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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2101-5640-5113
摘 要：随着经济的发展，建筑技术的进步和城市化的趋势造成城市土地使用的急剧增加，从而导致了高层城市建筑的发展。一旦发生火灾，很容易造成人员伤亡和财产损失。通过分析智能消防应急服务平台的具体要求，设计并实现了智能消防应急服务平台。该平台的主要功能模块是火灾应急模块，主要包括实时信息集成、火灾传播模拟和火灾应急行动模块。其中，实时信息集成和火灾传播模拟模块为火灾情况下的紧急行动提供数据支持，并通过火灾警报行动提供可视命令和行动模块以执行逃生和救援导航。
关键词：BIM 智慧消防 火灾 平台
中图分类号：TP311.5 文獻标识码：A 文章编号：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）作为一种数字模型，由于其视觉特性而获得了广泛的应用[1]。BIM显示功能不仅可以实时提供清晰的信息，还可以显示三维空间以便现场显示。这可以为紧急服务实时提供火灾现场的清晰信息，并使用该信息来辅助火灾救援。救援人员迅速制定合理有效的救援计划[2]。此外，BIM存储建筑物的所有构造要素和材料信息，而火灾的蔓延与建筑材料密切相关。因此，BIM模型中的建筑物信息可用于模拟火灾蔓延，从而有助于火灾救援。人员根据火灾蔓延的变化做出及时的决定良好的救援计划[3]。
本文使用BIM技术对智能消防应急服务平台进行深入研究，使用BIM模型存储建筑物信息和显示功能，设计和实现智能消防应急服务平台，使用BIM模型集成信息，以及设计了动态逃生路线计划方法和动态救援路线计划方法，并使用BIM提供了二维和三维显示功能，并实现了二维和三维可视化联动。
1 平台需求分析
根据智慧消防应急服务平台的总体业务，确定平台应满足的功能，主要功能需求如下[4]。
1.1 快速逃生功能
万一发生火灾，可为困在火场中的人员计划安全、快速的逃生路线，以2D和3D可视化逃生路线，并为陷入火灾紧急情况的人员导航逃生路线，以便快速、安全地逃生。
1.2 快速救援功能
发生火灾时，为救援人员计划一条快速安全的救援路线，并以2D和3D可视化救援路线，以帮助救援人员导航救援路线并执行从救援人员到被困人员的快速救援。
1.3 视觉命令功能
发生火灾时，以二维和三维链接显示的形式显示火灾现场的信息，为指挥官提供有关火灾现场的直观全面的信息，方便指挥官及时有序地指挥，促进应急消防救援工作的顺利进行。
2 平台总体设计
本文基于BIM技术对智慧消防应急服务平台进行设计，实现逃生导航、救援行动和可视化指挥等主要功能，提高救援效率，减少人员伤亡，平台总体架构如图1所示。 （1）基础设施层：基础设施层包括计算机设备、网络设备、存储设备和传感器设备等基本设备。
（2）数据层：使用数据库和文件服务器存储所有平台数据，并为服务层提供技术支持。
（3）服务层：主要包括平台的服务接口和平台的核心服务部分。服务接口包括文件分析接口和数据上传接口，为平台的核心服务提供数据支持。该平台的主要服务包括用户管理、模块管理和消防应急服务。用户管理和模型管理保证了平台的基本运行和维护;该平台的基本服务是智能火灾应急服务，包括实时信息集成、火灾传播模拟和火灾应急操作三部分，实时信息集成和传播仿真系统为火灾应急操作提供数据支持。
（4）应用层：智能消防应急服务平台的主要功能，通过逃生导航、救援行动和视觉指挥功能，实现快速高效的智能消防应急行动。
（5）终端：用户可以使用不同的设备访问终端平台，并在浏览器或移动设备上的智能消防应急服务平台上实现处理操作。
3 功能模块设计
在完成平台的总体架构设计后，根据平台的主要功能需求，设计了三个功能模块，即用户管理模块、模型管理模块和消防应急模块。消防应急模块是主要功能模块，包括逃生导航子模块、消防救援子模块和指挥可视化模块。如图2所示。
3.1 实时信息集成
平台导入的BIM模型需要根据建筑内部传感器位置，在BIM模型中添加传感器，为了方便信息的处理，对传感器进行编号处理。
实时信息集成模块根据建筑传感器和BIM模型中对应传感器的位置，将无线传感器和烟雾传感器实时获取的用户位置和火灾信息集成到BIM模型中。为火灾模拟和消防应急模块提供数据支持。根据感知到火灾或人员位置信息的传感器名称，在BIM模型中找到对应的传感器，然后根据传感器名称，在IFC文件中存储火灾或人员信息。通过实时信息集成模块，将实时火灾现场信息与BIM模型进行集成，为火灾模拟和消防应急模块提供数据支持[5]。
3.2 火灾蔓延模拟
FDS火灾模拟数据与真实数据非常相似。因此，使用FDS来模拟建筑物的火灾蔓延，并根据实时火灾信息动态调整火灾模拟，以获得完整而真实的火灾蔓延数据，然后将火灾蔓延模拟数据与集成的BIM模型进行比较，以为火灾应急操作提供火灾蔓延模拟数据。
具体的火扩散模拟过程如下。首先，烟雾传感器实时感知建筑物的内部状况，并获取感知数据。如果是第一次检测到火灾，使用当前的检测数据来确定火灾的位置，并将火灾的位置信息集成到BIM模型中。然后将包含BIM建筑信息的DXF文件导入Pyrosim软件，并根据BIM模型中的火灾信息将火灾添加到Pyrosim软件中。然后，FDS用于模拟火焰蔓延以获得火焰蔓延数据，并将火焰蔓延数据集成到BIM模型中。火灾传播数据始终包含来自所有传感器节点的温度信息。火灾中可能会发生事故，从而使模拟结果与火灾现场不一致。
3.3 消防应急行动
火灾发生时，消防和救援人员尚未到达现场。这时，人员在火灾现场进行了逃生导航。当救援人员到达时，火场中的每个人都按照他们的实际时间获救。位置情况是实时订购的。消防应急操作是平台的功能实现模块，主要包括逃生导航，救援操作和视觉指令模块[6]：
（1）排气导航模块。该模块为被困人员提供快速安全的逃生导航，主要包括一个人逃生和多个人逃生。被困人员使用移动设备进入平台。该平台可以实时动态预测最佳逃生路线，并预测多次逃生的拥堵情况。最后，以2D和3D可视化逃生路线，以执行逃生路线导航并帮助用户快速安全地逃生。
（2）救援操作模块。该模块为救援人员提供了快速安全的救援路线，主要包括单点救援和多点救援。被困人员使用移动设备进入平台的救援操作模块，该模块可以预测最佳救援进入并等待救援人员。救援人员到达时，他们使用移动设备进入平台，平台将实时动态预测最佳救援路线。多点救援情况使用任务分配机制以合理的方式分配救援任务。最后，将救援路线放置在救援人员和被困人员的移动设备上，并进行二维和三维链接的可视化以导航救援路线。一旦救援人员和被困人员成功整合，被困人员可能会在火灾现场长时间失去知觉或失去体力。因此，救援人员的位置将在会议之后用作出发点，并使用逃生导航方法以实现从火中迅速撤离。
（3）可视命令模块。指挥官在浏览器侧进入平台，平台将BIM模型加载到浏览器侧，以进行二维和三维可视链接显示，以不同的颜色区分被困人员和救援人员，并实现基于火灾视觉传播，分发模拟数据，以实现火场的完整可視化。
4 结语
本文基于BIM技术对智慧消防应急服务平台进行深入研究，设计了智慧消防应急服务平台，实现了消防应急快速逃生和救援，以及高效可视化指挥功能，从而提高救援效率，减少人员伤亡。
参考文献
[1] 蒋晶晶.深圳市龙岗区智慧物联化消防系统的研发与实现[D].广州：华南理工大学，2018.
[2] 陈全.智慧消防在多设备联动火灾报警系统中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2020（10）：37-38，46.
[3] 唐琦.大数据思维下的智慧消防[J].智能建筑与智慧城市，2020（8）：112-114.
[4] 刘鑫.面向智慧消防的物联网云平台系统设计[D].杭州：浙江大学，2020.
[5] 刘纪达，康宁，麦强.基于VOSviewer的国内智慧消防研究发展与变迁[J].中国安全生产科学技术，2020，16（5）：38-43.
[6] 魏国富.基于BIM的智慧消防应急服务平台研究[D].青岛：青岛理工大学，2019.
摘 要：随着经济的发展，建筑技术的进步和城市化的趋势造成城市土地使用的急剧增加，从而导致了高层城市建筑的发展。一旦发生火灾，很容易造成人员伤亡和财产损失。通过分析智能消防应急服务平台的具体要求，设计并实现了智能消防应急服务平台。该平台的主要功能模块是火灾应急模块，主要包括实时信息集成、火灾传播模拟和火灾应急行动模块。其中，实时信息集成和火灾传播模拟模块为火灾情况下的紧急行动提供数据支持，并通过火灾警报行动提供可视命令和行动模块以执行逃生和救援导航。
关键词：BIM 智慧消防 火灾 平台
中图分类号：TP311.5 文獻标识码：A 文章编号：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）作为一种数字模型，由于其视觉特性而获得了广泛的应用[1]。BIM显示功能不仅可以实时提供清晰的信息，还可以显示三维空间以便现场显示。这可以为紧急服务实时提供火灾现场的清晰信息，并使用该信息来辅助火灾救援。救援人员迅速制定合理有效的救援计划[2]。此外，BIM存储建筑物的所有构造要素和材料信息，而火灾的蔓延与建筑材料密切相关。因此，BIM模型中的建筑物信息可用于模拟火灾蔓延，从而有助于火灾救援。人员根据火灾蔓延的变化做出及时的决定良好的救援计划[3]。
本文使用BIM技术对智能消防应急服务平台进行深入研究，使用BIM模型存储建筑物信息和显示功能，设计和实现智能消防应急服务平台，使用BIM模型集成信息，以及设计了动态逃生路线计划方法和动态救援路线计划方法，并使用BIM提供了二维和三维显示功能，并实现了二维和三维可视化联动。
1 平台需求分析
根据智慧消防应急服务平台的总体业务，确定平台应满足的功能，主要功能需求如下[4]。
1.1 快速逃生功能
万一发生火灾，可为困在火场中的人员计划安全、快速的逃生路线，以2D和3D可视化逃生路线，并为陷入火灾紧急情况的人员导航逃生路线，以便快速、安全地逃生。
1.2 快速救援功能
发生火灾时，为救援人员计划一条快速安全的救援路线，并以2D和3D可视化救援路线，以帮助救援人员导航救援路线并执行从救援人员到被困人员的快速救援。
1.3 视觉命令功能
发生火灾时，以二维和三维链接显示的形式显示火灾现场的信息，为指挥官提供有关火灾现场的直观全面的信息，方便指挥官及时有序地指挥，促进应急消防救援工作的顺利进行。
2 平台总体设计
本文基于BIM技术对智慧消防应急服务平台进行设计，实现逃生导航、救援行动和可视化指挥等主要功能，提高救援效率，减少人员伤亡，平台总体架构如图1所示。 （1）基础设施层：基础设施层包括计算机设备、网络设备、存储设备和传感器设备等基本设备。
（2）数据层：使用数据库和文件服务器存储所有平台数据，并为服务层提供技术支持。
（3）服务层：主要包括平台的服务接口和平台的核心服务部分。服务接口包括文件分析接口和数据上传接口，为平台的核心服务提供数据支持。该平台的主要服务包括用户管理、模块管理和消防应急服务。用户管理和模型管理保证了平台的基本运行和维护;该平台的基本服务是智能火灾应急服务，包括实时信息集成、火灾传播模拟和火灾应急操作三部分，实时信息集成和传播仿真系统为火灾应急操作提供数据支持。
（4）应用层：智能消防应急服务平台的主要功能，通过逃生导航、救援行动和视觉指挥功能，实现快速高效的智能消防应急行动。
（5）终端：用户可以使用不同的设备访问终端平台，并在浏览器或移动设备上的智能消防应急服务平台上实现处理操作。
3 功能模块设计
在完成平台的总体架构设计后，根据平台的主要功能需求，设计了三个功能模块，即用户管理模块、模型管理模块和消防应急模块。消防应急模块是主要功能模块，包括逃生导航子模块、消防救援子模块和指挥可视化模块。如图2所示。
3.1 实时信息集成
平台导入的BIM模型需要根据建筑内部传感器位置，在BIM模型中添加传感器，为了方便信息的处理，对传感器进行编号处理。
实时信息集成模块根据建筑传感器和BIM模型中对应传感器的位置，将无线传感器和烟雾传感器实时获取的用户位置和火灾信息集成到BIM模型中。为火灾模拟和消防应急模块提供数据支持。根据感知到火灾或人员位置信息的传感器名称，在BIM模型中找到对应的传感器，然后根据传感器名称，在IFC文件中存储火灾或人员信息。通过实时信息集成模块，将实时火灾现场信息与BIM模型进行集成，为火灾模拟和消防应急模块提供数据支持[5]。
3.2 火灾蔓延模拟
FDS火灾模拟数据与真实数据非常相似。因此，使用FDS来模拟建筑物的火灾蔓延，并根据实时火灾信息动态调整火灾模拟，以获得完整而真实的火灾蔓延数据，然后将火灾蔓延模拟数据与集成的BIM模型进行比较，以为火灾应急操作提供火灾蔓延模拟数据。
具体的火扩散模拟过程如下。首先，烟雾传感器实时感知建筑物的内部状况，并获取感知数据。如果是第一次检测到火灾，使用当前的检测数据来确定火灾的位置，并将火灾的位置信息集成到BIM模型中。然后将包含BIM建筑信息的DXF文件导入Pyrosim软件，并根据BIM模型中的火灾信息将火灾添加到Pyrosim软件中。然后，FDS用于模拟火焰蔓延以获得火焰蔓延数据，并将火焰蔓延数据集成到BIM模型中。火灾传播数据始终包含来自所有传感器节点的温度信息。火灾中可能会发生事故，从而使模拟结果与火灾现场不一致。
3.3 消防应急行动
火灾发生时，消防和救援人员尚未到达现场。这时，人员在火灾现场进行了逃生导航。当救援人员到达时，火场中的每个人都按照他们的实际时间获救。位置情况是实时订购的。消防应急操作是平台的功能实现模块，主要包括逃生导航，救援操作和视觉指令模块[6]：
（1）排气导航模块。该模块为被困人员提供快速安全的逃生导航，主要包括一个人逃生和多个人逃生。被困人员使用移动设备进入平台。该平台可以实时动态预测最佳逃生路线，并预测多次逃生的拥堵情况。最后，以2D和3D可视化逃生路线，以执行逃生路线导航并帮助用户快速安全地逃生。
（2）救援操作模块。该模块为救援人员提供了快速安全的救援路线，主要包括单点救援和多点救援。被困人员使用移动设备进入平台的救援操作模块，该模块可以预测最佳救援进入并等待救援人员。救援人员到达时，他们使用移动设备进入平台，平台将实时动态预测最佳救援路线。多点救援情况使用任务分配机制以合理的方式分配救援任务。最后，将救援路线放置在救援人员和被困人员的移动设备上，并进行二维和三维链接的可视化以导航救援路线。一旦救援人员和被困人员成功整合，被困人员可能会在火灾现场长时间失去知觉或失去体力。因此，救援人员的位置将在会议之后用作出发点，并使用逃生导航方法以实现从火中迅速撤离。
（3）可视命令模块。指挥官在浏览器侧进入平台，平台将BIM模型加载到浏览器侧，以进行二维和三维可视链接显示，以不同的颜色区分被困人员和救援人员，并实现基于火灾视觉传播，分发模拟数据，以实现火场的完整可視化。
4 结语
本文基于BIM技术对智慧消防应急服务平台进行深入研究，设计了智慧消防应急服务平台，实现了消防应急快速逃生和救援，以及高效可视化指挥功能，从而提高救援效率，减少人员伤亡。
参考文献
[1] 蒋晶晶.深圳市龙岗区智慧物联化消防系统的研发与实现[D].广州：华南理工大学，2018.
[2] 陈全.智慧消防在多设备联动火灾报警系统中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2020（10）：37-38，46.
[3] 唐琦.大数据思维下的智慧消防[J].智能建筑与智慧城市，2020（8）：112-114.
[4] 刘鑫.面向智慧消防的物联网云平台系统设计[D].杭州：浙江大学，2020.
[5] 刘纪达，康宁，麦强.基于VOSviewer的国内智慧消防研究发展与变迁[J].中国安全生产科学技术，2020，16（5）：38-43.
[6] 魏国富.基于BIM的智慧消防应急服务平台研究[D].青岛：青岛理工大学，2019.