基于GIS+BIM技术的智慧消防管理平台设计与实现

文｜中航安贞（浙江）信息科技有限公司 冯佳莹 方磊 王立幼

1 引言

随着智慧城市建设的蓬勃发展，“智慧消防”理念作为公共安全模块的重要组成部分，逐渐渗入城市消防安全的各个环节。2017年10月10日，公安部发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》，意见要求，2018年底，地级以上城市建成消防物联网远程监控系统，充分运用大数据、云计算、移动互联网、地理信息等技术，建设基于“大数据”“一张图”的实战指挥平台，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，实现传统消防向现代消防的转变。

GIS+BIM 和IoT 技术是近年来备受关注的高新技术，GIS+BIM 技术具有三维可视化和室内外建筑消防信息一体化完整录入等特点；物联网技术可实现信息收集、分析、传输、判断。这些特点恰好与消防管理的需求相契合，如何将这些技术结合并应用到智慧消防建设中，已经成为业界关注的热点之一。

2 BIM、IoT 技术与智慧消防

2.1 BIM 技术

BIM 技术是在计算机科学技术和数学建模技术上发展而来的，以建筑信息模型为基础的多维信息集成技术。BIM 集成了项目设计、施工、运维等各阶段的工程信息，通过数字仿真模拟建筑物所具有的真实信息。

随着BIM 技术的不断更新发展，其应用已经不再局限于建筑行业内部，利用BIM 的可视化和仿真性特点，将其集成到智慧消防管理平台中，可为管理者提供任意角度浏览查看的“上帝视角”，进行全方位、多角度的管控与指挥。

2.2 IoT 技术

物联网基于各种信息传感装置，利用互联网技术和移动通信技术，打通人与人、人与物、物与物之间的信息交换和通信，最终实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。借助物联网技术，能够实现火灾预警和监测等工作，因此近年来IoT 技术在消防管理中的应用已经得到了广泛的关注和认可。

随着IoT 技术的不断创新和完善，物联网除了能快速感知、收集和传递现场环境实时信息，还能够结合大数据分析技术，判断现场环境的监测数据是否存在异常，提前发现消防隐患问题做到“防患于未然”。

2.3 BIM 与IoT 技术结合的优势

物联网是消防系统的“感知神经”，而BIM 可通过数字化模拟真实再现消防系统的空间布局和逻辑关系，用户可直观查看建筑物以及消防设备的空间位置分布、资产信息、结构、材料等。二者集成应用可实现虚拟信息与实体硬件之间的有机融合，帮助消防系统对外界环境做出更准确、更全面的感知和反应，并以BIM 构件为载体集成各类信息和资源，构建一个信息交换和共享的协同运作系统，帮助管理者实现更高效的日常运维和更科学的应急指挥管理。

3 智慧消防管理平台设计关键技术

3.1 多维度BIM 库

随着社会经济和建筑技术的发展，出现了越来越多体量巨大的城市综合体建筑，其建筑结构复杂、功能多样，内部对应的消防设施设备也数量巨大、逻辑结构复杂。建立精准的建筑和消防设施三维模型，能为现代消防管理和疏散救援提供更精确的空间位置参考和设备监管维护依据。

BIM 模型库主要包括建筑模型和消防设施设备模型两部分。

（1）建筑模型库

按照设计图、设计说明及详细注释，对建筑外墙面、内墙、柱、窗进行精细建模，在BIM 模型中根据应用需求录入相关的属性信息，包括标高、尺寸、高度、材质等。

装修BIM 模型是建立在建筑BIM 模型的基础上的，模型包含但不仅限于第一人称浏览时能够被观察到的装饰、照明、吊顶、硬装等，主要表达项目室内装修设计的内容。

（2）消防设施设备模型库

按照消防管线布设图制作风管、水管模型，精确表达管线分布情况及管径信息。消防系统中涉及的消防设备全部制作独立的模型，建立消防设备模型构件库，例如消火栓、信号阀、声光报警器、疏散指示灯等。

3.2 IoT 数据与BIM 的关联集成

由于物联网仅能提供传感器之间的信息交换和通信，其本身并无法记录传感器的具体属性信息，因此在通过BIM 软件建模时，需要同步建立BIM 属性库（如构件属性字段、数据同步字段、定位字段、设备属性字段等），来记录传感器的物理信息和空间位置信息。

所有物联网终端传感器在“智慧消防管理平台”中都有与之对应的模型构件，通过唯一的识别ID 建立设备和模型构件之间的关联映射，IoT 数据依托BIM 实现了立体的可视化查询和管理，而BIM 也不再只是静态的三维模型，能够与真实监测数据实时联动，实现虚拟与现实的统一。

4 基于BIM 和IoT 技术的智慧消防平台

本文基于Cesium 和HTML5 建立了基于BIM+GIS 的三维基础平台，并结合IoT中台关联前端智慧消防实时监测设备，研发了一系列消防管控功能，建立了智慧消防管控平台。

4.1 三维展示与查询

BIM 技术拥有三维可视化的天然优势，可任意视角查看建筑和消防系统的结构及分布情况，与GIS 技术、各类感知技术结合还可方便实现三维空间定位。

基于BIM 构件的可拆分性，可选择查看任一BIM 构件的属性信息，并可对模型进行分组或分层管理，实现模型剖切、模型过滤、分组显示等功能。

4.2 设备管理

通过BIM 建立消防设备模型库，参照消防设施布置图结合实地踏勘，确定所有消防设备的精确位置，在三维平台中加载对应的设备模型。可录入或修改设备的属性信息，如楼层、设备类型、设备名称、供应商、部署区域、权属机构、设备状态、现场照片等。

BIM 设备模型与IoT 中台进行关联后，可获取设备的实时信息。例如，电器火灾设备，可查询到实时监测值、电流、电压等信息。通过BIM 实现消防设备固有信息与业务信息的一体化查询和管理。

4.3 可视化应急预案

传统的消防疏散引导是利用二维图纸来表述建筑物内部的空间结构、绘制疏散引导线路。然而现代大型建筑空间结构复杂，安全出口众多，传统静态的、单一的疏散图无法描述实际起火点与疏散路径之间的关系，已经满足不了现代建筑消防疏散的需求。

基于BIM 的数字三维模型，可以分建筑单体、分楼层标绘应急预案，并可配置标绘的描述信息、样式和位置。根据起火位置实时生成疏散路径、防火分区，并提示紧急疏散口。相比传统的二维展示，三维可视化应急预案管理采用动态交互、形式多样的展示方式，大大提高了应急预案的易读性和现时性。

4.4 告警信息实时推送与展示

IoT 中台接收到传感器数据后首先进行处理和分析，判定是否为告警信息。告警信息分为两类，分别是隐患和报警两类，前者表示设备发生故障，后者表示设备附近可能有火情发生，需要立即启动应急模式。

出现隐患信息后，“智慧消防平台”中会弹出隐患告警提示框，可查看详细告警信息和设备运行信息与固有信息。视角自动跳转至隐患位置，显示隐患所在楼层，并将其他楼层与地图隐藏。

出现报警信息后，告警设备处出现火焰示意图，标识起火点位置；动态生成逃生路线和紧急出口图标；自动生成不同颜色的多边形覆盖楼层模型，用于区分起火点所在防火分区和其他防火分区；高亮显示该楼层的所有消防设备图标；并可查看预案文件、显示预案动画。

5 结束语

随着城市城镇化建设的快速发展，火灾隐患总量也呈逐年增长趋势，消防安全管理面临的形势日趋严峻。传统的消防系统通常是被动消防，常因为反应迟缓而错过最佳救援时间，给人民生命财产安全造成损失。因此，引入新兴的高科技手段，例如物联网、大数据和智能化管理平台等来升级消防行业迫在眉睫。本文通过实际案例介绍了目前BIM 和IoT 技术在“智慧消防”领域应用的一些关键技术和成果，通过将BIM 与IoT 数据关联集成，实现了可视化的设备运维、应急预案和告警监测，有效提高了日常维护和应急指挥的效率和可靠性。

目前，BIM 与IoT 技术联合应用于“智慧消防”仍然处于初步发展阶段，但其优势已经十分明显，具有较好的应用前景，如何更加深化二者在“智慧消防”领域的应用，值得业内各界继续探索和挖掘。

图1 设备录入与管理

图2 根据BIM 计算疏散路线

图3 现场设备实时报警与BIM 联动