大型室内空间的可视化智慧消防逃生系统设计

周玥彤 张帅

基金项目：本文系湖南省普通高等学校教学改革重点项目“依托产学研多维融合的创意设计人才培养模式改革与实践”（编号：HNJG-2022-0087）

作者简介：周玥彤（2001.1-），女，汉族，河南新乡人，硕士研究生，研究方向：数字媒体艺术。

摘 要：随着城市化进程的加速和人口数量、建筑物数量的不断增加，火灾风险也相应地增加。尤其在大型公共空间，人流量大，空间结构复杂，一旦发生火灾，疏散和逃生难度大大增加。智慧消防作为一种创新性的思路，将科技手段与消防工作融合，使得消防工作更加智能化、高效化。本文专注于大型室内公共空间如商场中智慧消防逃生系统的设计，重点关注利用AI系统和大屏幕可视化技术，包括火灾动态预测、结构响应分析、疏散导航与路径规划。该系统把消防逃生方案可视化，不仅能快速获取各层人员的状况，还能在大屏幕上展示火灾程度和逃生方案，具有服务型机器人搜寻失散人员和移动支持与智能双向消防应急疏散照明灯的辅助，从而为消防人员和公众提供关键信息和指导。

关键词：可视化设计，智慧消防，服务设计，人工智能

1 前言

在当代建筑趋势中，高层化、大型化、多功能化及复杂化的特点日益明显，这些特性使得传统消防方法在火灾应对上显得缓慢且效率不高，一旦发生火灾，往往导致巨大的财产损失和人员伤亡[1]。因此，对于大型公共空间而言，实施一套完善的智慧消防火灾逃生系统显得尤为重要。

该系统通过大屏幕的可视化展示，向顾客提供实时火灾信息，有助于降低公众在火灾现场的恐慌心理。智慧消防火灾逃生系统的核心在于利用高科技手段，如传感器、数据分析和人工智能，实时监控火场情况，快速作出反应。它不仅提供火灾的详细信息，如火源位置、烟雾和火势扩散方向等，还能指导人们有效避开危险区域，如浓烟、有毒气体和高温区域，优化了火灾时的人员疏散路线。通过这种方式，系统能够显著提高逃生者的生存机会，并有效管理大规模人流的疏散，从而最大限度地减少火灾带来的伤亡和损失。

2智慧消防逃生系统的技术框架

2.1火灾探测、监测与结构响应分析

在智慧消防逃生系统的技术框架中，重要的一环是通过先进的传感技术和人工智能（AI）算法来进行火灾探测、监测与结构响应分析。这一系统的核心是在建筑中部署多种类型的传感器，包括但不限于烟雾探测器、温度感应器、红外传感器和气体分析仪。这些传感器被设计为能够实时捕捉与火灾相关的关键数据，如烟雾浓度、温度变化、火焰的存在以及有害气体的释放。相关数据被持续收集，并通过网络实时传输到中央处理系统[2]。

在中央处理系统中，AI算法，包括机器学习模型、神经网络或深度学习框架，被用于分析收集到的数据[3]。这些分析的目的旨在识别火灾发生的迹象、预测火势发展趋势，以及评估建筑的结构完整性。AI系统通过分析历史和实时数据，可以准确识别最初的火源位置，并预测火灾的行为，如火势蔓延速度、烟雾移动路径和火灾持续时间。同时，结构健康传感器提供的数据使AI系统能够评估建筑受热影响后的结构稳定性和完整性，并预测可能的结构损害和危险区域，为消防人员和应急响应团队提供关键信息。

2.2火灾动态及最佳逃生路径预测

AI系统结合态势感知与情景意识技术，显著提高了火灾应对的效率和精确度[4]。利用机器学习和深度学习算法，AI系统能够分析来自传感器的大量数据，如温度、烟雾密度、气体成分等。这些算法通过历史数据训练，能够识别火灾发展的模式和趋势，预测火势蔓延速度、方向和强度。AI还可以通过计算流体动力学（CFD）模拟和区域模型，预测烟雾运动和火势衰退的路径。态势感知技术帮助系统实时理解和评估当前的火灾情况，而情景

意识技术则结合建筑布局、人流分布和已知的安全信息，为现场人员和消防队员提供全面的火灾场景理解。综合这些技术，AI系统能够确定最安全和最快的逃生路径，考虑到烟雾扩散、火势蔓延、建筑结构稳定性和人员分布，以确保逃生路线既安全又高效。在不断变化的火灾情况下，系统能实时更新逃生指引，动态调整逃生路径。

2.3消防逃生路线的可视化

首先，利用CAD（计算机辅助设计）软件获得或创建建筑物的详细平面图，包括所有楼层、房间和紧急出口的位置。使用专业的数据可视化工具将逃生路线图形化，以清晰直观的方式显示，如动态图表、3D模型和交互式界面。并且通过AR或VR技术，可以在真实环境或模拟环境中直观地展示逃生路线，增强培训和演练的真实感和效果。同时利用建筑中的传感器数据，如烟雾探测器、温度传感器等，实时更新逃生路线，以应对变化的环境条件。将这些技术结合使用，可以有效地制作和展示消防逃生路线图，帮助建筑内的人员在紧急情况下迅速且安全地疏散。

3大屏幕可视化的实现和应用

3.1智慧消防可视化设计

设计有效的大屏幕可视化界面首先需要考虑用户的需求和可视化的目标。界面设计应直观、清晰，易于快速理解，尤其是在紧急情况下，关键信息，如火灾的位置、规模和蔓延情况，应被突出显示。同时，界面应展示实时更新最佳逃生路线，这些路线应根据当前火势和建筑内部情况动态调整。此外，界面设计还应考虑到不同用户群体的需求，比如消防人员和建筑内的居民或顾客可能需要不同类型的信息[5]。

可视化界面的设计还需考虑到易用性。例如，通过色彩编码显示不同的火灾等级和紧急程度，使用图标和符号表示重要的地标和逃生出口，以及确保界面在不同光线条件下都清晰可见。除了视觉元素，还可以结合声音和文字提示，为视觉受限的用户提供必要的信息。

3.2火灾逃生信息展示

大屏幕的信息展示应覆盖各层人员状况、火灾程度和逃生方案。首先，显示各层的人员状况对于疏散管理至关重要。这可能包括显示每层的人数估计，以及识别出重点疏散区域。其次，火灾程度的展示应包括火源位置、火势强度和烟雾范围。这些信息可以通过实时数据更新，确保提供最新的火灾状况。

逃生方案的展示应明确指出安全的逃生路线，并根据火势变化和其他因素实时更新。在设计逃生路线时，系统需考虑当前的火灾状况、建筑布局、已知障碍物，以及人员分布。通过动态展示这些逃生路线，系统可以指导人员避开危险区域，安全快速地疏散。

数字媒体艺术在设计大屏幕可视化界面时起着重要作用。例如，使用动画效果来表示火势蔓延和烟雾扩散，或者通过AR技术在实景中虚拟展示逃生路线。艺术化的可视化设计不仅能吸引观众的注意，还能帮助他们更直观地理解复杂的火灾状况和逃生策略。

4服务型机器人的集成

4.1火情信息搜寻

在火灾紧急情况下，装备有先进多源传感系统的服务型机器人在定位和搜寻火情发挥着至关重要的作用。这些机器人利用激光和视觉SLAM（同时定位与地图构建）导航，克服了传统定位方法在烟雾环境中的局限。当火灾发生时，可以及时向操作总台实时提供现场火情，帮助总台分析适合的疏散方法与逃生路线。

4.2引导与帮助失散人员

当进行火灾救援时，有些被困于较复杂环境的人员很难自己找到逃生路线，引导和帮助失散人员方面便需要该机器人。机器人通过结合惯性导航系统（INS），使用陀螺仪和加速度计，实现了在混乱环境中的自主导航，提高了短期精确度。它们使用超宽带（UWB）定位方法，在复杂的室内空间中准确导航。这一系统由标签和基站组成，使机器人能够准确地确定其位置并在障碍物和不同的室内地形中高效地移动。当搜寻到失散人员后，机器人大屏幕立即向失散人员展示逃生方向，失散人员可以在机器人下方获取湿毛巾辅助逃生。检测到失散人员数量较多时，机器人立即向总台发出失散人员定位信号进行提醒，使救援外援尽快赶到。

4.3现场支持功能

除了搜索和救援外，服务型机器人还提供关键的现场支持功能。机器人的定位系统通过一个紧凑的组合模型支持，该模型融合了来自不同传感器的数据。这种方法显著提高了定位精度，使机器人能够适应动态变化的火灾场景。系统的结构确保机器人能够提供实时、可靠的帮助，如运送紧急物资、向消防员传递关键信息以及协助疏散过程。服务型机器人在火灾紧急情况下成为不可或缺的资产，尤其是在大型室内公共空间。这也展示了机器人援助在提高火灾安全和应对策略方面的潜力。

5智能双向消防应急疏散照明灯的辅助

5.1应急照明与日常照明两用

在客流量大的建筑中，每层应设置消防疏散指示灯引领人员通往安全通道。在正常非应急状态下，由应急照明控制器控制标志灯光源在无人活动的区域处于节电点亮模式或者长期无人时关闭；当在遇到紧急情况时，通过各个传感器迅速判断并作出反应，切换至应急照明状态。火灾探测器检测火灾信号，在模块的作用下将信息反馈到消防联动控制器，建筑里的消防联动系统启动设备灭火，消防应急灯辅助人员安全逃生，消减了不必要的成本，增加了实用有效的功能。

5.2提供电气连接和插头连接两种通电模式

在有可靠电源的情况下，应利用主电源点亮疏散照明，同时进行电气连接，即电源连接端子排。在外部没有电源的情况下，消防灯能够正常工作，有减少损耗和建筑更好的一体化等优点，以确保供电时间。

5.3辅助疏散统计逃生人员

在发生火灾时，应急疏散灯安装传感器进行双方向感知逃生人数，统计数据传输操作总台，辅助后续消防救援。紧急情况下统计经过人数的技术需要考虑到极端条件下的稳定性和可靠性，热成像技术利用热成像摄像头检测和记录热量分布，通过捕捉人体发出的热量来识别和统计人员。热成像摄像头可以在烟雾和低吸低夜条件下工作，适合光线不足的环境，对于火灾场景尤其有用。

5.4采用组合式双向标志灯

在高大空间，疏散方向标志灯无法吊挂安装在顶棚处，地面疏散指示有时也不易看清指示。安装组合式双向安全出口应急疏散标志灯就可以在疏散通道处看到安全出口或疏散门，这也解决了安全出口在疏散通道的侧面（与疏散方向平行时）无法看到的情况。

6结论

本文深入探讨了大型室内公共空间的智慧消防火灾逃生系统设计，如商场中的应用及其重要性。这一系统能够实时监测火场情况，快速分析和反应，提供最佳逃生路径，并通过大屏幕可视化技术向公众展示关键的火灾信息。不仅优化了火灾时的人员疏散路线，提高了逃生者的生存机会，也显著提高了消防响应的速度和准确性。此外，服务型机器人通过高级的导航系统和多源传感系统，在烟雾环境中有效地进行自主导航，提供搜索、救援和现场支持功能。智能双向消防应急疏散照明灯在多功能性上表现卓越，能够在日常与紧急情况下切换使用模式。这种照明系统在常态下通过控制器进行节能运作，而在火灾等紧急情况自动转换为应急模式，以支持疏散和救援行动。其独特的双向标志设计解决了大空间和复杂环境中疏散指示的可见问题，增强了灯具的实用性和安全性。

总体来说，本研究展示了智慧消防逃生系统在现代大型建筑中的火灾预防和应对方面的巨大潜力。该系统的成功实现和应用，不仅能够在火灾中保护人民生命财产安全，还将标志着消防行业向更高效、智能化的方向发展。

参考文献

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[5]胡昌盛;董为虎;郭李学鑫.BIM+IoT+5G等技术在发电企业智慧消防中应用实践[C]//中国消防协会灭火救援技术专业委员会;中国人民警察大学救援指挥学院;中国人民警察大学防火工程学院;中国消防协会学术工作委员会.2023年度灭火与应急救援技术学术研讨会论文集-智慧消防与消防管理及其他.国能（惠州）热电有限责任公司，2023：3.