本發(fā)明涉及城市建筑消防管理，具體為基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理平臺。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化進程的加速，城市建筑呈現(xiàn)出高度密集化、功能復(fù)合化及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的特點，建筑消防安全管理面臨著火災(zāi)風(fēng)險預(yù)判難、應(yīng)急響應(yīng)效率低、多系統(tǒng)協(xié)同性差等多重挑戰(zhàn)。在這一背景下，融合建筑信息模型（bim）、地理信息系統(tǒng)（gis）及物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的智能化管理手段，成為提升城市建筑消防安全水平的重要發(fā)展方向。

2、傳統(tǒng)的城市建筑消防安全智能管理平臺，多是通過bim實現(xiàn)建筑內(nèi)部消防設(shè)施的靜態(tài)建模，借助gis完成城市消防資源的宏觀標注，利用傳感器進行單點數(shù)據(jù)采集，從而使bim的微觀建筑細節(jié)與gis的宏觀地理信息處于割裂狀態(tài)，使得微觀構(gòu)件的實時狀態(tài)與宏觀環(huán)境的影響無法進行協(xié)同分析，火災(zāi)模擬僅能依賴單一物理場的靜態(tài)計算，決策策略也多基于預(yù)設(shè)規(guī)則生成，難以適配火災(zāi)發(fā)展過程中溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散的動態(tài)演化規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理平臺，解決傳統(tǒng)的城市建筑消防安全智能管理平臺，難以適配火災(zāi)發(fā)展過程中溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散的動態(tài)演化規(guī)律的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理平臺，包括：

3、多維度傳感模塊：用于接入bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)和gis地理空間數(shù)據(jù)，并實時采集建筑的多維度數(shù)據(jù)；

4、數(shù)據(jù)融合模塊：用于采用時空注意力機制對bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)、gis地理空間數(shù)據(jù)及多維度數(shù)據(jù)進行時空對齊與特征融合，并進行標準化處理，得到融合數(shù)據(jù)；

5、耦合計算模塊：用于利用多物理場耦合算法，根據(jù)融合數(shù)據(jù)構(gòu)建包含溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場交互作用的火災(zāi)動力學(xué)模型，并模擬溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散的動態(tài)過程，得到物理模擬結(jié)果；

6、智能決策模塊：用于通過動態(tài)因果推理與多目標優(yōu)化算法，基于物理模擬結(jié)果生成疏散路徑與應(yīng)急策略；

7、交互控制模塊：用于將各項數(shù)據(jù)進行實時傳輸與可視化交互，并聯(lián)動消防設(shè)備與交通系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急策略執(zhí)行分級控制。

8、通過采用上述技術(shù)方案，從而通過bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)、gis地理空間數(shù)據(jù)與實時多維度數(shù)據(jù)的全面采集與接入，借助時空注意力機制完成多源數(shù)據(jù)的時空對齊與特征融合，形成標準化的融合數(shù)據(jù)，利用多物理場耦合算法構(gòu)建包含溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場交互作用的火災(zāi)動力學(xué)模型，動態(tài)模擬火災(zāi)發(fā)展過程中各物理場的演化規(guī)律，結(jié)合動態(tài)因果推理與多目標優(yōu)化算法，基于實時物理模擬結(jié)果生成適配火災(zāi)動態(tài)變化的疏散路徑與應(yīng)急策略，并通過數(shù)據(jù)的實時傳輸、可視化交互及消防設(shè)備與交通系統(tǒng)的分級聯(lián)動控制，構(gòu)建了從多源數(shù)據(jù)融合到動態(tài)模擬、智能決策再到執(zhí)行控制的完整閉環(huán)，實現(xiàn)了對火災(zāi)發(fā)展過程中溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散動態(tài)演化規(guī)律的刻畫與實時適配，解決了傳統(tǒng)的城市建筑消防安全智能管理平臺，難以適配火災(zāi)發(fā)展過程中溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散的動態(tài)演化規(guī)律的問題。

9、優(yōu)選的，所述多維度傳感模塊包括傳感器單元、數(shù)據(jù)接入單元與邊緣預(yù)處理單元，所述傳感器單元用于通過傳感設(shè)備實時采集建筑的多維度數(shù)據(jù)，所述傳感設(shè)備包括光纖光柵溫度傳感器、分布式聲學(xué)傳感器、溫濕度傳感器、煙氣濃度傳感器及壓力傳感器，所述多維度數(shù)據(jù)包括建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)及消防設(shè)備運行數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)接入單元用于采用ifc標準解析工具接入bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)，采用地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口接入gis地理空間數(shù)據(jù)，所述邊緣預(yù)處理單元用于對多維度數(shù)據(jù)、bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)和gis地理空間數(shù)據(jù)，采用滑動窗口算法過濾其中的異常數(shù)據(jù)。

10、優(yōu)選的，所述建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)包括結(jié)構(gòu)溫度與振動位移，所述環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)速、濕度及煙氣濃度，所述消防設(shè)備運行數(shù)據(jù)包括噴淋系統(tǒng)壓力及防火門開關(guān)狀態(tài)，所述bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)包括建筑構(gòu)件的幾何尺寸、材料屬性及消防設(shè)施位置，所述gis地理空間數(shù)據(jù)包括建筑周邊地形、道路網(wǎng)絡(luò)及消防資源分布。

11、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)融合模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、時空對齊單元與特征融合單元，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于采用z-score標準化公式，對bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)、gis地理空間數(shù)據(jù)及多維度數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換與歸一化處理，得到標準化數(shù)據(jù)，所述時空對齊單元用于根據(jù)標準化數(shù)據(jù)，采用動態(tài)時間規(guī)整算法進行時間對齊，并采用改進迭代最近點算法進行坐標配準，得到時空對齊數(shù)據(jù)，所述特征融合單元用于根據(jù)時空對齊數(shù)據(jù)，采用時空注意力機制計算時間注意力權(quán)重和空間注意力權(quán)重，通過權(quán)重分配對時空對齊數(shù)據(jù)進行特征重組，生成融合特征向量，輸出融合數(shù)據(jù)。

12、優(yōu)選的，所述耦合計算模塊包括模型構(gòu)建單元、熱力耦合計算單元、煙氣擴散計算單元與模擬結(jié)果整合單元，所述模型構(gòu)建單元用于根據(jù)融合數(shù)據(jù)，提取建筑的參數(shù)，并基于多物理場耦合算法構(gòu)建包含溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場交互作用的火災(zāi)動力學(xué)模型，所述熱力耦合計算單元用于根據(jù)火災(zāi)動力學(xué)模型，基于熱傳導(dǎo)方程、結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程及溫度依賴型導(dǎo)熱系數(shù)公式求解溫度場與結(jié)構(gòu)變形的動態(tài)關(guān)系，輸出溫度場動態(tài)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)變形動態(tài)數(shù)據(jù)，所述煙氣擴散計算單元用于根據(jù)溫度場動態(tài)數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)，基于分數(shù)階擴散方程模擬煙氣擴散過程，輸出煙氣擴散動態(tài)數(shù)據(jù)，所述模擬結(jié)果整合單元用于將溫度場動態(tài)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)變形動態(tài)數(shù)據(jù)及煙氣擴散動態(tài)數(shù)據(jù)，按時間序列與空間坐標關(guān)聯(lián)整合，輸出包含溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散動態(tài)過程的物理模擬結(jié)果。

13、優(yōu)選的，所述參數(shù)包括構(gòu)件熱工參數(shù)、幾何拓撲關(guān)系及環(huán)境邊界條件，所述構(gòu)件熱工參數(shù)包括材料密度、定壓比熱容、基準導(dǎo)熱系數(shù)及溫度系數(shù)，所述幾何拓撲關(guān)系包括建筑構(gòu)件的三維坐標、尺寸參數(shù)及空間連接方式，所述尺寸參數(shù)包括長度、寬度及高度，所述空間連接方式包括構(gòu)件間的焊接、螺栓連接及嵌套關(guān)系，所述環(huán)境邊界條件包括環(huán)境參數(shù)以及gis地理空間數(shù)據(jù)中的建筑周邊地形坡度與道路通行能力。

14、優(yōu)選的，所述智能決策模塊包括動態(tài)推理單元、路徑優(yōu)化單元與策略生成單元，所述動態(tài)推理單元用于根據(jù)物理模擬結(jié)果，采用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建狀態(tài)節(jié)點集，通過粒子濾波算法更新狀態(tài)節(jié)點集中各節(jié)點的后驗概率，并利用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)基于動態(tài)因果推理機制建立節(jié)點間的因果依賴關(guān)系，輸出火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果，所述路徑優(yōu)化單元用于根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果，基于多目標優(yōu)化算法構(gòu)建路徑優(yōu)化目標函數(shù)，輸出疏散路徑，所述策略生成單元用于根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果和疏散路徑，結(jié)合建筑消防設(shè)施分布及周邊救援資源信息，生成應(yīng)急策略。

15、優(yōu)選的，所述狀態(tài)節(jié)點集包括火源強度、溫度場、結(jié)構(gòu)變形、煙氣濃度及疏散難度，所述應(yīng)急策略包括設(shè)備控制指令和交通調(diào)度方案。

16、優(yōu)選的，所述交互控制模塊包括傳輸交互單元與聯(lián)動控制單元，所述傳輸交互單元用于通過傳輸設(shè)備將各項數(shù)據(jù)進行實時傳輸，并利用交互設(shè)備進行可視化交互作業(yè)，所述傳輸設(shè)備包括以太網(wǎng)交換機、5g工業(yè)網(wǎng)關(guān)及光纖傳輸設(shè)備，所述交互設(shè)備包括三維可視化大屏、ar交互眼鏡及移動端智能終端，所述聯(lián)動控制單元用于根據(jù)應(yīng)急策略聯(lián)動消防設(shè)備與交通系統(tǒng)執(zhí)行分級控制，所述分級控制包括：一級響應(yīng)、二級響應(yīng)及三級響應(yīng)，所述一級響應(yīng)為當(dāng)物理模擬結(jié)果中溫度場動態(tài)數(shù)據(jù)顯示溫度超過預(yù)設(shè)閾值時，觸發(fā)預(yù)警信息推送至交互設(shè)備，所述二級響應(yīng)為當(dāng)煙氣擴散動態(tài)數(shù)據(jù)顯示煙氣濃度超過預(yù)設(shè)閾值時，自動觸發(fā)噴淋系統(tǒng)啟動、防火卷簾關(guān)閉及排煙風(fēng)機運行的設(shè)備控制指令，所述三級響應(yīng)為當(dāng)結(jié)構(gòu)變形動態(tài)數(shù)據(jù)顯示結(jié)構(gòu)屈服概率超過預(yù)設(shè)閾值時，聯(lián)動消防救援指揮系統(tǒng)并向交通管控平臺發(fā)送交通調(diào)度方案，調(diào)整火災(zāi)點周邊交通信號燈配時以開辟應(yīng)急通道。

17、基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理方法，應(yīng)用于上述的基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理平臺，包括以下步驟：

18、多維度傳感：接入bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)和gis地理空間數(shù)據(jù)，并實時采集建筑的多維度數(shù)據(jù)；

19、數(shù)據(jù)融合：采用時空注意力機制對bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)、gis地理空間數(shù)據(jù)及多維度數(shù)據(jù)進行時空對齊與特征融合，并進行標準化處理，得到融合數(shù)據(jù)；

20、耦合計算：利用多物理場耦合算法，根據(jù)融合數(shù)據(jù)構(gòu)建包含溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場交互作用的火災(zāi)動力學(xué)模型，并模擬溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散的動態(tài)過程，得到物理模擬結(jié)果；

21、智能決策：通過動態(tài)因果推理與多目標優(yōu)化算法，基于物理模擬結(jié)果生成疏散路徑與應(yīng)急策略；

22、交互控制：將各項數(shù)據(jù)進行實時傳輸與可視化交互，并聯(lián)動消防設(shè)備與交通系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急策略執(zhí)行分級控制。

23、本發(fā)明提供了基于bim與gis多源融合的城市建筑消防安全智能管理平臺。具備以下有益效果：

24、1、本發(fā)明通過bim建筑細節(jié)數(shù)據(jù)、gis地理空間數(shù)據(jù)與實時多維度數(shù)據(jù)的全面采集與接入，借助時空注意力機制完成多源數(shù)據(jù)的時空對齊與特征融合，形成標準化的融合數(shù)據(jù)，利用多物理場耦合算法構(gòu)建包含溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場交互作用的火災(zāi)動力學(xué)模型，動態(tài)模擬火災(zāi)發(fā)展過程中各物理場的演化規(guī)律，結(jié)合動態(tài)因果推理與多目標優(yōu)化算法，基于實時物理模擬結(jié)果生成適配火災(zāi)動態(tài)變化的疏散路徑與應(yīng)急策略，實現(xiàn)了對火災(zāi)發(fā)展過程中溫度場、結(jié)構(gòu)變形與煙氣擴散動態(tài)演化規(guī)律的刻畫與實時適配。

25、2、本發(fā)明通過采用時空注意力機制進行時空對齊與特征重組，既保留了bim模型對建筑構(gòu)件微觀特征的精準刻畫，又整合了gis對宏觀地理環(huán)境的全局描述，同時納入實時傳感數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，使后續(xù)模擬與決策建立在更全面、精準的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，有效改善多源數(shù)據(jù)格式異構(gòu)、時空錯位導(dǎo)致的信息割裂問題，提升了數(shù)據(jù)利用率與一致性。

26、3、本發(fā)明通過熱力耦合計算單元求解熱傳導(dǎo)方程、結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程及溫度依賴型導(dǎo)熱系數(shù)公式，刻畫溫度場與結(jié)構(gòu)變形的動態(tài)關(guān)聯(lián)；借助煙氣擴散計算單元的分數(shù)階擴散方程，考慮建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)對煙氣擴散的非經(jīng)典影響，使溫度場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場與煙氣擴散場的交互作用得到真實還原，從而更貼近火災(zāi)實際演化過程，為風(fēng)險評估提供了更可靠的物理依據(jù)。

27、4、本發(fā)明通過動態(tài)推理單元基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建狀態(tài)節(jié)點集，利用粒子濾波算法與動態(tài)因果推理機制挖掘火災(zāi)風(fēng)險演化規(guī)律，輸出的火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果更具時效性與準確性；路徑優(yōu)化單元構(gòu)建的多目標優(yōu)化函數(shù)綜合考量路徑長度、熱暴露量與人員密度，生成的疏散路徑兼顧安全與效率；策略生成單元結(jié)合建筑消防設(shè)施與周邊救援資源生成分級應(yīng)急策略，使決策從經(jīng)驗驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動，提升了應(yīng)急處置的科學(xué)性與針對性。