BIM和物联网构建智能消防管理系统探讨

（重庆科技学院 建筑工程学院，重庆 401331）

0 引言

近年来，随着我国城镇化进程的不断加快，城市中新建、扩建、改建工程大量涌现，同时住宅朝向大容量、大跨度、高层及超高层方向发展。这些建筑中复杂的结构、庞大的空间使建筑消防的难度大大增加。而火灾发生时，无论是火灾发生位置还是后期发展趋势，都具有很强的随机性，那么如何快速确定灭火位置以及准确有效地疏散建筑内人员变得非常重要。然而现阶段建筑内提供的主要是二维的疏散示意图，虽然起到一定的作用，但存在直观性差等缺陷[1]，无法根据火灾获得具体情况灵活地调整逃生路线[2-3]。同时，由于建筑结构复杂，二维模式下的消防疏散图，很难将其中的空间信息、设备信息、人员信息之间的相互关系有效地展示出来，对建筑不熟悉的人员很难找到消防设备以及安全出口的位置，而且在浓烟等恶劣环境的干扰下，救援人员也很难通过二维图纸快速熟悉建筑环境，及时找到灭火路线，建筑内部人员也很难快速寻找到疏散路径逃生，这对疏散路径的选择是极其不利的[4]。此外，不同的起火点也直接影响到疏散路径的选择。因此，传统以疏散示意图作为疏散引导的方式已不能满足现在大型建筑的疏散引导需求[5]。加之火灾发生的地点及火势大小都有很强的随机性，传统静态的疏散引导方式也已很难进行高效的疏散引导[6-7]。

1 BIM与物联网技术的集成应用分析

由于传统的消防管理系统无法充分了解火灾现场、周围消防设施布置以及火灾区域结构等信息，消防人员难以在最短时间内找到起火点、了解火灾情况及制定最佳救援路径。本文提出的基于BIM技术的三维可视化智能消防管理系统，可以实现对建筑信息、设备信息的管理，再结合物联网技术，可实现信息的实时更新，从而能够快速、高效地了解火灾环境，将极大地提高消防救援的效率。

BIM技术将建筑物实体和功能特性参数等信息进行数字表达，利用BIM技术建立的建筑物三维信息模型，能够将建筑物各阶段参与方数据、建筑结构、空间位置、配套设备等信息涵括在模型中，从而实现建筑物所有信息的集成管理和全寿命周期管理。同时，基于BIM的共享数字表达，模型中数据规范，并可以通过开放式标准实现信息的交互，为信息写入到模型中提供了端口。

目前，一些建筑物的消防设施设备，如防火卷帘、自动喷淋系统等，虽然有传感器等末端感应器进行数据采集，再通过物联网的传输，可以实现对这些设备所处状态的了解，但不能直观地了解到这些设备的位置、运行状态等信息。此外，有些不便于设置传感器的消防设备，如灭火器、消防栓等，虽可以知道分布数量、灭火器类型等信息，但不能直观地了解分布情况信息。可见，信息量少、信息不明确等成为了制约消防救援效率的因素。

随着物联网技术的发展，信息采集方式呈现出多元化，如RFID、二维码、视频监控、传感器等，通过这些信息采集设备的覆盖，能实现对建筑物的消防设备、消防通道、安全出口等的实时监控，从而实现信息的实时采集并生成数字信息，再通过无线网络或有线网络传输出去。基于BIM模型数据的开放式标准，物联网采集、传输的数据则可根据约定的数据传输协议，通过BIM端口接入到模型中。同时，根据消防设施设备的实际位置，BIM建立的三维模型，给建筑物中的设施设备的位置赋予ID号，通过物联网采集的信息就可以在对应ID号中进行存储，进而实现消防设施设备的三维可视化管理，信息的即时性、准确性也将会得到极大的提高。BIM模型与物联网的信息端口对接见图1。

图1 BIM模型与物联网的信息端口对接示意图

2 智能消防管理系统功能模块设计

智能消防管理系统的目的是提高火灾发生时消防救援的效率，因此需要有足够的信息量和准确的信息来指导被困者的自救以及救援人员的施救。为此，智能消防管理系统需要由五大功能模块组成，系统功能模块构架图见图2。

2.1 信息采集模块

本模块主要完成信息采集的功能。利用RFID、传感器、视频监控等物联网设备组成系统的信息采集网，对建筑物内消防设施设备的状态进行实时监控，包括消防用水、消防器材、消防电气、安全出口及通道等。通过对消防状态信息的掌握，确保信息的准确性和有效性，从而为制定消防救援、被困者自救提供有力指导。此外，此模块还具备信息接收功能，可以在接收到管理中心指令后运作，发布消防消息。

2.2 模型模块

本模块是制定救援路线和被困者逃生路线的重要支撑。利用BIM技术建立的建筑物三维模型，可以查阅建筑物内部结构信息、水电气信息以及消防设施设备信息，并且可以直观地查看需要的位置信息，能够为救援路线和自救路线的规划提供依据。

2.3 信息处理模块

正常情况下，物联网终端采集的信息传输到BIM模型对应的ID位置进行存储，信息处理模块通过与设定的标准对比，进行信息的日常检查并记录。当出现设施设备故障、火灾等异常情况时，信息处理模块的应急功能响应，同时信息也将传输到系统管理中心。信息处理模块通过对数据的对比分析，找出异常点，而后经过管理中心的判断，由管理中心下达工作指令。如发生设施设备故障，下发指令到装备部，由装备部进行检查和维修；如发生火灾，调集异常点周围的物联网设备进行数据再确认，信息处理模块规划出救援路径和自救路径，管理中心进行发布。

2.4 管理中心模块

管理中心是系统的决策中心，同时也是系统的日常管理者。系统日常维保工作由管理中心负责并进行记录、监督。当发生火灾时，管理中心就转变为决策中心和应急指挥中心，通过对信息的读取与分析进行决策，并发布紧急疏散命令，全程指导救援工作。

2.5 终端APP模块

该模块为接受指令模块，面向救援人员和住户。救援人员通过终端APP，接收决策中心传来的指令，同时，可根据终端了解实时的火灾现场信息，能够对突发情况随机应变。对于住户，最便利的是在手机安装终端APP终端，平时可以通过APP了解小区的日常消防情况，参与小区的消防管理工作；在遇到火灾突发情况时，管理中心确定火点位置后，推送火灾指令到APP中，并在模型中标记着火点位置，在判断了火灾大小和预测了火灾发展趋势后，对处于火灾区域内的住户发布紧急通知，并将规划出的逃生路线推送至火灾区域内的住户，同时管理中心根据APP了解住户实时逃生的位置，及时指导被困者逃生。

图2 系统功能模块构架图

3 智能消防管理系统工作流程

该系统工作流程如图3所示。

图3 系统工程流程图

借助现有传感器和服务器技术，当火灾报警终端发生警报时，同时将警报信息传入服务器，服务器对传入的信息进行收集，服务器将收集的信息通过用户数据报协议（UDP）传输到BIM模型，在BIM模型中，报警位置将会高亮显示，同时迅速调出该点附近所有消防设备信息以及整个楼层信息。服务器会根据传输进来的数据进行分析与记录，在确定为报警信息真实时，系统通过与管理中心的连接自动报警，同时发出警报，通知室内人员迅速撤离。在撤离过程中，火灾区域住户通过手机APP快速获取逃离路径，其路径规划根据住户所处位置，根据所接受的推送信息以及该位置附近的消防设备，判定安全路线，对于火势较大情况，给予逃生者标出相对安全位置，等待救援。对于消防救援的路线，首先确定待救者位置，然后获取该楼层信息，包括该楼层燃气管道及电力线路等次生危险源，规划出救援路线，找到逃生者并将其安全带出，最后解除警报。如果在数据处理阶段，发现为假报警，该系统将会直接推送代码至服务器，再经服务器输出命令，解除警报。

4 结语

本次研究中提出并设计了基于BIM的三维可视化智能消防管理系统。该系统通过借助物联网技术，建立起建筑物的消防信息采集网，同时可将建筑物的结构、空间及消防设施设备等信息传输到BIM模型中对应的ID位置进行存储，以此建立建筑物实体与模型的对应关系，从而可以通过模型直观地查看实物的信息，火灾发生时，消防救援的效率将得到极大的提高。但本文提出的消防管理系统还处在理论阶段，实际建筑物的消防管理系统的构建还有待进一步研究。

参考文献：

[1]毕小玉.建筑消防应急预案的生成和优化技术研究[D].北京：北京建筑大学，2014.

[2]赵永珩，佟德军.智能消防应急照明疏散指示系统的应用 [J].科技传播，2014（3）：228-229.

[3]张连毅，孙昊，赵来好，等.智能消防疏散系统浅析[J].科技创新导报，2017（16）：4-6.

[4]李淑惠.消防信息化建设与发展[J].消防技术与产品信息，2011（11）：49-51.

[5]高雪，王佳，衣俊艳.基于 BIM技术的建筑内疏散路径引导研究[J].建筑科学，2016，2（32）：143-144.

[6]姜旭.物联网技术下消防装备智能管理系统应用研究[J].行业与应用安全，2017（6）：117-120.

[7]王志勇，李光，高波.基于物联网的智能消防系统设计[J].河北工程技术高等专科学校学报，2017（3）：9-13.