周玥彤 張帥

基金項目：本文系湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革重點(diǎn)項目“依托產(chǎn)學(xué)研多維融合的創(chuàng)意設(shè)計人才培養(yǎng)模式改革與實踐”（編號：HNJG-2022-0087）

作者簡介：周玥彤（2001.1-），女，漢族，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的加速和人口數(shù)量、建筑物數(shù)量的不斷增加，火災(zāi)風(fēng)險也相應(yīng)地增加。尤其在大型公共空間，人流量大，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散和逃生難度大大增加。智慧消防作為一種創(chuàng)新性的思路，將科技手段與消防工作融合，使得消防工作更加智能化、高效化。本文專注于大型室內(nèi)公共空間如商場中智慧消防逃生系統(tǒng)的設(shè)計，重點(diǎn)關(guān)注利用AI系統(tǒng)和大屏幕可視化技術(shù)，包括火災(zāi)動態(tài)預(yù)測、結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析、疏散導(dǎo)航與路徑規(guī)劃。該系統(tǒng)把消防逃生方案可視化，不僅能快速獲取各層人員的狀況，還能在大屏幕上展示火災(zāi)程度和逃生方案，具有服務(wù)型機(jī)器人搜尋失散人員和移動支持與智能雙向消防應(yīng)急疏散照明燈的輔助，從而為消防人員和公眾提供關(guān)鍵信息和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：可視化設(shè)計，智慧消防，服務(wù)設(shè)計，人工智能

1 前言

在當(dāng)代建筑趨勢中，高層化、大型化、多功能化及復(fù)雜化的特點(diǎn)日益明顯，這些特性使得傳統(tǒng)消防方法在火災(zāi)應(yīng)對上顯得緩慢且效率不高，一旦發(fā)生火災(zāi)，往往導(dǎo)致巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡[1]。因此，對于大型公共空間而言，實施一套完善的智慧消防火災(zāi)逃生系統(tǒng)顯得尤為重要。

該系統(tǒng)通過大屏幕的可視化展示，向顧客提供實時火災(zāi)信息，有助于降低公眾在火災(zāi)現(xiàn)場的恐慌心理。智慧消防火災(zāi)逃生系統(tǒng)的核心在于利用高科技手段，如傳感器、數(shù)據(jù)分析和人工智能，實時監(jiān)控火場情況，快速作出反應(yīng)。它不僅提供火災(zāi)的詳細(xì)信息，如火源位置、煙霧和火勢擴(kuò)散方向等，還能指導(dǎo)人們有效避開危險區(qū)域，如濃煙、有毒氣體和高溫區(qū)域，優(yōu)化了火災(zāi)時的人員疏散路線。通過這種方式，系統(tǒng)能夠顯著提高逃生者的生存機(jī)會，并有效管理大規(guī)模人流的疏散，從而最大限度地減少火災(zāi)帶來的傷亡和損失。

2智慧消防逃生系統(tǒng)的技術(shù)框架

2.1火災(zāi)探測、監(jiān)測與結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

在智慧消防逃生系統(tǒng)的技術(shù)框架中，重要的一環(huán)是通過先進(jìn)的傳感技術(shù)和人工智能（AI）算法來進(jìn)行火災(zāi)探測、監(jiān)測與結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析。這一系統(tǒng)的核心是在建筑中部署多種類型的傳感器，包括但不限于煙霧探測器、溫度感應(yīng)器、紅外傳感器和氣體分析儀。這些傳感器被設(shè)計為能夠?qū)崟r捕捉與火災(zāi)相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如煙霧濃度、溫度變化、火焰的存在以及有害氣體的釋放。相關(guān)數(shù)據(jù)被持續(xù)收集，并通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)[2]。

在中央處理系統(tǒng)中，AI算法，包括機(jī)器學(xué)習(xí)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或深度學(xué)習(xí)框架，被用于分析收集到的數(shù)據(jù)[3]。這些分析的目的旨在識別火災(zāi)發(fā)生的跡象、預(yù)測火勢發(fā)展趨勢，以及評估建筑的結(jié)構(gòu)完整性。AI系統(tǒng)通過分析歷史和實時數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確識別最初的火源位置，并預(yù)測火災(zāi)的行為，如火勢蔓延速度、煙霧移動路徑和火災(zāi)持續(xù)時間。同時，結(jié)構(gòu)健康傳感器提供的數(shù)據(jù)使AI系統(tǒng)能夠評估建筑受熱影響后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和完整性，并預(yù)測可能的結(jié)構(gòu)損害和危險區(qū)域，為消防人員和應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊提供關(guān)鍵信息。

2.2火災(zāi)動態(tài)及最佳逃生路徑預(yù)測

AI系統(tǒng)結(jié)合態(tài)勢感知與情景意識技術(shù)，顯著提高了火災(zāi)應(yīng)對的效率和精確度[4]。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，AI系統(tǒng)能夠分析來自傳感器的大量數(shù)據(jù)，如溫度、煙霧密度、氣體成分等。這些算法通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練，能夠識別火災(zāi)發(fā)展的模式和趨勢，預(yù)測火勢蔓延速度、方向和強(qiáng)度。AI還可以通過計算流體動力學(xué)（CFD）模擬和區(qū)域模型，預(yù)測煙霧運(yùn)動和火勢衰退的路徑。態(tài)勢感知技術(shù)幫助系統(tǒng)實時理解和評估當(dāng)前的火災(zāi)情況，而情景

意識技術(shù)則結(jié)合建筑布局、人流分布和已知的安全信息，為現(xiàn)場人員和消防隊員提供全面的火災(zāi)場景理解。綜合這些技術(shù)，AI系統(tǒng)能夠確定最安全和最快的逃生路徑，考慮到煙霧擴(kuò)散、火勢蔓延、建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和人員分布，以確保逃生路線既安全又高效。在不斷變化的火災(zāi)情況下，系統(tǒng)能實時更新逃生指引，動態(tài)調(diào)整逃生路徑。

2.3消防逃生路線的可視化

首先，利用CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）軟件獲得或創(chuàng)建建筑物的詳細(xì)平面圖，包括所有樓層、房間和緊急出口的位置。使用專業(yè)的數(shù)據(jù)可視化工具將逃生路線圖形化，以清晰直觀的方式顯示，如動態(tài)圖表、3D模型和交互式界面。并且通過AR或VR技術(shù)，可以在真實環(huán)境或模擬環(huán)境中直觀地展示逃生路線，增強(qiáng)培訓(xùn)和演練的真實感和效果。同時利用建筑中的傳感器數(shù)據(jù)，如煙霧探測器、溫度傳感器等，實時更新逃生路線，以應(yīng)對變化的環(huán)境條件。將這些技術(shù)結(jié)合使用，可以有效地制作和展示消防逃生路線圖，幫助建筑內(nèi)的人員在緊急情況下迅速且安全地疏散。

3大屏幕可視化的實現(xiàn)和應(yīng)用

3.1智慧消防可視化設(shè)計

設(shè)計有效的大屏幕可視化界面首先需要考慮用戶的需求和可視化的目標(biāo)。界面設(shè)計應(yīng)直觀、清晰，易于快速理解，尤其是在緊急情況下，關(guān)鍵信息，如火災(zāi)的位置、規(guī)模和蔓延情況，應(yīng)被突出顯示。同時，界面應(yīng)展示實時更新最佳逃生路線，這些路線應(yīng)根據(jù)當(dāng)前火勢和建筑內(nèi)部情況動態(tài)調(diào)整。此外，界面設(shè)計還應(yīng)考慮到不同用戶群體的需求，比如消防人員和建筑內(nèi)的居民或顧客可能需要不同類型的信息[5]。

可視化界面的設(shè)計還需考慮到易用性。例如，通過色彩編碼顯示不同的火災(zāi)等級和緊急程度，使用圖標(biāo)和符號表示重要的地標(biāo)和逃生出口，以及確保界面在不同光線條件下都清晰可見。除了視覺元素，還可以結(jié)合聲音和文字提示，為視覺受限的用戶提供必要的信息。

3.2火災(zāi)逃生信息展示

大屏幕的信息展示應(yīng)覆蓋各層人員狀況、火災(zāi)程度和逃生方案。首先，顯示各層的人員狀況對于疏散管理至關(guān)重要。這可能包括顯示每層的人數(shù)估計，以及識別出重點(diǎn)疏散區(qū)域。其次，火災(zāi)程度的展示應(yīng)包括火源位置、火勢強(qiáng)度和煙霧范圍。這些信息可以通過實時數(shù)據(jù)更新，確保提供最新的火災(zāi)狀況。

逃生方案的展示應(yīng)明確指出安全的逃生路線，并根據(jù)火勢變化和其他因素實時更新。在設(shè)計逃生路線時，系統(tǒng)需考慮當(dāng)前的火災(zāi)狀況、建筑布局、已知障礙物，以及人員分布。通過動態(tài)展示這些逃生路線，系統(tǒng)可以指導(dǎo)人員避開危險區(qū)域，安全快速地疏散。

數(shù)字媒體藝術(shù)在設(shè)計大屏幕可視化界面時起著重要作用。例如，使用動畫效果來表示火勢蔓延和煙霧擴(kuò)散，或者通過AR技術(shù)在實景中虛擬展示逃生路線。藝術(shù)化的可視化設(shè)計不僅能吸引觀眾的注意，還能幫助他們更直觀地理解復(fù)雜的火災(zāi)狀況和逃生策略。

4服務(wù)型機(jī)器人的集成

4.1火情信息搜尋

在火災(zāi)緊急情況下，裝備有先進(jìn)多源傳感系統(tǒng)的服務(wù)型機(jī)器人在定位和搜尋火情發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些機(jī)器人利用激光和視覺SLAM（同時定位與地圖構(gòu)建）導(dǎo)航，克服了傳統(tǒng)定位方法在煙霧環(huán)境中的局限。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可以及時向操作總臺實時提供現(xiàn)場火情，幫助總臺分析適合的疏散方法與逃生路線。

4.2引導(dǎo)與幫助失散人員

當(dāng)進(jìn)行火災(zāi)救援時，有些被困于較復(fù)雜環(huán)境的人員很難自己找到逃生路線，引導(dǎo)和幫助失散人員方面便需要該機(jī)器人。機(jī)器人通過結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），使用陀螺儀和加速度計，實現(xiàn)了在混亂環(huán)境中的自主導(dǎo)航，提高了短期精確度。它們使用超寬帶（UWB）定位方法，在復(fù)雜的室內(nèi)空間中準(zhǔn)確導(dǎo)航。這一系統(tǒng)由標(biāo)簽和基站組成，使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地確定其位置并在障礙物和不同的室內(nèi)地形中高效地移動。當(dāng)搜尋到失散人員后，機(jī)器人大屏幕立即向失散人員展示逃生方向，失散人員可以在機(jī)器人下方獲取濕毛巾輔助逃生。檢測到失散人員數(shù)量較多時，機(jī)器人立即向總臺發(fā)出失散人員定位信號進(jìn)行提醒，使救援外援盡快趕到。

4.3現(xiàn)場支持功能

除了搜索和救援外，服務(wù)型機(jī)器人還提供關(guān)鍵的現(xiàn)場支持功能。機(jī)器人的定位系統(tǒng)通過一個緊湊的組合模型支持，該模型融合了來自不同傳感器的數(shù)據(jù)。這種方法顯著提高了定位精度，使機(jī)器人能夠適應(yīng)動態(tài)變化的火災(zāi)場景。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確保機(jī)器人能夠提供實時、可靠的幫助，如運(yùn)送緊急物資、向消防員傳遞關(guān)鍵信息以及協(xié)助疏散過程。服務(wù)型機(jī)器人在火災(zāi)緊急情況下成為不可或缺的資產(chǎn)，尤其是在大型室內(nèi)公共空間。這也展示了機(jī)器人援助在提高火災(zāi)安全和應(yīng)對策略方面的潛力。

5智能雙向消防應(yīng)急疏散照明燈的輔助

5.1應(yīng)急照明與日常照明兩用

在客流量大的建筑中，每層應(yīng)設(shè)置消防疏散指示燈引領(lǐng)人員通往安全通道。在正常非應(yīng)急狀態(tài)下，由應(yīng)急照明控制器控制標(biāo)志燈光源在無人活動的區(qū)域處于節(jié)電點(diǎn)亮模式或者長期無人時關(guān)閉；當(dāng)在遇到緊急情況時，通過各個傳感器迅速判斷并作出反應(yīng)，切換至應(yīng)急照明狀態(tài)。火災(zāi)探測器檢測火災(zāi)信號，在模塊的作用下將信息反饋到消防聯(lián)動控制器，建筑里的消防聯(lián)動系統(tǒng)啟動設(shè)備滅火，消防應(yīng)急燈輔助人員安全逃生，消減了不必要的成本，增加了實用有效的功能。

5.2提供電氣連接和插頭連接兩種通電模式

在有可靠電源的情況下，應(yīng)利用主電源點(diǎn)亮疏散照明，同時進(jìn)行電氣連接，即電源連接端子排。在外部沒有電源的情況下，消防燈能夠正常工作，有減少損耗和建筑更好的一體化等優(yōu)點(diǎn)，以確保供電時間。

5.3輔助疏散統(tǒng)計逃生人員

在發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)急疏散燈安裝傳感器進(jìn)行雙方向感知逃生人數(shù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)傳輸操作總臺，輔助后續(xù)消防救援。緊急情況下統(tǒng)計經(jīng)過人數(shù)的技術(shù)需要考慮到極端條件下的穩(wěn)定性和可靠性，熱成像技術(shù)利用熱成像攝像頭檢測和記錄熱量分布，通過捕捉人體發(fā)出的熱量來識別和統(tǒng)計人員。熱成像攝像頭可以在煙霧和低吸低夜條件下工作，適合光線不足的環(huán)境，對于火災(zāi)場景尤其有用。

5.4采用組合式雙向標(biāo)志燈

在高大空間，疏散方向標(biāo)志燈無法吊掛安裝在頂棚處，地面疏散指示有時也不易看清指示。安裝組合式雙向安全出口應(yīng)急疏散標(biāo)志燈就可以在疏散通道處看到安全出口或疏散門，這也解決了安全出口在疏散通道的側(cè)面（與疏散方向平行時）無法看到的情況。

6結(jié)論

本文深入探討了大型室內(nèi)公共空間的智慧消防火災(zāi)逃生系統(tǒng)設(shè)計，如商場中的應(yīng)用及其重要性。這一系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測火場情況，快速分析和反應(yīng)，提供最佳逃生路徑，并通過大屏幕可視化技術(shù)向公眾展示關(guān)鍵的火災(zāi)信息。不僅優(yōu)化了火災(zāi)時的人員疏散路線，提高了逃生者的生存機(jī)會，也顯著提高了消防響應(yīng)的速度和準(zhǔn)確性。此外，服務(wù)型機(jī)器人通過高級的導(dǎo)航系統(tǒng)和多源傳感系統(tǒng)，在煙霧環(huán)境中有效地進(jìn)行自主導(dǎo)航，提供搜索、救援和現(xiàn)場支持功能。智能雙向消防應(yīng)急疏散照明燈在多功能性上表現(xiàn)卓越，能夠在日常與緊急情況下切換使用模式。這種照明系統(tǒng)在常態(tài)下通過控制器進(jìn)行節(jié)能運(yùn)作，而在火災(zāi)等緊急情況自動轉(zhuǎn)換為應(yīng)急模式，以支持疏散和救援行動。其獨(dú)特的雙向標(biāo)志設(shè)計解決了大空間和復(fù)雜環(huán)境中疏散指示的可見問題，增強(qiáng)了燈具的實用性和安全性。

總體來說，本研究展示了智慧消防逃生系統(tǒng)在現(xiàn)代大型建筑中的火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)對方面的巨大潛力。該系統(tǒng)的成功實現(xiàn)和應(yīng)用，不僅能夠在火災(zāi)中保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全，還將標(biāo)志著消防行業(yè)向更高效、智能化的方向發(fā)展。

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