基于BIM的智慧消防應急服務平臺設計研究

白海江

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

摘? 要：隨著經濟的發展，建筑技術的進步和城市化的趨勢造成城市土地使用的急劇增加，從而導致了高層城市建筑的發展。一旦發生火災，很容易造成人員傷亡和財產損失。通過分析智能消防應急服務平臺的具體要求，設計并實現了智能消防應急服務平臺。該平臺的主要功能模塊是火災應急模塊，主要包括實時信息集成、火災傳播模擬和火災應急行動模塊。其中，實時信息集成和火災傳播模擬模塊為火災情況下的緊急行動提供數據支持，并通過火災警報行動提供可視命令和行動模塊以執行逃生和救援導航。

關鍵詞：BIM? 智慧消防? 火災? 平臺

中圖分類號：TP311.5 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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）作為一種數字模型，由于其視覺特性而獲得了廣泛的應用[1]。BIM顯示功能不僅可以實時提供清晰的信息，還可以顯示三維空間以便現場顯示。這可以為緊急服務實時提供火災現場的清晰信息，并使用該信息來輔助火災救援。救援人員迅速制定合理有效的救援計劃[2]。此外，BIM存儲建筑物的所有構造要素和材料信息，而火災的蔓延與建筑材料密切相關。因此，BIM模型中的建筑物信息可用于模擬火災蔓延，從而有助于火災救援。人員根據火災蔓延的變化做出及時的決定良好的救援計劃[3]。

本文使用BIM技術對智能消防應急服務平臺進行深入研究，使用BIM模型存儲建筑物信息和顯示功能，設計和實現智能消防應急服務平臺，使用BIM模型集成信息，以及設計了動態逃生路線計劃方法和動態救援路線計劃方法，并使用BIM提供了二維和三維顯示功能，并實現了二維和三維可視化聯動。

1? 平臺需求分析

根據智慧消防應急服務平臺的總體業務，確定平臺應滿足的功能，主要功能需求如下[4]。

1.1 快速逃生功能

萬一發生火災，可為困在火場中的人員計劃安全、快速的逃生路線，以2D和3D可視化逃生路線，并為陷入火災緊急情況的人員導航逃生路線，以便快速、安全地逃生。

1.2 快速救援功能

發生火災時，為救援人員計劃一條快速安全的救援路線，并以2D和3D可視化救援路線，以幫助救援人員導航救援路線并執行從救援人員到被困人員的快速救援。

1.3 視覺命令功能

發生火災時，以二維和三維鏈接顯示的形式顯示火災現場的信息，為指揮官提供有關火災現場的直觀全面的信息，方便指揮官及時有序地指揮，促進應急消防救援工作的順利進行。

2? 平臺總體設計

本文基于BIM技術對智慧消防應急服務平臺進行設計，實現逃生導航、救援行動和可視化指揮等主要功能，提高救援效率，減少人員傷亡，平臺總體架構如圖1所示。

（1）基礎設施層：基礎設施層包括計算機設備、網絡設備、存儲設備和傳感器設備等基本設備。

（2）數據層：使用數據庫和文件服務器存儲所有平臺數據，并為服務層提供技術支持。

（3）服務層：主要包括平臺的服務接口和平臺的核心服務部分。服務接口包括文件分析接口和數據上傳接口，為平臺的核心服務提供數據支持。該平臺的主要服務包括用戶管理、模塊管理和消防應急服務。用戶管理和模型管理保證了平臺的基本運行和維護;該平臺的基本服務是智能火災應急服務，包括實時信息集成、火災傳播模擬和火災應急操作三部分，實時信息集成和傳播仿真系統為火災應急操作提供數據支持。

（4）應用層：智能消防應急服務平臺的主要功能，通過逃生導航、救援行動和視覺指揮功能，實現快速高效的智能消防應急行動。

（5）終端：用戶可以使用不同的設備訪問終端平臺，并在瀏覽器或移動設備上的智能消防應急服務平臺上實現處理操作。

3? 功能模塊設計

在完成平臺的總體架構設計后，根據平臺的主要功能需求，設計了三個功能模塊，即用戶管理模塊、模型管理模塊和消防應急模塊。消防應急模塊是主要功能模塊，包括逃生導航子模塊、消防救援子模塊和指揮可視化模塊。如圖2所示。

3.1 實時信息集成

平臺導入的BIM模型需要根據建筑內部傳感器位置，在BIM模型中添加傳感器，為了方便信息的處理，對傳感器進行編號處理。

實時信息集成模塊根據建筑傳感器和BIM模型中對應傳感器的位置，將無線傳感器和煙霧傳感器實時獲取的用戶位置和火災信息集成到BIM模型中。為火災模擬和消防應急模塊提供數據支持。根據感知到火災或人員位置信息的傳感器名稱，在BIM模型中找到對應的傳感器，然后根據傳感器名稱，在IFC文件中存儲火災或人員信息。通過實時信息集成模塊，將實時火災現場信息與BIM模型進行集成，為火災模擬和消防應急模塊提供數據支持[5]。

3.2 火災蔓延模擬

FDS火災模擬數據與真實數據非常相似。因此，使用FDS來模擬建筑物的火災蔓延，并根據實時火災信息動態調整火災模擬，以獲得完整而真實的火災蔓延數據，然后將火災蔓延模擬數據與集成的BIM模型進行比較，以為火災應急操作提供火災蔓延模擬數據。

具體的火擴散模擬過程如下。首先，煙霧傳感器實時感知建筑物的內部狀況，并獲取感知數據。如果是第一次檢測到火災，使用當前的檢測數據來確定火災的位置，并將火災的位置信息集成到BIM模型中。然后將包含BIM建筑信息的DXF文件導入Pyrosim軟件，并根據BIM模型中的火災信息將火災添加到Pyrosim軟件中。然后，FDS用于模擬火焰蔓延以獲得火焰蔓延數據，并將火焰蔓延數據集成到BIM模型中。火災傳播數據始終包含來自所有傳感器節點的溫度信息。火災中可能會發生事故，從而使模擬結果與火災現場不一致。

3.3 消防應急行動

火災發生時，消防和救援人員尚未到達現場。這時，人員在火災現場進行了逃生導航。當救援人員到達時，火場中的每個人都按照他們的實際時間獲救。位置情況是實時訂購的。消防應急操作是平臺的功能實現模塊，主要包括逃生導航，救援操作和視覺指令模塊[6]：

（1）排氣導航模塊。該模塊為被困人員提供快速安全的逃生導航，主要包括一個人逃生和多個人逃生。被困人員使用移動設備進入平臺。該平臺可以實時動態預測最佳逃生路線，并預測多次逃生的擁堵情況。最后，以2D和3D可視化逃生路線，以執行逃生路線導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，主要包括單點救援和多點救援。被困人員使用移動設備進入平臺的救援操作模塊，該模塊可以預測最佳救援進入并等待救援人員。救援人員到達時，他們使用移動設備進入平臺，平臺將實時動態預測最佳救援路線。多點救援情況使用任務分配機制以合理的方式分配救援任務。最后，將救援路線放置在救援人員和被困人員的移動設備上，并進行二維和三維鏈接的可視化以導航救援路線。一旦救援人員和被困人員成功整合，被困人員可能會在火災現場長時間失去知覺或失去體力。因此，救援人員的位置將在會議之后用作出發點，并使用逃生導航方法以實現從火中迅速撤離。

（3）可視命令模塊。指揮官在瀏覽器側進入平臺，平臺將BIM模型加載到瀏覽器側，以進行二維和三維可視鏈接顯示，以不同的顏色區分被困人員和救援人員，并實現基于火災視覺傳播，分發模擬數據，以實現火場的完整可視化。

4? 結語

本文基于BIM技術對智慧消防應急服務平臺進行深入研究，設計了智慧消防應急服務平臺，實現了消防應急快速逃生和救援，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

[1] 蔣晶晶.深圳市龍崗區智慧物聯化消防系統的研發與實現[D].廣州：華南理工大學，2018.

[2] 陳全.智慧消防在多設備聯動火災報警系統中的應用研究[J].智能建筑與智慧城市，2020（10）：37-38，46.

[3] 唐琦.大數據思維下的智慧消防[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網云平臺系統設計[D].杭州：浙江大學，2020.

[5] 劉紀達，康寧，麥強.基于VOSviewer的國內智慧消防研究發展與變遷[J].中國安全生產科學技術，2020，16（5）：38-43.

[6] 魏國富.基于BIM的智慧消防應急服務平臺研究[D].青島：青島理工大學，2019.