為救援人員提供了快速安全的救援路線，主要包括單點(diǎn)救援和多點(diǎn)救援。被困人員使用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入平臺(tái)的救援操作模塊，該模塊可以預(yù)測(cè)最佳救援進(jìn)入并等待救援人員。救援人員到達(dá)時(shí)，他們使用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入平臺(tái)，平臺(tái)將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)最佳救援路線。多點(diǎn)救援情況使用任務(wù)分配機(jī)制以合理的方式分配救援任務(wù)。最后，將救援路線放置在救援人員和被困人員的移動(dòng)設(shè)備上，并進(jìn)行二維和三維鏈接的可視化以導(dǎo)航救援路線。一旦救援人員和被困人員成功整合，被困人員可能會(huì)在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間失去知覺或失去體力。因此，救援人員的位置將在會(huì)議之后用作出發(fā)點(diǎn)，并使用逃生導(dǎo)航方法以實(shí)現(xiàn)從火中迅速撤離。

（3）可視命令模塊。指揮官在瀏覽器側(cè)進(jìn)入平臺(tái)，平臺(tái)將BIM模型加載到瀏覽器側(cè)，以進(jìn)行二維和三維可視鏈接顯示，以不同的顏色區(qū)分被困人員和救援人員，并實(shí)現(xiàn)基于火災(zāi)視覺傳播，分發(fā)模擬數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)火場(chǎng)的完整可視化。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文基于BIM技術(shù)對(duì)智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了消防應(yīng)急快速逃生和救援，以及高效可視化指揮功能，從而提高救援效率，減少人員傷亡。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣晶晶.深圳市龍崗區(qū)智慧物聯(lián)化消防系統(tǒng)的研發(fā)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2018.

[2] 陳全.智慧消防在多設(shè)備聯(lián)動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2020（10）：37-38，46.

[3] 唐琦.大數(shù)據(jù)思維下的智慧消防[J].智能建筑與智慧城市，2020（8）：112-114.

[4] 劉鑫.面向智慧消防的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江大學(xué)，2020.

[5] 劉紀(jì)達(dá)，康寧，麥強(qiáng).基于VOSviewer的國(guó)內(nèi)智慧消防研究發(fā)展與變遷[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2020，16（5）：38-43.

[6] 魏國(guó)富.基于BIM的智慧消防應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2019.