萬 軍

基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的單位消防安全管理設(shè)計(jì)與應(yīng)用

萬 軍

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出大型化及復(fù)雜化的趨勢，這給單位建筑管理和消防日常管理工作帶來了巨大的困難和挑戰(zhàn)。本文提出了一種基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的創(chuàng)新消防監(jiān)督管理系統(tǒng)模式，主要從消防物聯(lián)網(wǎng)+GIS系統(tǒng)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)和應(yīng)急疏散規(guī)劃三個(gè)方面，重點(diǎn)研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)在物業(yè)管理單位、消防部門及一般客戶等不同角色間的應(yīng)用轉(zhuǎn)換。

物聯(lián)網(wǎng) 室內(nèi)GIS系統(tǒng) 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估 人員疏散

1 研究意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與科技的進(jìn)步，現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)出新穎化、大型化、綜合化的發(fā)展趨勢，大型商業(yè)綜合體、展覽中心、體育文娛場所等人員密集場所與日俱增，對單體建筑的容納能力要求越來越高。但是，隨著人員、物資的不斷堆積，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也成幾何倍數(shù)疊加，這無疑對當(dāng)前消防監(jiān)管工作提出了巨大的考驗(yàn)。

GIS（Geographical Information System，地理信息系統(tǒng)）是在計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)的支持下，對現(xiàn)實(shí)世界（資源與環(huán)境）的研究和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)[1]。具有以下幾個(gè)方面特征：（1）采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力；（2）空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測的能力，產(chǎn)生高層次的地理信息；（3）公共的地理定位能力，并且由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行緊密組織，高效處理信息任務(wù)。

依托GIS技術(shù)在空間實(shí)現(xiàn)上的解決能力，可以優(yōu)化日常監(jiān)督管理模式，提前規(guī)劃應(yīng)急疏散路線以及輔助部署開展滅火救援行動，對消防各類防滅火業(yè)務(wù)工作具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2 研究內(nèi)容

本文主要從消防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估和應(yīng)急疏散規(guī)劃三個(gè)方面，研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)在物業(yè)管理單位、消防部門及一般客戶三個(gè)角色中的應(yīng)用。同時(shí)，結(jié)合GIS系統(tǒng)直觀可視的特點(diǎn)，依托前端物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)自動采集獲取的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行上圖展示，并利用GIS的分析標(biāo)記功能，發(fā)布統(tǒng)一的地理信息服務(wù)應(yīng)用平臺，為消防部門開展建筑日常管理、設(shè)施維護(hù)、應(yīng)急疏散提供便利。

3 基于室內(nèi)GIS系統(tǒng)的消防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

隨著各類傳感元件的不斷升級，建筑物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用越發(fā)普及。隨著智慧城市建設(shè)工作的不斷深入，建筑消防設(shè)施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺正變得日趨完善。但縱觀全國來看，尚未有城市實(shí)現(xiàn)將3S技術(shù)應(yīng)用于建筑物聯(lián)網(wǎng)消防設(shè)施管理中，這意味著在建筑物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施出現(xiàn)故障時(shí)，不能直觀地查看故障點(diǎn)的空間位置詳情，對于管理者來說，維護(hù)效率十分低下。因此，通過建立建筑消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)+GIS平臺，讓相關(guān)部門的管理人員通過GIS平臺，以圖形化方式實(shí)時(shí)查看建筑物聯(lián)網(wǎng)消防設(shè)施工作狀態(tài)以及所在的具體地理位置，能夠讓診斷建筑設(shè)施故障及維護(hù)變得更加便利、高效。

3.1 建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

建筑消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分為三層：（1）感知與執(zhí)行層。感知層通過RFID、LBS定位、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等技術(shù)識別消防設(shè)施并收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。建筑消防設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)感知層依照預(yù)定的協(xié)議，能夠發(fā)送、傳輸、處理數(shù)據(jù)，主動提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)消防設(shè)施的信息交互。（2）網(wǎng)絡(luò)平臺層。網(wǎng)絡(luò)平臺層由互聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備專網(wǎng)、管理系統(tǒng)以及云計(jì)算信息服務(wù)平臺等組成。該層將硬件設(shè)備感知到的建筑物內(nèi)的各類數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)信息控制中心，并進(jìn)行計(jì)算、認(rèn)證、比對和提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息匯聚、傳輸和處理。（3）應(yīng)用層。該層主要基于B/S模式進(jìn)行平臺訪問，在網(wǎng)頁端、移動端上建立智能化的行業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)施監(jiān)控、故障分析、能耗管理等功能。

目前，全國各級消防部隊(duì)正普遍開展部署建筑設(shè)施聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，即應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將前端消防噴淋液位及煙感報(bào)警探測的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，向消防指揮中心值守人員發(fā)出預(yù)警指令提示，從而降低發(fā)生大型火災(zāi)的概率。以江蘇為例，通過應(yīng)用該平臺，近一年來，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)一級重點(diǎn)單位火災(zāi)數(shù)量7起，大大降低了發(fā)生重特大火災(zāi)事故的比例。

3.2 GIS系統(tǒng)

GIS作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，可對建筑的消防設(shè)施自動采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)和更新，并提供一些基于地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)功能，例如：數(shù)據(jù)查詢、空間分析等。可以利用GIS服務(wù)器對數(shù)據(jù)讀取者進(jìn)行安全等級劃分，實(shí)現(xiàn)用戶分級管理；同時(shí)，可對不同用戶開放不同數(shù)據(jù)權(quán)限，例如對建筑管理單位開放數(shù)據(jù)讀取、修改和更新的權(quán)限，對消防部門開放數(shù)據(jù)審批、修改權(quán)限；對一般用戶只開放數(shù)據(jù)讀取權(quán)限，或僅開放部分服務(wù)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)安全。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)疊加于GIS平臺，為各級消防用戶提供可視化的展現(xiàn)效果，比單純應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的效果更直觀。為了提供快捷的GIS服務(wù)，本文主要研究通過ArcGIS等通用性電子地圖軟件建立Web GIS平臺，并圍繞建筑消防設(shè)施管理的實(shí)際需要將相關(guān)數(shù)據(jù)圖層點(diǎn)位信息疊加上圖。其中，數(shù)據(jù)庫部分用于儲存所有建筑消防設(shè)施或器材的實(shí)時(shí)狀態(tài)，包括建筑物內(nèi)的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓、防排煙系統(tǒng)、滅火器等。同時(shí)，對每個(gè)系統(tǒng)又可以對其內(nèi)部組成進(jìn)行細(xì)分，形成一系列的監(jiān)控目標(biāo)，對目標(biāo)狀態(tài)情況進(jìn)行數(shù)字化的儲存建庫。

4 基于室內(nèi)GIS的建筑內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)

近年來，基于GIS系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究一直不斷深入，但大部分都是基于較大區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估分析，對于建筑內(nèi)部的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究較少。目前，消防部門和物業(yè)單位對建筑的監(jiān)督檢查和日常巡查，判斷建筑內(nèi)各部位的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度主要依靠監(jiān)督員和巡查人員的主觀判斷，缺乏客觀性和針對性。這就造成在監(jiān)督或巡查過程中，人員或者進(jìn)行全面的檢查，或者隨機(jī)性展開檢查，但受到時(shí)間和人員本身知識水平的限制，導(dǎo)致這種檢查方法存在缺陷。

GIS平臺提供了一個(gè)快捷有效掌控城市地理和地物信息的數(shù)字化工具，直觀為消防部門開展輔助決策提供空間信息支撐，同時(shí)，利用平臺進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。此部分應(yīng)用通過參照系統(tǒng)生成評估結(jié)果和決策生成，消防部門可結(jié)合實(shí)際進(jìn)行有針對性的執(zhí)法和檢查。

本部分系統(tǒng)以室內(nèi)GIS系統(tǒng)為平臺，利用建筑內(nèi)部屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，確定建筑內(nèi)的重點(diǎn)部位，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級開展分頻次分重點(diǎn)的監(jiān)督檢查和日常巡查。

4.1 建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)、識別和描述火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)提供評價(jià)體系?；馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估一般包括以下步驟，包括確定評定目標(biāo)、評定指標(biāo)、危險(xiǎn)源和隱患，對各種場景下的后果和概率進(jìn)行分析，并進(jìn)行各種場景下的風(fēng)險(xiǎn)評估[2]。在某些情況下，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估可能被擴(kuò)展，包括對減少風(fēng)險(xiǎn)的措施進(jìn)行評估，這些也是風(fēng)險(xiǎn)管理的組成部分。

4.1.1 風(fēng)險(xiǎn)評估的目標(biāo)、指標(biāo)和閾值

在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，確定風(fēng)險(xiǎn)評估的目標(biāo)是十分重要的一步，以火災(zāi)為例，目標(biāo)可以確定為無人員傷亡、無財(cái)產(chǎn)損失、控制火災(zāi)蔓延等。對于消防設(shè)施來說，目標(biāo)可以是建筑內(nèi)設(shè)施，全部或部分設(shè)施，是否影響局部運(yùn)營等情況，這將直接影響評估的結(jié)果。

4.1.2 危險(xiǎn)、事件和場景確定

危險(xiǎn)源即可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評估確定目標(biāo)發(fā)生損害的條件或狀態(tài)[3]。通過危險(xiǎn)源和隱患的評估可以確定一系列火災(zāi)場景?；馂?zāi)場景是一種定性化的火災(zāi)描述，其包括火災(zāi)從初始狀態(tài)到熄滅的全過程，并利用人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失程度來確定該場景的風(fēng)險(xiǎn)等級。

4.1.3 頻率分析、后果分析和數(shù)據(jù)

利用數(shù)學(xué)分析方法或計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬?？梢酝ㄟ^火災(zāi)場景的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以使用火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)。通過聚類算法從相似建筑獲取有效信息。

4.2 基于室內(nèi)GIS的建筑內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估應(yīng)用

對火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的可視化表達(dá)才能使系統(tǒng)的使用更為廣泛。將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的各類數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)在數(shù)字地圖上，根據(jù)一定的規(guī)約，將評估結(jié)果進(jìn)行分層、分級、分類，用不同的顏色代表不同的風(fēng)險(xiǎn)等級，以此將風(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)庫、專題模型數(shù)據(jù)庫與GIS系統(tǒng)聯(lián)系起來。

整個(gè)系統(tǒng)主要包括風(fēng)險(xiǎn)評估體系管理、評估權(quán)重維護(hù)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)專題圖、綜合信息服務(wù)等多個(gè)模塊。

風(fēng)險(xiǎn)評估體系管理模塊主要是對火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估體系中各指標(biāo)的名稱、所屬層級、對應(yīng)權(quán)重進(jìn)行增添、刪除、修改和編輯。

評估權(quán)重維護(hù)模塊主要功能在于管理評估權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，如對機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、回溯等操作?？梢愿鶕?jù)機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行對比，重新對整個(gè)體系進(jìn)行維護(hù)、升級。

風(fēng)險(xiǎn)評估模塊主要功能是依據(jù)評估模型，快速處理收集到的各類數(shù)據(jù)，并且對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估智能化、自動化。根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的大量迭代，進(jìn)而參照評估模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，自動進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)專題圖模塊主要功能是將評估結(jié)果進(jìn)行專題化、可視化展示。將火災(zāi)隱患的各類要素在地圖上對應(yīng)區(qū)域顯示，為防火救災(zāi)、預(yù)知預(yù)警等提供輔助決策。

綜合信息服務(wù)模塊的主要功能是對整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行綜合查詢，為整個(gè)平臺提供數(shù)據(jù)交互服務(wù)。為平臺以及各類系統(tǒng)、用戶提供包括建筑內(nèi)各部位或商鋪名稱、相應(yīng)的消防安全責(zé)任人、對應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級、各評價(jià)指標(biāo)等多種信息服務(wù)。

5 基于室內(nèi)GIS的應(yīng)急疏散規(guī)劃應(yīng)用

不同于當(dāng)前室外GIS的應(yīng)急救援規(guī)劃，該系統(tǒng)綜合室內(nèi)GIS、建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)和建筑內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和模型算法實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)災(zāi)害現(xiàn)場事件分布的快速繪制、合理的疏散路徑提供和進(jìn)攻路徑分析等功能，同時(shí)民眾利用該系統(tǒng)還可以對非災(zāi)害事故地點(diǎn)建筑疏散路徑進(jìn)行查詢和請求救援。

5.1 火災(zāi)事故監(jiān)測模塊

通過對建筑物消防聯(lián)網(wǎng)設(shè)施報(bào)警和監(jiān)控等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，結(jié)合建筑物火災(zāi)特性分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)事件的位置、燃燒速度、方向以及蔓延狀態(tài)等，調(diào)查人員行進(jìn)動態(tài)，及時(shí)反饋火災(zāi)的程度，在GIS地圖上快速繪制形成火災(zāi)事件的動態(tài)分布圖。

5.2 應(yīng)急疏散分析模塊

結(jié)合當(dāng)前已有的建筑物火災(zāi)事故模型中的災(zāi)害預(yù)測模擬分析結(jié)果和火災(zāi)事件的動態(tài)分布圖，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。

5.3 應(yīng)急指揮調(diào)度模塊

消防作戰(zhàn)指揮人員通過該系統(tǒng)可以調(diào)查人員和車輛裝備狀態(tài)信息、途經(jīng)路線的狀況、現(xiàn)場的災(zāi)情信息、起火建筑物的信息等，實(shí)施最佳進(jìn)攻路線規(guī)劃、救援物資的合理調(diào)度，實(shí)時(shí)調(diào)配人員及車輛，從而實(shí)現(xiàn)救援力量的及時(shí)行動和合理布局。

5.4 應(yīng)急公共服務(wù)模塊

民眾通過該系統(tǒng)可以對建筑物包括人群分布熱力圖、重要應(yīng)急設(shè)施、消防通道動態(tài)管理以及疏散路徑等信息的查詢，可以自行定義疏散路徑和出口或請求救援，社會單位可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單位內(nèi)部應(yīng)急救援的管理和培訓(xùn)。

6 總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)相結(jié)合的單位消防管理系統(tǒng)可以在人員密集場所、大型活動安保、大型化工園區(qū)等應(yīng)用場合提供有效的信息支撐。對于其內(nèi)部消防安全管理、災(zāi)害預(yù)案演練、人員應(yīng)急疏散、現(xiàn)場救援指揮提供科學(xué)指導(dǎo)，切實(shí)有效地提高火災(zāi)防控能力。

本文通過室內(nèi)GIS系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估及人員應(yīng)急疏散等應(yīng)用，來進(jìn)一步說明了研究室內(nèi)GIS系統(tǒng)的必要性和可行性，這些技術(shù)是推進(jìn)數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)的重要技術(shù)手段，從室外空間走向室內(nèi)空間是今后GIS系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢，這為明確單位主體責(zé)任，優(yōu)化監(jiān)督管理模式，處置突發(fā)事件等提供了一個(gè)全新的平臺，對輔助決策有重要意義。

作者單位：南京市公安消防支隊(duì)

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