基于室内GIS系统的单位消防安全管理设计与应用

万 军

基于室内GIS系统的单位消防安全管理设计与应用

万 军

现代建筑结构呈现出大型化及复杂化的趋势，这给单位建筑管理和消防日常管理工作带来了巨大的困难和挑战。本文提出了一种基于室内GIS系统的创新消防监督管理系统模式，主要从消防物联网+GIS系统、火灾风险评估系统和应急疏散规划三个方面，重点研究室内GIS系统在物业管理单位、消防部门及一般客户等不同角色间的应用转换。

物联网 室内GIS系统 火灾风险评估 人员疏散

1 研究意义

随着社会经济高速发展与科技的进步，现代建筑呈现出新颖化、大型化、综合化的发展趋势，大型商业综合体、展览中心、体育文娱场所等人员密集场所与日俱增，对单体建筑的容纳能力要求越来越高。但是，随着人员、物资的不断堆积，火灾风险也成几何倍数叠加，这无疑对当前消防监管工作提出了巨大的考验。

GIS（Geographical Information System，地理信息系统）是在计算机硬件、软件系统的支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[1]。具有以下几个方面特征：（1）采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；（2）空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，产生高层次的地理信息；（3）公共的地理定位能力，并且由计算机系统进行紧密组织，高效处理信息任务。

依托GIS技术在空间实现上的解决能力，可以优化日常监督管理模式，提前规划应急疏散路线以及辅助部署开展灭火救援行动，对消防各类防灭火业务工作具有较强的指导意义。

2 研究内容

本文主要从消防物联网技术、火灾风险评估和应急疏散规划三个方面，研究室内GIS系统在物业管理单位、消防部门及一般客户三个角色中的应用。同时，结合GIS系统直观可视的特点，依托前端物联网感知技术自动采集获取的数据资源进行上图展示，并利用GIS的分析标记功能，发布统一的地理信息服务应用平台，为消防部门开展建筑日常管理、设施维护、应急疏散提供便利。

3 基于室内GIS系统的消防物联网应用

随着各类传感元件的不断升级，建筑物联网技术应用越发普及。随着智慧城市建设工作的不断深入，建筑消防设施联网监测平台正变得日趋完善。但纵观全国来看，尚未有城市实现将3S技术应用于建筑物联网消防设施管理中，这意味着在建筑物联网设施出现故障时，不能直观地查看故障点的空间位置详情，对于管理者来说，维护效率十分低下。因此，通过建立建筑消防设施物联网+GIS平台，让相关部门的管理人员通过GIS平台，以图形化方式实时查看建筑物联网消防设施工作状态以及所在的具体地理位置，能够让诊断建筑设施故障及维护变得更加便利、高效。

3.1 建筑设备物联网系统架构

建筑消防设施物联网架构分为三层：（1）感知与执行层。感知层通过RFID、LBS定位、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等技术识别消防设施并收集实时数据。建筑消防设施物联网感知层依照预定的协议，能够发送、传输、处理数据，主动提供服务，实现建筑内消防设施的信息交互。（2）网络平台层。网络平台层由互联网、设备专网、管理系统以及云计算信息服务平台等组成。该层将硬件设备感知到的建筑物内的各类数据通过通信网络传输至物联网信息控制中心，并进行计算、认证、比对和提供服务，实现信息汇聚、传输和处理。（3）应用层。该层主要基于B/S模式进行平台访问，在网页端、移动端上建立智能化的行业应用，实现消防设施监控、故障分析、能耗管理等功能。

目前，全国各级消防部队正普遍开展部署建筑设施联网监测系统，即应用物联网技术，将前端消防喷淋液位及烟感报警探测的信息转换为数字信号，向消防指挥中心值守人员发出预警指令提示，从而降低发生大型火灾的概率。以江苏为例，通过应用该平台，近一年来，准确预报一级重点单位火灾数量7起，大大降低了发生重特大火灾事故的比例。

3.2 GIS系统

GIS作为整个系统的核心，可对建筑的消防设施自动采集的数据进行管理、维护和更新，并提供一些基于地理信息系统应用的基础功能，例如：数据查询、空间分析等。可以利用GIS服务器对数据读取者进行安全等级划分，实现用户分级管理；同时，可对不同用户开放不同数据权限，例如对建筑管理单位开放数据读取、修改和更新的权限，对消防部门开放数据审批、修改权限；对一般用户只开放数据读取权限，或仅开放部分服务数据，确保数据安全。

将物联网技术叠加于GIS平台，为各级消防用户提供可视化的展现效果，比单纯应用物联网数据所呈现出的效果更直观。为了提供快捷的GIS服务，本文主要研究通过ArcGIS等通用性电子地图软件建立Web GIS平台，并围绕建筑消防设施管理的实际需要将相关数据图层点位信息叠加上图。其中，数据库部分用于储存所有建筑消防设施或器材的实时状态，包括建筑物内的火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、室内消火栓、防排烟系统、灭火器等。同时，对每个系统又可以对其内部组成进行细分，形成一系列的监控目标，对目标状态情况进行数字化的储存建库。

4 基于室内GIS的建筑内部火灾风险评估系统

近年来，基于GIS系统的火灾风险评估研究一直不断深入，但大部分都是基于较大区域内的火灾风险进行评估分析，对于建筑内部的火灾风险评估研究较少。目前，消防部门和物业单位对建筑的监督检查和日常巡查，判断建筑内各部位的火灾风险强度主要依靠监督员和巡查人员的主观判断，缺乏客观性和针对性。这就造成在监督或巡查过程中，人员或者进行全面的检查，或者随机性展开检查，但受到时间和人员本身知识水平的限制，导致这种检查方法存在缺陷。

GIS平台提供了一个快捷有效掌控城市地理和地物信息的数字化工具，直观为消防部门开展辅助决策提供空间信息支撑，同时，利用平台进行火灾风险评估。此部分应用通过参照系统生成评估结果和决策生成，消防部门可结合实际进行有针对性的执法和检查。

本部分系统以室内GIS系统为平台，利用建筑内部属性数据和空间数据进行火灾风险评估，确定建筑内的重点部位，根据风险等级开展分频次分重点的监督检查和日常巡查。

4.1 建筑火灾风险评估方法

火灾风险评估的目标是发现、识别和描述火灾风险，并为火灾风险提供评价体系。火灾风险评估一般包括以下步骤，包括确定评定目标、评定指标、危险源和隐患，对各种场景下的后果和概率进行分析，并进行各种场景下的风险评估[2]。在某些情况下，火灾风险评估可能被扩展，包括对减少风险的措施进行评估，这些也是风险管理的组成部分。

4.1.1 风险评估的目标、指标和阈值

在风险评估过程中，确定风险评估的目标是十分重要的一步，以火灾为例，目标可以确定为无人员伤亡、无财产损失、控制火灾蔓延等。对于消防设施来说，目标可以是建筑内设施，全部或部分设施，是否影响局部运营等情况，这将直接影响评估的结果。

4.1.2 危险、事件和场景确定

危险源即可能导致风险评估确定目标发生损害的条件或状态[3]。通过危险源和隐患的评估可以确定一系列火灾场景。火灾场景是一种定性化的火灾描述，其包括火灾从初始状态到熄灭的全过程，并利用人员伤亡和财产损失程度来确定该场景的风险等级。

4.1.3 频率分析、后果分析和数据

利用数学分析方法或计算机进行模拟。可以通过火灾场景的数据进行分析，也可以使用火灾历史数据。通过聚类算法从相似建筑获取有效信息。

4.2 基于室内GIS的建筑内部火灾风险评估应用

对火灾风险评估结果的可视化表达才能使系统的使用更为广泛。将火灾风险评估的各类数据直观展现在数字地图上，根据一定的规约，将评估结果进行分层、分级、分类，用不同的颜色代表不同的风险等级，以此将风险评估数据库、专题模型数据库与GIS系统联系起来。

整个系统主要包括风险评估体系管理、评估权重维护、火灾风险评估、火灾风险专题图、综合信息服务等多个模块。

风险评估体系管理模块主要是对火灾风险评估体系中各指标的名称、所属层级、对应权重进行增添、删除、修改和编辑。

评估权重维护模块主要功能在于管理评估权重数据，如对机器学习数据进行查看、回溯等操作。可以根据机器学习结果与现实进行对比，重新对整个体系进行维护、升级。

风险评估模块主要功能是依据评估模型，快速处理收集到的各类数据，并且对海量数据进行机器学习，实现建筑内火灾风险评估智能化、自动化。根据数据关联关系的大量迭代，进而参照评估模型对数据进行计算，自动进行风险评估。

火灾风险专题图模块主要功能是将评估结果进行专题化、可视化展示。将火灾隐患的各类要素在地图上对应区域显示，为防火救灾、预知预警等提供辅助决策。

综合信息服务模块的主要功能是对整个系统的相关信息进行综合查询，为整个平台提供数据交互服务。为平台以及各类系统、用户提供包括建筑内各部位或商铺名称、相应的消防安全责任人、对应的火灾风险等级、各评价指标等多种信息服务。

5 基于室内GIS的应急疏散规划应用

不同于当前室外GIS的应急救援规划，该系统综合室内GIS、建筑设备物联网和建筑内部火灾风险评估的数据，通过机器学习和模型算法实现对室内灾害现场事件分布的快速绘制、合理的疏散路径提供和进攻路径分析等功能，同时民众利用该系统还可以对非灾害事故地点建筑疏散路径进行查询和请求救援。

5.1 火灾事故监测模块

通过对建筑物消防联网设施报警和监控等数据的实时分析，结合建筑物火灾特性分析，实时监控火灾事件的位置、燃烧速度、方向以及蔓延状态等，调查人员行进动态，及时反馈火灾的程度，在GIS地图上快速绘制形成火灾事件的动态分布图。

5.2 应急疏散分析模块

结合当前已有的建筑物火灾事故模型中的灾害预测模拟分析结果和火灾事件的动态分布图，根据建筑物结构和疏散人员密度等特点，提供合理的疏散路径分析。

5.3 应急指挥调度模块

消防作战指挥人员通过该系统可以调查人员和车辆装备状态信息、途经路线的状况、现场的灾情信息、起火建筑物的信息等，实施最佳进攻路线规划、救援物资的合理调度，实时调配人员及车辆，从而实现救援力量的及时行动和合理布局。

5.4 应急公共服务模块

民众通过该系统可以对建筑物包括人群分布热力图、重要应急设施、消防通道动态管理以及疏散路径等信息的查询，可以自行定义疏散路径和出口或请求救援，社会单位可以通过该系统实现单位内部应急救援的管理和培训。

6 总结

基于物联网与GIS技术相结合的单位消防管理系统可以在人员密集场所、大型活动安保、大型化工园区等应用场合提供有效的信息支撑。对于其内部消防安全管理、灾害预案演练、人员应急疏散、现场救援指挥提供科学指导，切实有效地提高火灾防控能力。

本文通过室内GIS系统与物联网、火灾风险评估及人员应急疏散等应用，来进一步说明了研究室内GIS系统的必要性和可行性，这些技术是推进数字城市、智慧城市建设的重要技术手段，从室外空间走向室内空间是今后GIS系统应用发展的必然趋势，这为明确单位主体责任，优化监督管理模式，处置突发事件等提供了一个全新的平台，对辅助决策有重要意义。

作者单位：南京市公安消防支队

[1]杜琨, 魏东. GIS在消防领域中的应用探析[J]. 中国公共安全(学术版), 2015,(01): 70-74.

[2]田宏, 唐艳艳,布赖恩·米查姆. 关于建筑火灾风险评估方法[J]. 消防技术与产品信息, 2014,(02): 71-75.

[3]钟少波,陈涛. 突发事件危险源管理刍议[J]. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版), 2016,(01): 518-521+525.