基于室內(nèi)GIS的消防安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、GIS、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的整合應(yīng)用，設(shè)計(jì)和構(gòu)建了一套消防管理系統(tǒng)，提出了基于室內(nèi)GIS的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行分析，提出應(yīng)急疏散規(guī)劃設(shè)計(jì)策略，旨在提高建筑物消防安全管理水平。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)GIS；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；消防安全管理

中圖分類(lèi)號(hào)：D035.36" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）01-0086-03

火災(zāi)是威脅公共安全的重要因素之一，尤其是在建筑物密集的城市環(huán)境中，火災(zāi)的防控和應(yīng)急響應(yīng)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的消防管理模式已難以滿(mǎn)足現(xiàn)代建筑的需求，因此，基于室內(nèi)GIS的消防安全管理設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。該設(shè)計(jì)利用先進(jìn)的技術(shù)手段，如物聯(lián)網(wǎng)、GIS和大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)評(píng)估和高效的應(yīng)急疏散規(guī)劃。通過(guò)室內(nèi)GIS系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部環(huán)境的精確建模和實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提升火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急響應(yīng)能力。

1 基于室內(nèi)GIS的消防物聯(lián)網(wǎng)

1.1" 室內(nèi)GIS系統(tǒng)

室內(nèi)GIS系統(tǒng)主要是用于處理室內(nèi)空間數(shù)據(jù)的一種地理信息系統(tǒng)，包括地圖創(chuàng)建、管理和分析以及空間數(shù)據(jù)的可視化和應(yīng)用等功能，該系統(tǒng)一般依托三維建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于室內(nèi)空間的全方位展示與管理[1]。例如，通過(guò)BIM與GIS的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化的三維表達(dá)，以此從微觀與宏觀層面提供更加全面的空間信息。與此同時(shí)，室內(nèi)GIS系統(tǒng)在管理建筑物內(nèi)的空間資源上能夠發(fā)揮重要作用，比如資產(chǎn)定位、維護(hù)跟蹤和使用模式分析；通過(guò)運(yùn)用室內(nèi)地圖和定位技術(shù)，室內(nèi)GIS還可以為用戶(hù)找尋目的地提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航服務(wù)；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或地震等緊急情況時(shí)，室內(nèi)GIS系統(tǒng)能夠提供相應(yīng)的逃生路徑規(guī)劃與應(yīng)急響應(yīng)支持。

1.2nbsp; 建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)主要如下：

1）感知層。感知層主要由各類(lèi)傳感器和智能終端組成，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)收集物理世界的原始數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供后續(xù)處理，在實(shí)際應(yīng)用中負(fù)責(zé)采集建筑物內(nèi)的溫濕度、光照和安防信息等一系列數(shù)據(jù)，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)[2]。

2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)運(yùn)用Wi-Fi、ZigBee、LoRa等通信技術(shù)或者以太網(wǎng)、光纖等有線通信技術(shù)，保證相關(guān)數(shù)據(jù)可以在不同設(shè)備之間高效、可靠地傳輸，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要負(fù)責(zé)將感知層所收集到的數(shù)據(jù)信息傳遞至數(shù)據(jù)處理層，可以將其理解為感知層與應(yīng)用層之間的橋梁。

3）數(shù)據(jù)處理層。數(shù)據(jù)處理層一般依托云計(jì)算平臺(tái)或邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析，在實(shí)際應(yīng)用中主要是對(duì)從網(wǎng)絡(luò)層傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，為智能建筑決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

4）應(yīng)用層。應(yīng)用層包含智能照明、安防監(jiān)控、能源管理等智能控制和管理功能[3]，主要將數(shù)據(jù)處理層分析后的信息應(yīng)用于實(shí)際的智能建筑管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)建筑物的設(shè)備和系統(tǒng)的智能化管控，通過(guò)這一層次可以有效提高建筑的運(yùn)營(yíng)效率和用戶(hù)體驗(yàn)。

2 基于室內(nèi)GIS的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1" 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目標(biāo)和指標(biāo)

在對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，首先要從整體上明確評(píng)估目標(biāo)，比如確保無(wú)人員傷亡，無(wú)財(cái)產(chǎn)損失或控制火災(zāi)蔓延等。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需建立健全評(píng)估指標(biāo)體系，主要包括以下3個(gè)方面：

1）火災(zāi)發(fā)生的可能性。通過(guò)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、人員密度、火源分布等因素進(jìn)行分析，來(lái)評(píng)估火災(zāi)發(fā)生的概率[4]。例如，分析易燃物品的儲(chǔ)存情況、電氣設(shè)備的使用情況以及違規(guī)用火等人為因素，對(duì)火災(zāi)發(fā)生的可能性進(jìn)行評(píng)估。

2）火災(zāi)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)的潛在威脅程度。通過(guò)分析建筑物的耐火等級(jí)、疏散通道的設(shè)置、消防設(shè)施的配備情況等因素，對(duì)一旦發(fā)生火災(zāi)后可能的人員和財(cái)產(chǎn)損害程度進(jìn)行評(píng)估。

3）現(xiàn)有防火措施的有效性。對(duì)現(xiàn)有滅火設(shè)施的適宜性和適應(yīng)性、建筑的疏散能力和防災(zāi)措施等因素進(jìn)行分析，以此評(píng)估相關(guān)措施能否實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的有效降低和控制。

2.2" 危險(xiǎn)源識(shí)別與場(chǎng)景分析

在GIS技術(shù)的支持下，可通過(guò)可視化的形式呈現(xiàn)出危險(xiǎn)源在建筑物內(nèi)的具體位置，在此基礎(chǔ)上結(jié)合建筑物的使用情況和人員分布情況，構(gòu)建和模擬出從火災(zāi)發(fā)生到完全熄滅的一系列過(guò)程場(chǎng)景，并根據(jù)模擬結(jié)果中的損害程度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行確定[5]。除此之外，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可以利用GIS系統(tǒng)對(duì)起火點(diǎn)做出快速、精準(zhǔn)定位，通過(guò)對(duì)建筑物內(nèi)部的易燃材料分布、建筑材料的熱阻、門(mén)窗位置等因素的全面分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)于火災(zāi)蔓延趨勢(shì)的有效預(yù)測(cè)。

2.3" 風(fēng)險(xiǎn)分析與計(jì)算

在識(shí)別危險(xiǎn)源和火災(zāi)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，要對(duì)一系列場(chǎng)景的發(fā)生概率以及所引發(fā)的后果進(jìn)行分析。在實(shí)際應(yīng)用中，依托聚類(lèi)算法等數(shù)學(xué)模型通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)源、火災(zāi)場(chǎng)景的模擬得到有效的數(shù)據(jù)信息[6]。與此同時(shí)，利用GIS技術(shù)對(duì)建筑物內(nèi)部的疏散路徑和消防設(shè)施的覆蓋范圍進(jìn)行全面分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同火災(zāi)場(chǎng)景下疏散能力以及滅火效率等方面的有效評(píng)估。

2.4" 風(fēng)險(xiǎn)控制與改進(jìn)措施

基于歷史數(shù)據(jù)并結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，GIS可以對(duì)潛在的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，并為消防工作的科學(xué)決策提供強(qiáng)有力的支持[7]，比如，根據(jù)實(shí)際情況合理增加或改善消防設(shè)施、定期檢查電氣設(shè)備等。GIS技術(shù)可以模擬這些改進(jìn)措施的效果，幫助決策者選擇最經(jīng)濟(jì)有效的方案。

3 基于室內(nèi)GIS的應(yīng)急疏散規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1" 火災(zāi)事故監(jiān)測(cè)模塊

火災(zāi)事故監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)建筑物內(nèi)的消防聯(lián)網(wǎng)設(shè)施報(bào)警和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合建筑物火災(zāi)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。該模塊利用GIS地圖技術(shù)，可以快速繪制出火災(zāi)事件的動(dòng)態(tài)分布圖，并實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)的位置、燃燒速度、方向及蔓延狀態(tài)等信息。具體而言，GIS技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用能夠提供準(zhǔn)確的地理信息和三維立體火情實(shí)況圖，幫助消防員了解火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，并進(jìn)行有效的指揮調(diào)度[8]。通過(guò)GIS系統(tǒng)，消防指揮中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)控火情的蔓延，并根據(jù)火場(chǎng)的實(shí)時(shí)影像和地理位置數(shù)據(jù)調(diào)配救援力量。此外，GIS系統(tǒng)還可以模擬火災(zāi)蔓延的可能路徑，為制定疏散計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)。

火災(zāi)監(jiān)測(cè)模塊還結(jié)合了多種先進(jìn)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)智能化的火災(zāi)預(yù)警和管理。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，且優(yōu)化了消防資源的配置。例如，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)并結(jié)合人工智能算法，系統(tǒng)能夠評(píng)估和預(yù)測(cè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并在數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。

3.2" 應(yīng)急疏散分析模塊

結(jié)合火災(zāi)事故模型中的災(zāi)害預(yù)測(cè)模擬分析結(jié)果和火災(zāi)事件的動(dòng)態(tài)分布圖，以根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)和疏散人員密度等特點(diǎn)，提供合理的疏散路徑分析，進(jìn)而在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，為人員提供最佳的逃生路線，減少傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

本方案設(shè)計(jì)中，利用三維建筑信息模型（BIM），結(jié)合火災(zāi)動(dòng)態(tài)特征，發(fā)展了室內(nèi)火災(zāi)動(dòng)態(tài)疏散的三維空間逃生分析工具，通過(guò)語(yǔ)義化的空間描述和動(dòng)態(tài)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，幫助在復(fù)雜環(huán)境中選擇安全有效的疏散路徑。

3.3" 應(yīng)急指揮調(diào)度模塊

基于應(yīng)急指揮調(diào)度模塊，可以通過(guò)對(duì)人員和車(chē)輛裝備的狀態(tài)信息、途經(jīng)路線的狀況以及現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情信息的實(shí)時(shí)掌握，為規(guī)劃最優(yōu)路線以及調(diào)配人員、車(chē)輛和相關(guān)物資提供有力支持，提高指揮調(diào)度行動(dòng)的科學(xué)性與可靠性。應(yīng)急指揮調(diào)度模塊的主要功能如下：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。利用傳感器、攝像頭等設(shè)備對(duì)災(zāi)情數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和資源狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對(duì)消防車(chē)的位置和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證全面掌握突發(fā)事件的實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上合理調(diào)度消防車(chē)輛。

2）資源調(diào)度與管理。通過(guò)對(duì)人員、裝備和物資等救援資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，讓上述各類(lèi)資源能夠按照實(shí)際需求得到更加科學(xué)的分配，通過(guò)資源的優(yōu)化配置來(lái)提高救援效率、增強(qiáng)救援能力。

3）決策支持與指揮協(xié)調(diào)。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和情報(bào)的分析，為指揮工作提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。與此同時(shí)，在跨部門(mén)、跨地區(qū)的指揮調(diào)度和信息共享的支持下，不同主體之間能夠開(kāi)展更加科學(xué)高效的協(xié)同配合活動(dòng)。

4）通信與信息傳遞。通過(guò)對(duì)語(yǔ)音、視頻、短信等一系列通信方式的集成，為多方的實(shí)時(shí)溝通與協(xié)作提供通信支持，保證相關(guān)信息傳遞的時(shí)效性，在此基礎(chǔ)上為指揮決策的執(zhí)行與落實(shí)提供保障。

5）災(zāi)情分析與路線規(guī)劃。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情的實(shí)際情況，在全面深入分析的基礎(chǔ)上生成最優(yōu)的進(jìn)攻路線，為后續(xù)的資源調(diào)度和救援等指揮工作提供支持。

6）應(yīng)急演練與培訓(xùn)。通過(guò)對(duì)應(yīng)急事件場(chǎng)景的全面模擬，制定相應(yīng)的應(yīng)急演練和培訓(xùn)方案，進(jìn)而不斷增強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)能力。

3.4" 應(yīng)急公共服務(wù)模塊

應(yīng)急公共服務(wù)模塊能夠?qū)崟r(shí)采集和分析建筑物內(nèi)的人群分布情況，通過(guò)熱力圖的形式展示人群密度，幫助用戶(hù)了解當(dāng)前建筑物內(nèi)的人群分布情況。同時(shí)，該模塊提供對(duì)建筑物內(nèi)重要應(yīng)急設(shè)施的查詢(xún)功能，包括消防設(shè)施、避難場(chǎng)所等；實(shí)時(shí)監(jiān)控消防通道的狀態(tài)，確保通道暢通無(wú)阻。在火災(zāi)等緊急情況下，消防通道的暢通是至關(guān)重要的，因此該功能可以有效避免因通道堵塞導(dǎo)致的疏散延誤。另外，用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)自行定義疏散路徑和出口，系統(tǒng)還支持根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如人群密度、火災(zāi)蔓延情況等）動(dòng)態(tài)調(diào)整疏散路徑，以提高疏散效率和安全性。

4 技術(shù)應(yīng)用前景

基于室內(nèi)GIS的消防安全管理具有良好的應(yīng)用前景，具體如下：

1）三維建模與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。室內(nèi)GIS系統(tǒng)能夠?qū)⒔ㄖ飶亩S平面圖轉(zhuǎn)換為三維模型，結(jié)合BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部空間的精確建模和分析。三維模型不僅能夠用于日常的建筑管理，且能在火災(zāi)等緊急情況下提供更加準(zhǔn)確的疏散路徑規(guī)劃。

2）動(dòng)態(tài)疏散路徑優(yōu)化。傳統(tǒng)的靜態(tài)疏散路徑規(guī)范方法已無(wú)法充分滿(mǎn)足實(shí)際需求，基于室內(nèi)GIS的系統(tǒng)可以發(fā)揮實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)疏散路徑做出動(dòng)態(tài)調(diào)整及優(yōu)化，在復(fù)雜的火災(zāi)環(huán)境下可以生成最優(yōu)逃生路線。

3）多源數(shù)據(jù)融合與智能決策支持。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳感器、BIM模型和GIS數(shù)據(jù)的整合應(yīng)用，全面感知和深入分析建筑物的內(nèi)部環(huán)境，以此實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的有效融合，進(jìn)而為應(yīng)急指揮工作提供強(qiáng)有力的智能決策支持，對(duì)于提升救援工作效率及質(zhì)量具有重要意義。

4）公眾參與與教育。在系統(tǒng)功能的支持下，公眾可以了解建筑物內(nèi)部的疏散路徑以及安全出口位置，在提升自身安全意識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)災(zāi)情場(chǎng)景下的自救能力。除此之外，社會(huì)單位依托該系統(tǒng)開(kāi)展應(yīng)急演練和相關(guān)培訓(xùn)活動(dòng)，從整體上增強(qiáng)單位本身的應(yīng)急響應(yīng)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于室內(nèi)GIS的消防安全管理設(shè)計(jì)為現(xiàn)代建筑消防安全建設(shè)提供了全新視角。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、GIS和大數(shù)據(jù)技術(shù)的整合應(yīng)用，該系統(tǒng)既可以精準(zhǔn)評(píng)估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，還可以為消防規(guī)劃和應(yīng)急處置提供重要指導(dǎo)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在未來(lái)的研究工作中將引入更加先進(jìn)的分析工具和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，以此不斷提升火災(zāi)預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)程度，為不同建筑的消防管理和救援工作提供個(gè)性化、針對(duì)性的支持。

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