文｜中航安貞（浙江）信息科技有限公司 馮佳瑩 方磊 王立幼

1 引言

隨著智慧城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，“智慧消防”理念作為公共安全模塊的重要組成部分，逐漸滲入城市消防安全的各個(gè)環(huán)節(jié)。2017年10月10日，公安部發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)要求，2018年底，地級(jí)以上城市建成消防物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)，建設(shè)基于“大數(shù)據(jù)”“一張圖”的實(shí)戰(zhàn)指揮平臺(tái)，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)消防向現(xiàn)代消防的轉(zhuǎn)變。

GIS+BIM 和IoT 技術(shù)是近年來(lái)備受關(guān)注的高新技術(shù)，GIS+BIM 技術(shù)具有三維可視化和室內(nèi)外建筑消防信息一體化完整錄入等特點(diǎn)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信息收集、分析、傳輸、判斷。這些特點(diǎn)恰好與消防管理的需求相契合，如何將這些技術(shù)結(jié)合并應(yīng)用到智慧消防建設(shè)中，已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

2 BIM、IoT 技術(shù)與智慧消防

2.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的，以建筑信息模型為基礎(chǔ)的多維信息集成技術(shù)。BIM 集成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各階段的工程信息，通過(guò)數(shù)字仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的不斷更新發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)不再局限于建筑行業(yè)內(nèi)部，利用BIM 的可視化和仿真性特點(diǎn)，將其集成到智慧消防管理平臺(tái)中，可為管理者提供任意角度瀏覽查看的“上帝視角”，進(jìn)行全方位、多角度的管控與指揮。

2.2 IoT 技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)基于各種信息傳感裝置，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)，打通人與人、人與物、物與物之間的信息交換和通信，最終實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)預(yù)警和監(jiān)測(cè)等工作，因此近年來(lái)IoT 技術(shù)在消防管理中的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和認(rèn)可。

隨著IoT 技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善，物聯(lián)網(wǎng)除了能快速感知、收集和傳遞現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)時(shí)信息，還能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，判斷現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否存在異常，提前發(fā)現(xiàn)消防隱患問(wèn)題做到“防患于未然”。

2.3 BIM 與IoT 技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)是消防系統(tǒng)的“感知神經(jīng)”，而B(niǎo)IM 可通過(guò)數(shù)字化模擬真實(shí)再現(xiàn)消防系統(tǒng)的空間布局和邏輯關(guān)系，用戶可直觀查看建筑物以及消防設(shè)備的空間位置分布、資產(chǎn)信息、結(jié)構(gòu)、材料等。二者集成應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)虛擬信息與實(shí)體硬件之間的有機(jī)融合，幫助消防系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境做出更準(zhǔn)確、更全面的感知和反應(yīng)，并以BIM 構(gòu)件為載體集成各類信息和資源，構(gòu)建一個(gè)信息交換和共享的協(xié)同運(yùn)作系統(tǒng)，幫助管理者實(shí)現(xiàn)更高效的日常運(yùn)維和更科學(xué)的應(yīng)急指揮管理。

3 智慧消防管理平臺(tái)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多維度BIM 庫(kù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多體量巨大的城市綜合體建筑，其建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣，內(nèi)部對(duì)應(yīng)的消防設(shè)施設(shè)備也數(shù)量巨大、邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜。建立精準(zhǔn)的建筑和消防設(shè)施三維模型，能為現(xiàn)代消防管理和疏散救援提供更精確的空間位置參考和設(shè)備監(jiān)管維護(hù)依據(jù)。

BIM 模型庫(kù)主要包括建筑模型和消防設(shè)施設(shè)備模型兩部分。

（1）建筑模型庫(kù)

按照設(shè)計(jì)圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明及詳細(xì)注釋，對(duì)建筑外墻面、內(nèi)墻、柱、窗進(jìn)行精細(xì)建模，在BIM 模型中根據(jù)應(yīng)用需求錄入相關(guān)的屬性信息，包括標(biāo)高、尺寸、高度、材質(zhì)等。

裝修BIM 模型是建立在建筑BIM 模型的基礎(chǔ)上的，模型包含但不僅限于第一人稱瀏覽時(shí)能夠被觀察到的裝飾、照明、吊頂、硬裝等，主要表達(dá)項(xiàng)目室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

（2）消防設(shè)施設(shè)備模型庫(kù)

按照消防管線布設(shè)圖制作風(fēng)管、水管模型，精確表達(dá)管線分布情況及管徑信息。消防系統(tǒng)中涉及的消防設(shè)備全部制作獨(dú)立的模型，建立消防設(shè)備模型構(gòu)件庫(kù)，例如消火栓、信號(hào)閥、聲光報(bào)警器、疏散指示燈等。

3.2 IoT 數(shù)據(jù)與BIM 的關(guān)聯(lián)集成

由于物聯(lián)網(wǎng)僅能提供傳感器之間的信息交換和通信，其本身并無(wú)法記錄傳感器的具體屬性信息，因此在通過(guò)BIM 軟件建模時(shí)，需要同步建立BIM 屬性庫(kù)（如構(gòu)件屬性字段、數(shù)據(jù)同步字段、定位字段、設(shè)備屬性字段等），來(lái)記錄傳感器的物理信息和空間位置信息。

所有物聯(lián)網(wǎng)終端傳感器在“智慧消防管理平臺(tái)”中都有與之對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)件，通過(guò)唯一的識(shí)別ID 建立設(shè)備和模型構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)映射，IoT 數(shù)據(jù)依托BIM 實(shí)現(xiàn)了立體的可視化查詢和管理，而B(niǎo)IM 也不再只是靜態(tài)的三維模型，能夠與真實(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)一。

4 基于BIM 和IoT 技術(shù)的智慧消防平臺(tái)

本文基于Cesium 和HTML5 建立了基于BIM+GIS 的三維基礎(chǔ)平臺(tái)，并結(jié)合IoT中臺(tái)關(guān)聯(lián)前端智慧消防實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，研發(fā)了一系列消防管控功能，建立了智慧消防管控平臺(tái)。

4.1 三維展示與查詢

BIM 技術(shù)擁有三維可視化的天然優(yōu)勢(shì)，可任意視角查看建筑和消防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分布情況，與GIS 技術(shù)、各類感知技術(shù)結(jié)合還可方便實(shí)現(xiàn)三維空間定位。

基于BIM 構(gòu)件的可拆分性，可選擇查看任一BIM 構(gòu)件的屬性信息，并可對(duì)模型進(jìn)行分組或分層管理，實(shí)現(xiàn)模型剖切、模型過(guò)濾、分組顯示等功能。

4.2 設(shè)備管理

通過(guò)BIM 建立消防設(shè)備模型庫(kù)，參照消防設(shè)施布置圖結(jié)合實(shí)地踏勘，確定所有消防設(shè)備的精確位置，在三維平臺(tái)中加載對(duì)應(yīng)的設(shè)備模型。可錄入或修改設(shè)備的屬性信息，如樓層、設(shè)備類型、設(shè)備名稱、供應(yīng)商、部署區(qū)域、權(quán)屬機(jī)構(gòu)、設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)照片等。

BIM 設(shè)備模型與IoT 中臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)后，可獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)信息。例如，電器火災(zāi)設(shè)備，可查詢到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值、電流、電壓等信息。通過(guò)BIM 實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備固有信息與業(yè)務(wù)信息的一體化查詢和管理。

4.3 可視化應(yīng)急預(yù)案

傳統(tǒng)的消防疏散引導(dǎo)是利用二維圖紙來(lái)表述建筑物內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)、繪制疏散引導(dǎo)線路。然而現(xiàn)代大型建筑空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全出口眾多，傳統(tǒng)靜態(tài)的、單一的疏散圖無(wú)法描述實(shí)際起火點(diǎn)與疏散路徑之間的關(guān)系，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代建筑消防疏散的需求。

基于BIM 的數(shù)字三維模型，可以分建筑單體、分樓層標(biāo)繪應(yīng)急預(yù)案，并可配置標(biāo)繪的描述信息、樣式和位置。根據(jù)起火位置實(shí)時(shí)生成疏散路徑、防火分區(qū)，并提示緊急疏散口。相比傳統(tǒng)的二維展示，三維可視化應(yīng)急預(yù)案管理采用動(dòng)態(tài)交互、形式多樣的展示方式，大大提高了應(yīng)急預(yù)案的易讀性和現(xiàn)時(shí)性。

4.4 告警信息實(shí)時(shí)推送與展示

IoT 中臺(tái)接收到傳感器數(shù)據(jù)后首先進(jìn)行處理和分析，判定是否為告警信息。告警信息分為兩類，分別是隱患和報(bào)警兩類，前者表示設(shè)備發(fā)生故障，后者表示設(shè)備附近可能有火情發(fā)生，需要立即啟動(dòng)應(yīng)急模式。

出現(xiàn)隱患信息后，“智慧消防平臺(tái)”中會(huì)彈出隱患告警提示框，可查看詳細(xì)告警信息和設(shè)備運(yùn)行信息與固有信息。視角自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至隱患位置，顯示隱患所在樓層，并將其他樓層與地圖隱藏。

出現(xiàn)報(bào)警信息后，告警設(shè)備處出現(xiàn)火焰示意圖，標(biāo)識(shí)起火點(diǎn)位置；動(dòng)態(tài)生成逃生路線和緊急出口圖標(biāo)；自動(dòng)生成不同顏色的多邊形覆蓋樓層模型，用于區(qū)分起火點(diǎn)所在防火分區(qū)和其他防火分區(qū)；高亮顯示該樓層的所有消防設(shè)備圖標(biāo)；并可查看預(yù)案文件、顯示預(yù)案動(dòng)畫(huà)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，火災(zāi)隱患總量也呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，消防安全管理面臨的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)通常是被動(dòng)消防，常因?yàn)榉磻?yīng)遲緩而錯(cuò)過(guò)最佳救援時(shí)間，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成損失。因此，引入新興的高科技手段，例如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和智能化管理平臺(tái)等來(lái)升級(jí)消防行業(yè)迫在眉睫。本文通過(guò)實(shí)際案例介紹了目前BIM 和IoT 技術(shù)在“智慧消防”領(lǐng)域應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)和成果，通過(guò)將BIM 與IoT 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)集成，實(shí)現(xiàn)了可視化的設(shè)備運(yùn)維、應(yīng)急預(yù)案和告警監(jiān)測(cè)，有效提高了日常維護(hù)和應(yīng)急指揮的效率和可靠性。

目前，BIM 與IoT 技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于“智慧消防”仍然處于初步發(fā)展階段，但其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)十分明顯，具有較好的應(yīng)用前景，如何更加深化二者在“智慧消防”領(lǐng)域的應(yīng)用，值得業(yè)內(nèi)各界繼續(xù)探索和挖掘。

圖1 設(shè)備錄入與管理

圖2 根據(jù)BIM 計(jì)算疏散路線

圖3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)報(bào)警與BIM 聯(lián)動(dòng)