CN111832811A - 一种基于数字孪生的智能化消防疏散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的智能化消防疏散方法，包括物联网信息采集系统、室内人员定位系统、云端服务器、网页应用端、疏散路径优化算法、建筑物BIM模型等部分。所述物联网信息采集系统用于采集建筑物内火灾参数，并上传到云端服务器；所述室内人员定位系统用于采集室内人员位置，并传递到云端服务器；所述建筑物BIM模型中包含有建筑物的全面信息，经过处理后可以实现对建筑物空间布局的三维可视；所述云端服务器中搭载有处理后的BIM模型和所述疏散路径优化算法；所述疏散路径优化算法可以根据实时的火灾信息和人员位置信息以及室内布局得到人员的最优疏散路径。该方法可以根据火灾发展的态势和人员的实时位置，实现对建筑物内受困人员的动态可视化三维疏散引导。节约引导疏散的人力，改善疏散的疏散引导的效果，提高疏散效率，减少人员伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物技术、智慧建筑、消防安全技术和数字孪生等领域，特别是涉及一种基于数字孪生的智能消防疏散方法。
背景技术
当火灾发生时，如果不能及时进行人员疏散，会造成严重的生命财产威胁。但是仅依靠人力进行疏散是远远不够的，依靠现代信息技术进行人员疏散的引导是一个重要的解决方式。目前的消防疏散引导路径表达方式主要是二维的表达方式，而且疏散引导路线不能根据火灾的发展态势进行实时更新。这就限制了疏散引导效果和效率。
数字孪生是指在虚拟世界塑造一个与现实世界中的物理模型相对应的数字模型；而且数字模型和物理模型可以进行双向的信息互动，进而实现现实世界中物理系统的改善。BIM模型中含有包括建筑布局、建筑材料等建筑信息，传感设备可以采集物理世界中的运维数据。利用BIM模型中所含有的建筑信息与通过传感设备采集的火灾参数在虚拟世界构建与现实物理模型相对应的面向火灾的数字孪生模型。利用该模型的信息可以实现对现实世界中火灾受困人员的高效疏散引导。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，包括物联网信息采集系统、室内人员定位系统、云端服务器、网页应用端、疏散路径优化算法、建筑物BIM模型等部分。
一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：
实现该消防疏散方法的系统由物联网信息采集系统、室内人员定位系统、云端服务器、网页应用端、疏散路径优化算法、建筑物BIM模型等部分组成。建筑物与建筑物BIM模型相对应，建筑物室内物理环境参数通过物联网信息采集系统与建筑物BIM模型内的火灾参数相对应，建筑物内的人员位置信息通过室内人员定位系统与建筑物BIM模型内的人员位置信息相对应；建筑物及建筑物BIM模型的各种信息上传至云端服务器中；建筑物BIM模型通过疏散路径优化算法及网页应用端与建筑物进行反馈。
物联网信息采集系统用于对建筑物室内的温度、一氧化碳浓度、氧气浓度、烟雾浓度等火灾参数的实时采集和传输。
物联网信息采集系统由信息采集终端和无线网关组成。
信息采集终端用于实时采集室内环境信息并实时上传给无线网关，采集不同参数的信息采集终端由采集相应参数的传感器、无线通信模块(包括但不限于LoRa通信模块、NB-IoT通信模块等)、电源、微型处理器等部分构成。
无线网关用于将信息采集终端实时上传的火灾参数信息通过4G网络实时传递到云端服务器。
室内人员定位系统用于实时采集室内人员的位置信息，其包括但不限于UWB定位系统、蓝牙室内定位系统等。并把实时采集到的室内人员位置信息实时传递给云端服务器。
建筑物BIM模型与物联网信息采集系统和室内人员定位系统采集的信息构成面向疏散的数字孪生模型。数字孪生模型的所有信息都搭载在的云端服务器上，并能够自动进行信息更新。云端服务器还搭载有疏散路径优化算法，该算法可以根据数字孪生模型中实时的更新信息，对人员的疏散路径进行动态规划。
网页端用于实现建筑BIM模型的展示和人员最优疏散路径的实时动态展示，以引导受困人员完成消防疏散。
本发明可以实现对建筑物内消防环境信息、人员位置和室内空间模型进行实时显示，在虚拟世界形成与现实世界相对应的与消防相关的数字孪生模型。当火灾发生时，可以通过对数字孪生模型的信息分析，对受困人员进行消防疏散引导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。其中：
图1为本发明实施例公开的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法关键部分组成图。
图2为本发明实施例公开的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1展示了一种基于数字孪生的智能消防疏散方法关键部分的组成。在现实世界中的建筑物、建筑物室内物理环境、建筑物内人员，分别通过建模和轻量化处理、物联网信息采集系统、室内人员定位系统将建筑信息模型、建筑物内火灾参数、建筑物内人员位置信息采集到虚拟数字世界中，形成面向消防疏散的数字孪生模型。根据数字孪生模型中的数据，使用疏散路径优化算法得到人员的最佳疏散路径，并将其在网页应用端的BIM模型中进行展示。数字孪生模型和疏散路径优化算法都装载在云端服务器上。疏散路径与轻量化处理后的建筑BIM模型相结合，在网页应用端进行显示。受困人员通过智能手机等移动智能设备通过4G网络访问网页应用端，查看网页应用端的三维疏散路径，使自己得到消防疏散引导。
图2展示了一种基于数字孪生的智能消防疏散方法流程图，具体实施步骤如下：
S1、传感设备的部署。把物联网信息采集系统和室内定位系统部署在建筑物内，实现对建筑物室内火灾参数信息和室内人员位置信息的实时采集，并将采集得到的信息数据实时传输到云端服务器。
S2、建筑物BIM模型的建立和处理。建立建筑物BIM模型，并把建筑物的BIM模型进行轻量化处理，摒弃与消防疏散无关的建筑信息，只保留BIM模型中的建筑空间信息，并将其上传到云端服务器。
S3、信息融合。将物联网信息采集系统和室内定位系统实时上传的信息与轻量化后的BIM信息进行结合。使不同空间的火灾参数与轻量化后的BIM模型中相应的空间实时对应，以达到在BIM模型中表现任意空间火灾参数的效果；人员的位置与建筑物BIM模型的相应位置实时对应，以达到人员位置实时表现在BIM模型中的效果；进而形成面向消防疏散的数字孪生模型。
S4、路线规划。根据云端服务器搭载的数字孪生模型中的各种数据，使用疏散路径优化算法自动得出建筑物内人员的疏散路径，并且疏散路径可以跟随信息的实时变化进行实时的更新。
S5、路线展示与疏散引导。将云端服务器中的BIM模型搭载在网页应用端，使其在网页应用端实现展示，同时使疏散路径在网页应用端的BIM模型中实现动态展示。受困人员通过使用智能手机等移动智能设备访问互联网，观看网页应用端的动态疏散路径，从而得到动态疏散引导。
疏散路径优化算法对数字孪生模型中的建筑信息、建筑物内火灾参数和人员位置信息进行综合处理。从建筑信息中提取各房间之间的建筑交通关系，简化成疏散地图。根据预先设定好的安全值，对室内火灾参数进行分析，得到安全区域和危险区域的划分，并把危险区域在疏散地图中剔除。以人员所处位置为起点，利用Dijkstra等求取最短路径的算法得到规避危险区域的最短疏散路径。随着数字孪生模型中消防参数和人员位置的实时更新，可以动态地提出危险位置和设定人员所处位置，从而实现对人员的疏散路径进行动态的规划。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明的有益效果
(1)本发明通过使用物联网技术对室内火灾参数信息和室内人员位置信息进行实时采集，实现了对室内火灾发展状况和人员受困情况的实时监控，有利于火灾发生时对人员疏散进行实时准确地引导。
(2)本发明将BIM技术引入到火灾疏散当中，可以解决目前疏散引导的表达方式以二维为主的现状，实现了三维的疏散引导，改善了疏散引导的效果。
(3)本发明实现了自动的疏散路径规划，可以取代人力对受困人员进行针对性的引导，有利于提高疏散引导的效率。
Claims (9)
1.一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
S1、传感设备的部署；把物联网信息采集系统和室内定位系统部署在建筑物内，实现对建筑物室内火灾参数信息和室内人员位置信息的实时采集，并将采集得到的信息数据实时传输到云端服务器；
S2、建筑物BIM模型的建立和处理；建立建筑物BIM模型，并把建筑物的BIM模型进行轻量化处理，摒弃与消防疏散无关的建筑信息，只保留BIM模型中的建筑空间信息，并上传到云端服务器；
S3、信息融合；将物联网信息采集系统和室内定位系统实时上传的信息与轻量化后的BIM信息进行结合；使不同空间的火灾参数与轻量化后的BIM模型中相应的空间实时对应，达到在BIM模型中表现任意空间火灾参数；人员的位置与建筑物BIM模型的相应位置实时对应，以达到人员位置实时表现在BIM模型中；进而形成面向消防疏散的数字孪生模型；
S4、路线规划；根据云端服务器搭载的数字孪生模型中的各种数据，使用疏散路径优化算法自动得出建筑物内人员的疏散路径，并且疏散路径跟随信息的实时变化进行实时的更新；
S5、路线展示与疏散引导；将云端服务器中的BIM模型搭载在网页应用端，使其在网页应用端实现展示，同时使疏散路径在网页应用端的BIM模型中实现动态展示；受困人员通过使用智能手机移动智能设备访问互联网，观看网页应用端的动态疏散路径，从而得到动态疏散引导。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：实现该消防疏散方法的系统由物联网信息采集系统、室内人员定位系统、云端服务器、网页应用端、疏散路径优化算法、建筑物BIM模型部分组成；建筑物与建筑物BIM模型相对应，建筑物室内物理环境参数通过物联网信息采集系统与建筑物BIM模型内的火灾参数相对应，建筑物内的人员位置信息通过室内人员定位系统与建筑物BIM模型内的人员位置信息相对应；建筑物及建筑物BIM模型的各种信息上传至云端服务器中；建筑物BIM模型通过疏散路径优化算法及网页应用端与建筑物进行反馈。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：物联网信息采集系统用于对建筑物室内的温度、一氧化碳浓度、氧气浓度、烟雾浓度火灾参数的实时采集和传输。
4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：物联网信息采集系统由信息采集终端和无线网关组成。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：信息采集终端用于实时采集室内环境信息并实时上传给无线网关，采集不同参数的信息采集终端由采集相应参数的传感器、无线通信模块、电源、微型处理器部分构成。
6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：无线网关用于将信息采集终端实时上传的火灾参数信息通过4G网络实时传递到云端服务器。
7.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：室内人员定位系统用于实时采集室内人员的位置信息，包括UWB定位系统、蓝牙室内定位系统；并把实时采集到的室内人员位置信息实时传递给云端服务器。
8.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：建筑物BIM模型与物联网信息采集系统和室内人员定位系统采集的信息构成面向疏散的数字孪生模型；数字孪生模型的所有信息都搭载在的云端服务器上，并能够自动进行信息更新；云端服务器还搭载有疏散路径优化算法，该算法根据数字孪生模型中实时的更新信息，对人员的疏散路径进行动态规划。
9.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能消防疏散方法，其特征在于：网页端用于实现建筑BIM模型的展示和人员疏散路径的实时动态展示，以引导受困人员完成消防疏散。
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