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環(huán)節(jié)。2017年10月10日，公安部發(fā)布了《關(guān)于全面推進“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，意見要求，2018年底，地級以上城市建成消防物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，充分運用大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)，建設(shè)基于“大數(shù)據(jù)”“一張圖”的實戰(zhàn)指揮平臺，全面提高消防工作科技化、信息化、智能化水平，實現(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；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)信息收集、分析、傳輸、判斷。這些特點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)是在計算機科學(xué)技術(shù)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)上發(fā)展而來的，以建筑信息模型為基礎(chǔ)的多維信息集成技術(shù)。BIM 集成了項目設(shè)計、施工、運維等各階段的工程信息，通過數(shù)字仿真模擬建筑物所具有的真實信息。

隨著BIM 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，將其集成到智慧消防管理平臺中，可為管理者提供任意角度瀏覽查看的“上帝視角”，進行全方位、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，最終實現(xiàn)智能化識別、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)測等工作，因此近年來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)場環(huán)境實時信息，還能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，判斷現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)是否存在異常，提前發(fā)現(xiàn)消防隱患問題做到“防患于未然”。

2.3 BIM 與IoT 技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)是消防系統(tǒng)的“感知神經(jīng)”，而BIM 可通過數(shù)字化模擬真實再現(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)用可實現(xiàn)虛擬信息與實體硬件之間的有機融合，幫助消防系統(tǒng)對外界環(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)建一個信息交換和共享的協(xié)同運作系統(tǒng)，幫助管理者實現(xiàn)更高效的日常運維和更科學(xué)的應(yīng)急指揮管理。

3 智慧消防管理平臺設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多維度BIM 庫

隨著社會經(jīng)濟和建筑技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來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)管維護依據(jù)。

BIM 模型庫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

按照設(shè)計圖、設(shè)計說明及詳細(xì)注釋，對建筑外墻面、內(nèi)墻、柱、窗進行精細(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能夠被觀察到的裝飾、照明、吊頂、硬裝等，主要表達(dá)項目室內(nèi)裝修設(shè)計的內(nèi)容。

（2）消防設(shè)施設(shè)備模型庫

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)備全部制作獨立的模型，建立消防設(shè)備模型構(gòu)件庫，例如消火栓、信號閥、聲光報警器、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，其本身并無法記錄傳感器的具體屬性信息，因此在通過BIM 軟件建模時，需要同步建立BIM 屬性庫（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”中都有與之對應(yīng)的模型構(gòu)件，通過唯一的識別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 實現(xiàn)了立體的可視化查詢和管理，而BIM 也不再只是靜態(tài)的三維模型，能夠與真實監(jiān)測數(shù)據(jù)實時聯(lián)動，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的統(tǒng)一。

4 基于BIM 和IoT 技術(shù)的智慧消防平臺

本文基于Cesium 和HTML5 建立了基于BIM+GIS 的三維基礎(chǔ)平臺，并結(jié)合IoT中臺關(guān)聯(lián)前端智慧消防實時監(jiān)測設(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。

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，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，并可對模型進行分組或分層管理，實現(xiàn)模型剖切、模型過濾、分組顯示等功能。

4.2 設(shè)備管理

通過BIM 建立消防設(shè)備模型庫，參照消防設(shè)施布置圖結(jié)合實地踏勘，確定所有消防設(shè)備的精確位置，在三維平臺中加載對應(yīng)的設(shè)備模型?？射浫牖蛐薷脑O(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)屬機構(gòu)、設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場照片等。

BIM 設(shè)備模型與IoT 中臺進行關(guān)聯(lián)后，可獲取設(shè)備的實時信息。例如，電器火災(zāi)設(shè)備，可查詢到實時監(jiān)測值、電流、電壓等信息。通過BIM 實現(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、單一的疏散圖無法描述實際起火點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)起火位置實時生成疏散路徑、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)時性。

4.4 告警信息實時推送與展示

IoT 中臺接收到傳感器數(shù)據(jù)后首先進行處理和分析，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，需要立即啟動應(yīng)急模式。

出現(xiàn)隱患信息后，“智慧消防平臺”中會彈出隱患告警提示框，可查看詳細(xì)告警信息和設(shè)備運行信息與固有信息。視角自動跳轉(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)報警信息后，告警設(shè)備處出現(xiàn)火焰示意圖，標(biāo)識起火點位置；動態(tài)生成逃生路線和緊急出口圖標(biāo)；自動生成不同顏色的多邊形覆蓋樓層模型，用于區(qū)分起火點所在防火分區(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)案動畫。

5 結(jié)束語

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趨勢，消防安全管理面臨的形勢日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)通常是被動消防，常因為反應(yīng)遲緩而錯過最佳救援時間，給人民生命財產(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)和智能化管理平臺等來升級消防行業(yè)迫在眉睫。本文通過實際案例介紹了目前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，通過將BIM 與IoT 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)集成，實現(xiàn)了可視化的設(shè)備運維、應(yīng)急預(yù)案和告警監(jiān)測，有效提高了日常維護和應(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 計算疏散路線

圖3 現(xiàn)場設(shè)備實時報警與BIM 聯(lián)動