三維可視化技術(shù)在智慧消防領(lǐng)域的應(yīng)用研究

譚洪亮

重慶消防安全技術(shù)研究服務(wù)有限責(zé)任公司 重慶 401120

引言

2017年10月10日，原公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（公消〔2017〕297號(hào)）[1]，提出了智慧消防的重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)和工作目標(biāo)[2]，文件的發(fā)布標(biāo)志著智慧消防建設(shè)正式步入正軌。2019年5月30日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于深化消防執(zhí)法改革的意見(jiàn)》（廳字〔2019〕34號(hào)），提出了消防執(zhí)法改革的5個(gè)方面12項(xiàng)主要任務(wù)[2]。在加強(qiáng)事中事后監(jiān)管方面，提出了完善“互聯(lián)網(wǎng)+監(jiān)管”，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)時(shí)化、智能化評(píng)估消防安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)管的要求。

2018年處于關(guān)心和思考的建設(shè)初期，2019年智慧消防從概念走向應(yīng)用落地，2020年落地向更縱深發(fā)展。2021年，在頂層建筑上關(guān)注的是平安中國(guó)、是應(yīng)急管理、是安全責(zé)任?，F(xiàn)階段，多數(shù)省會(huì)級(jí)城市、90%左右地級(jí)城市均提出了智慧消防建設(shè)計(jì)劃，有數(shù)百個(gè)城市正在規(guī)劃和建設(shè)智慧消防，行業(yè)未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?。同時(shí)，智慧消防建設(shè)工程系統(tǒng)龐大，涉及范圍廣闊，發(fā)展空間寬廣，因此智慧消防領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)。

1 智慧消防行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 供應(yīng)現(xiàn)狀

智慧消防已成為整個(gè)消防產(chǎn)業(yè)的主流與風(fēng)口，消防產(chǎn)業(yè)對(duì)于新技術(shù)的需求，也讓眾多科技企業(yè)紛紛加入智慧消防布局。智慧消防市場(chǎng)存在四類(lèi)參與者：科技巨頭、安防企業(yè)、傳統(tǒng)消防企業(yè)、新興企業(yè)。

一是科技巨頭。依靠自身在大數(shù)據(jù)上的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，布局智慧消防領(lǐng)域意在建設(shè)智慧城市，從而獲取數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)和信息資源，搶占消費(fèi)市場(chǎng)。如阿里、華為、騰訊等。二是安防企業(yè)。其規(guī)模大，加入智能領(lǐng)域時(shí)機(jī)早，商業(yè)模式成熟，具有深厚的技術(shù)沉淀為進(jìn)入市場(chǎng)打好基礎(chǔ)。如海康威視、浙江大華等。三是以消防產(chǎn)品為主的企業(yè)。依靠在消防產(chǎn)品生產(chǎn)與流通領(lǐng)域多年積累的經(jīng)驗(yàn)，占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)消防行業(yè)大部分市場(chǎng)。如青鳥(niǎo)消防、億江科技、力安科技等。四是新興企業(yè)。利用融資加大科研的投入，并跨界與其他通信科技巨頭合作，探索新的發(fā)展模式。如辰安天澤、中消云、意靜科技等。

從整體競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)看，以消防產(chǎn)品為主的企業(yè)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)消防行業(yè)相對(duì)較多的市場(chǎng)，客戶群體多，但往往自身體量不大，產(chǎn)品高新技術(shù)含量不高，仍相對(duì)落后。大型安防企業(yè)由于具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)品研發(fā)工作強(qiáng)于其他市場(chǎng)參與者，占據(jù)了約30%的市場(chǎng)份額?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)和新興企業(yè)依托“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，跨行業(yè)進(jìn)入智慧消防平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，雖然互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和新興企業(yè)具有先進(jìn)的管理理念和強(qiáng)大的資金優(yōu)勢(shì)，但由于行業(yè)跨度過(guò)大，對(duì)于市場(chǎng)了解缺乏深度，因此難以開(kāi)發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)需求的智慧消防平臺(tái)產(chǎn)品，占據(jù)約30%的市場(chǎng)份額。

1.2 市場(chǎng)現(xiàn)狀

隨著原公安部消防局指導(dǎo)意見(jiàn)的出臺(tái)，各地政府和各行業(yè)企事業(yè)單位開(kāi)始預(yù)算立項(xiàng)，采購(gòu)智慧消防系統(tǒng)的相關(guān)軟硬件。與此同時(shí)，智慧消防也開(kāi)始在醫(yī)療、教育、文旅等行業(yè)開(kāi)始宣傳與推廣，各類(lèi)場(chǎng)景正不斷延伸。根據(jù)招標(biāo)網(wǎng)數(shù)據(jù)，2019年，全國(guó)智慧消防招標(biāo)項(xiàng)目數(shù)量為726個(gè)，綜合市場(chǎng)規(guī)模在34.5億元左右。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年智慧消防市場(chǎng)規(guī)模約40億元，較上年保持15%左右增速，符合市場(chǎng)預(yù)期，2025年智慧消防市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約80億元。

我國(guó)智慧消防市場(chǎng)還處于初級(jí)階段，行業(yè)中尚未出現(xiàn)市場(chǎng)占有率較高、能夠引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的大型企業(yè)，企業(yè)規(guī)模普遍較小，市場(chǎng)格局較為分散，具有研發(fā)創(chuàng)新能力的企業(yè)未來(lái)發(fā)展空間巨大。

2 三維可視化技術(shù)在智慧消防領(lǐng)域的應(yīng)用分析

2.1 三維可視化技術(shù)

當(dāng)今社會(huì)，隨著生產(chǎn)力和生產(chǎn)需求的不斷提高，構(gòu)造也變得越來(lái)越復(fù)雜，客戶越來(lái)越不滿足于傳統(tǒng)的二維平面圖數(shù)據(jù)，三維可視化（3D Visualization）技術(shù)隨著電腦硬件也軟件的發(fā)展，特別是5G的發(fā)展，變得越來(lái)越為人所知。

三維可視化技術(shù)是一門(mén)集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、圖像顯示的綜合性前緣技術(shù)[3]。通過(guò)把描述物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形、圖像，并運(yùn)用顏色、透視、動(dòng)畫(huà)和觀察視點(diǎn)的實(shí)時(shí)改變等視覺(jué)表現(xiàn)形式，使人們能夠觀察到不可見(jiàn)的對(duì)象，洞察事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[4]，這無(wú)疑將極大地提高人們的工作效率。

三維可視化圖像不僅僅直觀性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)，還具備兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。三維可視化技術(shù)既能進(jìn)行解釋?zhuān)材軐?shí)現(xiàn)成果表達(dá)，通過(guò)利用大量數(shù)據(jù)，為分析、理解和展示數(shù)據(jù)提供有用工具，從而幫助描述并解釋系統(tǒng)的復(fù)雜現(xiàn)象。目前，智慧城市、智慧園區(qū)、智慧工廠、智能樓宇3D可視化、智慧展廳3D可視化等等都是三維可視化技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，而隨著三維可視化技術(shù)的市場(chǎng)接受度的提升，必將應(yīng)用到更多的領(lǐng)域當(dāng)中。

2.2 基于三維可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)

近年來(lái)，城市綜合體、TOD社區(qū)等大體量復(fù)雜建筑層出不窮，多作為城市的標(biāo)志性建筑，其無(wú)論是在結(jié)構(gòu)上、功能上，還是材料均極具新穎性，導(dǎo)致所配備的消防設(shè)施設(shè)備點(diǎn)位多、總量大。而利用傳統(tǒng)的靜態(tài)存儲(chǔ)管理模式，往往無(wú)法處理當(dāng)前信息化時(shí)代的海量數(shù)據(jù)，因此，在消防設(shè)計(jì)優(yōu)化、消防管理效率、緊急救援的準(zhǔn)確性以及逃生路線的優(yōu)化等方面都難以適應(yīng)新型建筑發(fā)展的需要。

2.2.1 輔助消防設(shè)計(jì)。對(duì)既有建筑改擴(kuò)建消防設(shè)計(jì)變更時(shí)，利用基于三維可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)輔助消防設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同角度和方向來(lái)觀察各種消防設(shè)計(jì)方案，比較不同方案對(duì)建筑消防安全的影響，以直觀的方式評(píng)估各種消防設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，有效提高消防設(shè)計(jì)效率。

2.2.2 提高企業(yè)消防管理效率?；谌S可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)通過(guò)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防火分隔系統(tǒng)、消防電源系統(tǒng)等消防設(shè)施的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[5]，并采用三維可視化實(shí)景呈現(xiàn)的方式，對(duì)其相對(duì)位置和絕對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行充分表述，以達(dá)到消防安全透明化檢查、火災(zāi)隱患動(dòng)態(tài)掌控的目的，可在提高日常消防安全管理效率的同時(shí)，也使得消防監(jiān)管透明化，進(jìn)而促使社會(huì)單位自覺(jué)履行消防安全職責(zé)。

相較于傳統(tǒng)的二維平面地圖，在三維場(chǎng)景中，消火栓、防排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵等消防設(shè)施運(yùn)行故障狀態(tài)實(shí)時(shí)更新展示；安全出口、疏散走道等疏散設(shè)施占用對(duì)疏散逃生路線影響模擬后果更直觀；滅火疏散應(yīng)急預(yù)案推演模擬效果獲取更全面，從而有效提高對(duì)消防設(shè)施設(shè)備和消防安全人員的管理效率和水平。

2.2.3 助力消防維保數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過(guò)直觀體現(xiàn)出建筑物消防安全的可視化三維模型，在海量的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)與消防安全管理人員之間構(gòu)建一個(gè)可以實(shí)時(shí)交互的界面，可有效減少之前消防系統(tǒng)需要花費(fèi)大量人力資源的定期巡檢以及經(jīng)過(guò)排查才能發(fā)現(xiàn)的火災(zāi)隱患實(shí)現(xiàn)消防維保數(shù)字化轉(zhuǎn)型。據(jù)測(cè)算，基于三維可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)可以減少消防維保公司在維保工作中80%以上的人力投入。

2.2.4 提高緊急救援的準(zhǔn)確性?；谌S可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)可將建筑的結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備、管理等信息與滅火救援相結(jié)合。當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生后，通過(guò)還原火災(zāi)建筑內(nèi)及周邊的復(fù)雜環(huán)境，快速精確展示消防設(shè)施的監(jiān)測(cè)信息，非常直觀的展示滅火救援現(xiàn)場(chǎng)和著火部位情況，全面了解火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)及周邊的地表地形、建筑、道路、水源、消防裝備力量等情況，這種“上帝視角”為滅火救援現(xiàn)場(chǎng)指揮、消防資源調(diào)度和部署提供科學(xué)的決策依據(jù)。

2.3 基于三維可視化技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.3.1 三維場(chǎng)景快速構(gòu)建。目前三維場(chǎng)景構(gòu)建方法普遍存在效率低、數(shù)據(jù)量大等問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)快速構(gòu)建可靠的三維圖，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或自動(dòng)化建模，可采取一種簡(jiǎn)單且快速的方法，即以Auto CADVBA、VRML建模語(yǔ)言及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為主要手段，進(jìn)行三維模型構(gòu)建、紋理映射、場(chǎng)景集成。此外，針對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)地理信息數(shù)據(jù)不全，可采用基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景快速構(gòu)建。

2.3.2 虛擬環(huán)境容器服務(wù)。為解決智慧消防平臺(tái)大量在線訪問(wèn)不流暢等難題，保障智慧消防系統(tǒng)三維可視化界面在線瀏覽流暢，可采用一種使服務(wù)部署變得簡(jiǎn)單化和智能化的Docker容器技術(shù)，Docker不僅啟動(dòng)運(yùn)行速度快，還資源占用小，通過(guò)對(duì)智慧消防系統(tǒng)超大體量的二維和三維數(shù)據(jù)集進(jìn)行分布式空間分析和數(shù)據(jù)處理，顯著提升空間分析性能。

2.3.3 實(shí)時(shí)協(xié)同標(biāo)繪。傳統(tǒng)的標(biāo)繪系統(tǒng)不具有高度實(shí)時(shí)性的移動(dòng)協(xié)同標(biāo)繪功能，不能滿足滅火救援時(shí)協(xié)同部署的需求，而基于J2ME的移動(dòng)實(shí)時(shí)協(xié)同標(biāo)繪系統(tǒng)，可根據(jù)消防力量部署、火災(zāi)情況、現(xiàn)場(chǎng)地形等諸多要素，在三維場(chǎng)景中實(shí)時(shí)標(biāo)繪行進(jìn)方向等標(biāo)志，通過(guò)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)變化情況，實(shí)時(shí)標(biāo)繪信息的交流及協(xié)同感知[6]，即實(shí)現(xiàn)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)指揮與應(yīng)急指揮中心的協(xié)同標(biāo)繪，實(shí)現(xiàn)滅火救援時(shí)消防力量的協(xié)同部署。

2.3.4 應(yīng)急處置算法。在三維場(chǎng)景中實(shí)時(shí)接入應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)四維時(shí)空的應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)的可視化分析，并基于動(dòng)態(tài)事故演化模型和應(yīng)急處置算法進(jìn)行研判，實(shí)現(xiàn)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)的高效輔助決策與快速響應(yīng)。采用常規(guī)的仿真模擬方法對(duì)事故情景建?？梢杂行?shí)現(xiàn)事故動(dòng)態(tài)演化模擬，而針對(duì)應(yīng)急處置過(guò)程中主要參量變化的模擬，可通過(guò)集成定性因果推理和從AI領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的QSIM算法得以實(shí)現(xiàn)[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

安全是人類(lèi)最基礎(chǔ)需求之一，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人想改變以往對(duì)自身所處場(chǎng)所、空間的消防安全狀態(tài)一知半解的現(xiàn)狀，逐漸提高了建設(shè)緊急狀態(tài)下安全保障機(jī)制的重視度。智慧消防的出現(xiàn)很大程度上解決了之前消防安全管理效率低的問(wèn)題，消除了消防安全管理過(guò)程中易出現(xiàn)的盲盒狀態(tài)，打通了信息壁壘，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。而三維可視化技術(shù)的出現(xiàn)與運(yùn)用，又給智慧消防整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了天翻地覆變革。

在智慧消防領(lǐng)域，借助于三維可視化技術(shù)的具象化、圖形化、可視化，可實(shí)現(xiàn)智慧消防系統(tǒng)的直觀性高、可靠性強(qiáng)和兼容性廣等功能，進(jìn)而提升消防安全管理和滅火救援的高效性。通過(guò)三維場(chǎng)景快速構(gòu)建、虛擬環(huán)境容器服務(wù)、實(shí)時(shí)協(xié)同標(biāo)繪和應(yīng)急處置算法等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智慧消防系統(tǒng)的消防安全預(yù)警防控、滅火救援?dāng)?shù)字化預(yù)案、消防資源調(diào)配等具體功能，為智慧消防的建設(shè)與發(fā)展提供解決方案，是現(xiàn)階段及未來(lái)研究的重點(diǎn)。

目前，雖只有少數(shù)企業(yè)開(kāi)始探索三維可視化技術(shù)在智慧消防領(lǐng)域的應(yīng)用，但三維可視化技術(shù)為智慧消防帶來(lái)的井噴將會(huì)是不遠(yuǎn)未來(lái)必然發(fā)生的盛事。