浅谈基于BIM的医院智慧消防系统探究

摘 要：基于BIM的医院智慧消防系统探究，是基于现有医院等类似场所的消防设施，通过BIM技术建模，直观展示医院的整体平面布置情况，准确呈现现有消防设施布置及位置；通过基于SCRATCH软件的系统研究开发，在火灾发生时，能够及时地将火警信息及BIM系统图发送至中控及终端，引导消防车辆及时准确到达消防设施位置；同时，实现将火警信息和BIM系统显示的逃生路线及时发送到医务及就医人员终端手机，便于指导涉险人员自救。结果表明，准确地提供现场布置路线，指导消防车辆就位，能够提高消防救援效率。及时地发送报警信息和逃生路线，对涉险人员自救有积极作用。
 
关键词：智慧城市；智慧消防；消防系统
 
1  医院消防系统现状及调研分析
1.1 医院消防系统现状
        医院消防系统属于建筑消防系统，主要包含报警系统和执行系统两部分（见图1、图2）。

图1 火灾自动报警系统图                 

图2 消防设施系统图
       报警系统主要通过安装消防火灾自动报警设备完成，如设置感烟、感温探测器，设置人工应急报警设施等。当火灾发生时，报警设施动作，给控制室传输报警信号，启动消防系统程序，联动119报警系统的同时，执行系统启动。消防应急执行系统包含室内外消火栓系统、水喷淋系统、消防泵系统、阀系统、通风系统、排风系统等。室内外消火栓系统主要为外来救援提供水源，消防泵系统与阀系统主要是根据系统执行动作指令，启动室内水喷淋系统，实现灭火自救过程。通风系统和排风系统是根据执行指令，及时关闭风门，开启排烟系统，降低火灾影响。
       消防系统还包含其他辅助系统，如应急配电系统、逃生指示系统等。消防设备和消防主机通常采用电网供电和自备电源供电联合方式，常规供电由电网供电满足，当火灾情况下，将根据系统指令切断全体的电网供电电源，消防设备和主机将自动切换至自备电源供电模式，保证消防系统的供电正常。逃生指示系统包含出口标志灯指示，室内设置应急照明灯系统、消防疏散指示系统等，便于辅助消防涉险人员能够实现逃生自救。当前的火灾报警系统，主要是通过消防探测系统的探测结果进行报警，消防探测系统与消防控制系统联动，实现消防灭火的相关措施进行动作，如消防泵启动、喷淋装启动、通风启动、排烟启动等，实现系统自救灭火。辅助系统也仅能够给涉险人员提供自救指示、照明等辅助。在火灾初期，系统自救和辅助将起到关键的作用，但随着灾情的发展，指导外来救援才是降低火灾损失、保障生命财产的关键。因此，针对火灾情况下，通过准确发送的消防进场线路，指导消防救援准确到达位置，及时实施消防救援；通过给每一个涉险人员准确发送逃生路线，有效指导医院内的相关人员实施逃生自救；实现这样的智慧消防系统，将为争分夺秒的救援工作赢得宝贵的时间。
2 智慧消防系统设计
       智慧消防系统设计是在医院常规消防报警系统和消防应急执行系统的基础上，增加智慧辅助系统，指导外来救援，提高救援效率。系统旨在直观展示医院的平面布置，呈现现有消防设施布置及位置，准确选择消防车进场路线，引导消防车辆及时准确到达消防设施位置。实现将火警信息和逃生路线及时发送到医务及就医人员终端设备，能够有效指导涉险人员逃生自救。
2.1 智慧消防系统框架设计
       智慧消防系统可以作为独立的消防系统，也可以在原有消防系统的基础上设计嵌入式智慧消防信息系统。该项目研究以嵌入式智慧消防信息系统模式，系统本身设计独立的信息系统界面，报警信息来源于原有的消防报警系统，通过对报警信息的来源点进行判断后，启动执行智慧信息选择和发送。同时，智慧消防信息系统共享原有消防系统和119火警系统的联动，通过系统的设计和信息的完善，实现在火警情况下，不但能够和119系统联动，还能够给消防单位发送图片信息，提供的进场路线，明确现场消防设施布置位置等。
        嵌入式智慧消防信息系统不但要跟原有的消防系统形成嵌入模式，还要跟医院的挂号系统实现信息共享。在挂号系统中，针对住院就医人员，要求在挂号时形成独立的手机信息数据库；该数据库中及时完善医务人员、消防安保人员等的手机数据信息，智慧消防信息系统将自动读
取该数据库，作为火灾情况下信息发送对象，发送消防逃生路线，指导相关人员及时逃生自救。
2.2 智慧消防系统功能设计
       智慧消防信息系统的核心功能是路线的智慧选择功能和信息的终端发送功能。路线的智慧选择功能包含了消防车进场路线的选择和涉险人员逃生路线的选择。因为嵌入式智慧消防信息系统是基于原有的消防系统，通常情况下，医院智能消防系统都对系统的报警设施进行定位和编号，因此该项目软件开发默认原有消防系统已实现该功能。消防车进场路线的选择，根据消防系统对建筑物烟感报警器的定位和编号，程序形成对应的进场路线图库，进场路线图库与报警器形成变量对应关系。假设设置1号和2号报警器分别对应两栋楼，当系统读取到1号报警，系统自动执行对应的进场路线，程序调取对应的进场路线图片上带有进场路线指示，消防设施布置位置等，发送给中控室工作站，通过消防系统与119系统联动的功能，将进场路线发送给119系统，准备指导消防车以*快的速度进场，到达位置；同理，当系统读取2号报警时，实现路线选择和发送。
       涉险人员逃生路线的选择，系统主要针对住院就医人员，根据楼层烟感报警器的编号和定位，系统形成独立的逃生路线图片信息库，每一个报警器都对应两套逃生路线图，根据病房和报警器的相对位置进行判断，发送对应涉险人员和火灾点相背的逃生路线图，实现发送给不同的涉险人员，都是的逃生路线，提高逃生自救几率。系统自动选取一套的逃生路线图后，调取手机信息库，根据信息标注的病房，给手机发送火灾报警信息和消防逃生路线图。
       信息的终端发送功能，主要解决将图片信息发送给相关终端设备问题。系统通过采用STRACH软件结合Python软件的方式，实现将文字信息和图片信息发送给对应的终端。但因为图片信息容量较大等问题，容易造成传输受阻和信息传输时间长等问题。系统以发送一条图片信息链接的形式，通过手机点击链接后打开图片方式，确保涉险人员接收到报警信息和逃生路线信息，及时实施救援和自救。
2.3 智慧消防系统界面应用设计
       智慧消防系统界面设计包含了登录界面和系统应用界面，系统登录界面是保证系统的独立性功能，系统应用界面融合了医院挂号系统和消防系统的相关信息共享及功能融合功能。
       系统登录界面主要设置的是登录限制，实现系统的有序管理。系统应用界面包含了声光报警系统和报警信息系统。当系统接到报警时，声光报警系统启动，起到及时提醒作用，同时系统应用界面自动弹出报警信息界面。报警信息界面上包含了报警时间、报警器位置信息、报警内容、附近消防设施布置信息等，信息界面分框分别显示系统读取的楼层逃生路线图和消防车进场路线路。系统除自动发送相关信息至对应的终端外，还提供手动输入终端设备号，做信息发送的功能。
3 BIM在智慧消防系统中的应用
       BIM技术作为一项建筑信息模型的新的应用技术，它具有突出的三维可视化优势。通过BIM技术建模，能够直观而又真实地反映医院现场的布置情况，准确展示消防设施布置情况。基于BIM建模形成的消防进场路线图和逃生路线图能够更加真实、直观地指导应急救援工作。BIM技术能够继承和传承模型信息，针对BIM技术建立的消防设施模型，可以形成一套消防设施的运行维护系统，全生命周期地记录消防设施相关信息。
3.1 BIM在智慧消防系统场景布置中的应用
       在SCRATCH软件应用中，程序可以绘制医院场景图示作为背景，也可以调用场景图片作为背景，但都是二维模式的图片，无法直观地表现相关信息。通过采用BIM技术，建立医院的三维模型，可以真实地反映医院的平面布置情况和楼层布置情况。医院外场模型包含：周边道路情况、消防设施布置位置、建筑物布置情况等。医院楼层模型包含楼层病房布置情况、消防设施布置情况（如烟感报警器、消防箱、应急指示灯、消防通道门、楼梯）等。
       在BIM模型的基础上，通过对报警信息的判断，形成消防车辆进场路线图和消防逃生路线图，建立完整的图片信息库，根据系统需要选择对应的路线图发送给设备终端，对指导消防车进场实施救援，指导涉险人员逃生自救，都能够更加直观、更加有效。
3.2 BIM在智慧消防系统设施运行维护中的应用
        BIM技术在消防系统设施运行维护中的应用，是利用BIM技术对设施模型信息的继承和传承功能。在完成医院消防设施整体系统建模的基础上，通过系统，可以直观地查看消防系统的整体布置情况。同时，录入相关设施的基础信息，如消防报警器、消防水泵等的型号、功能等，便于系统的维护工作落实。在消防系统运行过程中，如果出现设施维护和维修等，系统配置了运维信息录入功能，可以及时地将设施的运行维护信息录入保留，避免造成运行维护给系统造成的破坏。该系统对消防设施的全生命周期内的所有信息的继承起到积极的作用。
4 安科瑞智慧消防监控云平台介绍与选型
4.1 平台简介
       安科瑞智慧消防综合管理云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理的实际需求。
       从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。同时，通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备，有效解决用电单位电气线缆老旧，小微企业无电工、肉眼无法直观系统即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题，及时排除隐患，安科瑞智慧消防监控云平台结构如下图所示：

4.2 平台功能
(1)平台登陆
       用户登录成功之后进入首页，如图所示。主要展示的内容有：项目概况、设备状态、设备分类、设备报警信息、报警分类、报警统计、设备台账信息等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

(2)实时监控
       智慧用电子系统可接入电气火灾、故障电弧、电气火灾主机、灭弧式保护器探测和母排无线测温探测等等各类子系统，实现对相关消防系统设备的信息实时监控，一且发现监测数剧超过风险阈值，APP、电话报警统统上阵，通过设备的标签、地理位置定位，快速通知，快速处置

(3)隐患管理
       隐患管理包括隐患巡查、隐患处理、和隐患记录，隐患巡查的目的是为了系统在产生报警或隐患后，系统可以针对工程人员派发工单，处理完以后工程人员能够在系统中填写相关工单任务记录，以供历史查询。隐患统计支持对项目进行日、月、季、年的维度查询，并能够自定义时间查询，将项目下隐患以曲线，图表的形式展现

(4)统计分析
       统计分析包括数据汇总和分析报告，数据汇总以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录，同时显示控制日志，支持按照控制类和参数设置类分别显示，也可以按照操作是否成功分别显示，包括此次控制的操作情况，项目名称，设备信息以及对应的操作时间等；分析报告包括总体概况和设备回路特征分析。

(5)运维管理
       根据运维调度管理的需要，智能调度技术人员可以分为不同角色，系统支持指定巡检计划和巡检日历，可支持巡检人员使用手机NFC芯片巡检打卡的功能。

(6)手机APP功能
       手机APP软件具有IOS版本和安卓版本，并与电脑终端系统的数据同步，能展示剩余电流、温度、电压、电流等电气参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线；短路、断线、漏电、超温、过压、欠压、过流等电气故障实时报警数据等；能实时显示项目地理位置、未排除隐患数、未处理巡检数等；通过APP消息推送的方式提醒用户实时报警信息；可以实现远程复位、远程分闸功能；可以对所有现场探测器进行远程参数设定及修改；可以对所有现场探测器的远程控制记录进行查询；

 
4.3 产品选型
电气火灾监控探测器

5 结论
       研究表明，基于现有医院等类似场所的消防设施，通过BIM技术建模，实现直观展示，呈现现有消防设施布置及位置；通过系统研究开发，在火灾发生时，系统能够准确地选择消防车进场路线，并及时将救援指导信息及BIM系统图发送至中控及救援系统，引导消防车辆及时准确到达消防设施位置；通过研发和配置，实现将火警信息和BIM系统显示的逃生路线及时发送到医务及就医人员终端设备，能够有效地指导涉险人员自救。系统对医院等类似单位配置智慧消防系统，提高救援效率和自救效果，有积极的指导意义。
参考文献 
[1] 黄实昀,何灵江,刘雪婷.基于BIM的医院智慧消防系统探究.
[2] 陈文婕.医院慧云智能化管理系统构架及功能设计研究[J].微型电脑应用,2019,35(5):68-70.
[3] 刘博,陈冠益,马云龙.基于云服务的智慧医院能源效率管理系统的研究[J].计算机应用与软件,2017,34(5):104-109.
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06 版.
作者简介：
王蒙蒙,女,安科瑞电气股份有限公司，主要从事智慧消防监控系统，