BIM和物聯網構建智能消防管理系統探討

（重慶科技學院 建筑工程學院，重慶 401331）

0 引言

近年來，隨著我國城鎮化進程的不斷加快，城市中新建、擴建、改建工程大量涌現，同時住宅朝向大容量、大跨度、高層及超高層方向發展。這些建筑中復雜的結構、龐大的空間使建筑消防的難度大大增加。而火災發生時，無論是火災發生位置還是后期發展趨勢，都具有很強的隨機性，那么如何快速確定滅火位置以及準確有效地疏散建筑內人員變得非常重要。然而現階段建筑內提供的主要是二維的疏散示意圖，雖然起到一定的作用，但存在直觀性差等缺陷[1]，無法根據火災獲得具體情況靈活地調整逃生路線[2-3]。同時，由于建筑結構復雜，二維模式下的消防疏散圖，很難將其中的空間信息、設備信息、人員信息之間的相互關系有效地展示出來，對建筑不熟悉的人員很難找到消防設備以及安全出口的位置，而且在濃煙等惡劣環境的干擾下，救援人員也很難通過二維圖紙快速熟悉建筑環境，及時找到滅火路線，建筑內部人員也很難快速尋找到疏散路徑逃生，這對疏散路徑的選擇是極其不利的[4]。此外，不同的起火點也直接影響到疏散路徑的選擇。因此，傳統以疏散示意圖作為疏散引導的方式已不能滿足現在大型建筑的疏散引導需求[5]。加之火災發生的地點及火勢大小都有很強的隨機性，傳統靜態的疏散引導方式也已很難進行高效的疏散引導[6-7]。

1 BIM與物聯網技術的集成應用分析

由于傳統的消防管理系統無法充分了解火災現場、周圍消防設施布置以及火災區域結構等信息，消防人員難以在最短時間內找到起火點、了解火災情況及制定最佳救援路徑。本文提出的基于BIM技術的三維可視化智能消防管理系統，可以實現對建筑信息、設備信息的管理，再結合物聯網技術，可實現信息的實時更新，從而能夠快速、高效地了解火災環境，將極大地提高消防救援的效率。

BIM技術將建筑物實體和功能特性參數等信息進行數字表達，利用BIM技術建立的建筑物三維信息模型，能夠將建筑物各階段參與方數據、建筑結構、空間位置、配套設備等信息涵括在模型中，從而實現建筑物所有信息的集成管理和全壽命周期管理。同時，基于BIM的共享數字表達，模型中數據規范，并可以通過開放式標準實現信息的交互，為信息寫入到模型中提供了端口。

目前，一些建筑物的消防設施設備，如防火卷簾、自動噴淋系統等，雖然有傳感器等末端感應器進行數據采集，再通過物聯網的傳輸，可以實現對這些設備所處狀態的了解，但不能直觀地了解到這些設備的位置、運行狀態等信息。此外，有些不便于設置傳感器的消防設備，如滅火器、消防栓等，雖可以知道分布數量、滅火器類型等信息，但不能直觀地了解分布情況信息。可見，信息量少、信息不明確等成為了制約消防救援效率的因素。

隨著物聯網技術的發展，信息采集方式呈現出多元化，如RFID、二維碼、視頻監控、傳感器等，通過這些信息采集設備的覆蓋，能實現對建筑物的消防設備、消防通道、安全出口等的實時監控，從而實現信息的實時采集并生成數字信息，再通過無線網絡或有線網絡傳輸出去。基于BIM模型數據的開放式標準，物聯網采集、傳輸的數據則可根據約定的數據傳輸協議，通過BIM端口接入到模型中。同時，根據消防設施設備的實際位置，BIM建立的三維模型，給建筑物中的設施設備的位置賦予ID號，通過物聯網采集的信息就可以在對應ID號中進行存儲，進而實現消防設施設備的三維可視化管理，信息的即時性、準確性也將會得到極大的提高。BIM模型與物聯網的信息端口對接見圖1。

圖1 BIM模型與物聯網的信息端口對接示意圖

2 智能消防管理系統功能模塊設計

智能消防管理系統的目的是提高火災發生時消防救援的效率，因此需要有足夠的信息量和準確的信息來指導被困者的自救以及救援人員的施救。為此，智能消防管理系統需要由五大功能模塊組成，系統功能模塊構架圖見圖2。

2.1 信息采集模塊

本模塊主要完成信息采集的功能。利用RFID、傳感器、視頻監控等物聯網設備組成系統的信息采集網，對建筑物內消防設施設備的狀態進行實時監控，包括消防用水、消防器材、消防電氣、安全出口及通道等。通過對消防狀態信息的掌握，確保信息的準確性和有效性，從而為制定消防救援、被困者自救提供有力指導。此外，此模塊還具備信息接收功能，可以在接收到管理中心指令后運作，發布消防消息。

2.2 模型模塊

本模塊是制定救援路線和被困者逃生路線的重要支撐。利用BIM技術建立的建筑物三維模型，可以查閱建筑物內部結構信息、水電氣信息以及消防設施設備信息，并且可以直觀地查看需要的位置信息，能夠為救援路線和自救路線的規劃提供依據。

2.3 信息處理模塊

正常情況下，物聯網終端采集的信息傳輸到BIM模型對應的ID位置進行存儲，信息處理模塊通過與設定的標準對比，進行信息的日常檢查并記錄。當出現設施設備故障、火災等異常情況時，信息處理模塊的應急功能響應，同時信息也將傳輸到系統管理中心。信息處理模塊通過對數據的對比分析，找出異常點，而后經過管理中心的判斷，由管理中心下達工作指令。如發生設施設備故障，下發指令到裝備部，由裝備部進行檢查和維修；如發生火災，調集異常點周圍的物聯網設備進行數據再確認，信息處理模塊規劃出救援路徑和自救路徑，管理中心進行發布。

2.4 管理中心模塊

管理中心是系統的決策中心，同時也是系統的日常管理者。系統日常維保工作由管理中心負責并進行記錄、監督。當發生火災時，管理中心就轉變為決策中心和應急指揮中心，通過對信息的讀取與分析進行決策，并發布緊急疏散命令，全程指導救援工作。

2.5 終端APP模塊

該模塊為接受指令模塊，面向救援人員和住戶。救援人員通過終端APP，接收決策中心傳來的指令，同時，可根據終端了解實時的火災現場信息，能夠對突發情況隨機應變。對于住戶，最便利的是在手機安裝終端APP終端，平時可以通過APP了解小區的日常消防情況，參與小區的消防管理工作；在遇到火災突發情況時，管理中心確定火點位置后，推送火災指令到APP中，并在模型中標記著火點位置，在判斷了火災大小和預測了火災發展趨勢后，對處于火災區域內的住戶發布緊急通知，并將規劃出的逃生路線推送至火災區域內的住戶，同時管理中心根據APP了解住戶實時逃生的位置，及時指導被困者逃生。

圖2 系統功能模塊構架圖

3 智能消防管理系統工作流程

該系統工作流程如圖3所示。

圖3 系統工程流程圖

借助現有傳感器和服務器技術，當火災報警終端發生警報時，同時將警報信息傳入服務器，服務器對傳入的信息進行收集，服務器將收集的信息通過用戶數據報協議（UDP）傳輸到BIM模型，在BIM模型中，報警位置將會高亮顯示，同時迅速調出該點附近所有消防設備信息以及整個樓層信息。服務器會根據傳輸進來的數據進行分析與記錄，在確定為報警信息真實時，系統通過與管理中心的連接自動報警，同時發出警報，通知室內人員迅速撤離。在撤離過程中，火災區域住戶通過手機APP快速獲取逃離路徑，其路徑規劃根據住戶所處位置，根據所接受的推送信息以及該位置附近的消防設備，判定安全路線，對于火勢較大情況，給予逃生者標出相對安全位置，等待救援。對于消防救援的路線，首先確定待救者位置，然后獲取該樓層信息，包括該樓層燃氣管道及電力線路等次生危險源，規劃出救援路線，找到逃生者并將其安全帶出，最后解除警報。如果在數據處理階段，發現為假報警，該系統將會直接推送代碼至服務器，再經服務器輸出命令，解除警報。

4 結語

本次研究中提出并設計了基于BIM的三維可視化智能消防管理系統。該系統通過借助物聯網技術，建立起建筑物的消防信息采集網，同時可將建筑物的結構、空間及消防設施設備等信息傳輸到BIM模型中對應的ID位置進行存儲，以此建立建筑物實體與模型的對應關系，從而可以通過模型直觀地查看實物的信息，火災發生時，消防救援的效率將得到極大的提高。但本文提出的消防管理系統還處在理論階段，實際建筑物的消防管理系統的構建還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]畢小玉.建筑消防應急預案的生成和優化技術研究[D].北京：北京建筑大學，2014.

[2]趙永珩，佟德軍.智能消防應急照明疏散指示系統的應用 [J].科技傳播，2014（3）：228-229.

[3]張連毅，孫昊，趙來好，等.智能消防疏散系統淺析[J].科技創新導報，2017（16）：4-6.

[4]李淑惠.消防信息化建設與發展[J].消防技術與產品信息，2011（11）：49-51.

[5]高雪，王佳，衣俊艷.基于 BIM技術的建筑內疏散路徑引導研究[J].建筑科學，2016，2（32）：143-144.

[6]姜旭.物聯網技術下消防裝備智能管理系統應用研究[J].行業與應用安全，2017（6）：117-120.

[7]王志勇，李光，高波.基于物聯網的智能消防系統設計[J].河北工程技術高等專科學校學報，2017（3）：9-13.