CN110728057A - 一种基于三维建模的消防训练演习方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于三维建模的消防训练演***，具有通用的广泛应用前景。

Description

一种基于三维建模的消防训练演习方法及其***

技术领域

本发明涉及一种基于三维建模技术的消防演习的仿真方法及其***，属于消防灾害仿真技术领域。

背景技术

消防体系经过近三十年改革建设，已经取得了很大的发展，基本构建起相适应的中国社会消防体系，积极支撑了中国经济建设与社会发展。尽管消防体系建设成绩巨大，但面对中国经济社会全方位发展的需求，现有的消防体系仍面临诸多因素的挑战：①中国大跨度不同经纬度的自然地理及气候环境、地区性建设发展不均衡、城乡差异大，以及层出不穷的新生类种消防灾害；②中国基层专业消防力量、基层队站布点、消防装备水平等发展的不均衡；③现有的消防支撑体系包括公安、武警、应急、医疗、电力、水务、城建、交通、社区等，仍处于碎片化体系，很难实现彼此之间的有效互动；④对实际建筑物、场地、移动载体中的消防设施状况、消防灾害可能爆发情况等信息了解不及时、不充分；⑤公众消防意识不强，对自身所处具体场所的消防应急知识、自救措施与方法等缺乏基本常识等。

目前消防体系的训练、演习、科普工作大多是单一进行的，彼此关联不足，且与实际消防监管区域关系不大，消防基层队伍按照自身规划在训练场地开展日常训练与演习，与实际生活中的消防监管区域或场所没有直接关系；责任单位制定的消防预案的纸质化方案与本区域或场所缺乏针对性；消防监管区域或场所中活动人员的消防知识培训与应急自救等缺乏针对性；消防监管单位，很难基于动态消防监管信息实现消防事故及时、准确的分析预警；出现消防事故时，消防队伍与责任单位对区域或场所的实际情况难以快速、全面把握；事故发生之后，责任单位对消防现场的灾害评估、资产抢救、整治等缺乏有效管理与实施等。目前国内消防体系还没有针对特定消防监管区域或场所的，集成消防应急教育、消防日常训练、消防演习、消防预案制定、消防现场指挥、消防灾后整治等于一体的***。

发明内容

针对目前国内消防体系的训练、演习、科普工作大多是单一进行的，彼此关联不足，且与实际消防监管区域关系不大的问题，本发明提出了一种基于三维建模的消防训练演习方法及其***，利用三维建模工具搭建实际消防监管区域的三维模型，并利用仿真软件进行消防灾害的三维虚拟仿真，仿真过程更加贴近实际情况，消防体系可以基于本发明方法和***进行精准的消防训练、演习和指挥，同时将仿真过程生成消防知识模型，更利于对民众进行消防知识科普。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

一种基于三维建模的消防训练演习方法，具体包括以下步骤：

S1、采集消防监管区域内各场景的数据，并根据采集到的数据构建三维真实场景一体化模型；

S2、根据三维真实场景一体化模型中各场景所属的行业领域、用途，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区；

S3、根据S2的功能分区为每个场景构建三维消防角色模型；

S4、根据消防灾害仿真需求采集灾害数据，构建三维消防灾害模型；

S5、利用三维真实场景一体化模型、三维消防角色模型和三维消防灾害模型进行不同功能分区下消防灾害的三维仿真，并生成消防知识模型。

进一步的，所述步骤S1中构建三维真实场景一体化模型的技术包括CAD三维设计技术、BIM建模技术和点云逆向建模技术；

进一步的，所述步骤S2中的功能分区包括居住区、商业区、工业区、交通区域、绿化区域、娱乐区域。

进一步的，所述三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

进一步的，所述消防知识模型包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系。

一种基于三维建模的消防训练演习***，主要包括三维场景管理模块、三维角色管理模块、三维消防灾害管理模块、功能分区编辑模块、三维消防灾害仿真模块和消防知识模型管理模块。

其中，所述三维场景管理模块，用于根据场景数据构建三维真实场景一体化模型，并对三维真实场景一体化模型进行管理；所述三维角色管理模块，用于根据三维真实场景一体化模型构建三维消防角色模型，并对三维消防角色模型进行管理；所述三维消防灾害管理模块，用于利用灾害数据在三维真实场景一体化模型上构建三维消防灾害模型，并对三维消防灾害模型进行管理；所述功能分区编辑模块，用于根据各场景所属的行业领域、用途，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区；所述三维消防灾害仿真模块，用于关联所述三维场景管理模块、三维角色管理模块、三维消防灾害管理模块和功能分区编辑模块，在不同功能分区下的不同三维场景中进行三维消防灾害的仿真操作，生成消防灾害仿真过程和仿真结果；所述消防知识模型管理模块，用于获取三维消防灾害仿真模块的仿真过程和仿真结果，生成不同功能分区、不同场景、不同消防灾害对应的消防知识模型。

进一步的，所述***的三维建模工具包括CAD三维设计工具、BIM建模工具和点云逆向建模工具。

进一步的，所述功能分区包括居住区、商业区、工业区、交通区域、绿化区域、娱乐区域。

进一步的，所述三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

进一步的，所述消防知识模型包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本发明提出了一种基于三维建模的消防训练演***，具有通用的广泛应用前景。

附图说明

图1为本发明一种基于三维建模的消防训练演习方法的步骤流程图。

图2为本发明一种基于三维建模的消防训练演习***的结构示意图。

图中，1是三维场景管理模块，2是三维角色管理模块，3是三维消防灾害管理模块，4是功能分区编辑模块，5是三维消防灾害仿真模块，6是消防知识模型管理模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明提出了一种基于三维建模的消防训练演习方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、确定消防监管区域，利用测量设备和传感器设备采集消防监管区域内各场景的数据，包括地形、地面建筑物、地下设施、消防逃生通道、消防设施、易燃易爆物、危化品等的数据，并根据采集到的数据构建三维真实场景一体化模型，三维真实场景一体化模型是根据实际空间位置关系、内在连接关系等将各个小的场景组合而成的完整的场景模型。三维真实场景一体化模型是本发明方法的基础，场景模型应该足够的精准、完整，与实际场景吻合度较高，这样才能保证在此基础上进行的仿真操作足够贴近真实情况，确保本发明方法的真实性和可靠性。本发明并不限制具体的三维建模技术，只要能够构建出与实际场景一致的三维场景的技术、工具都可以，比如CAD三维设计技术、BIM建模技术和点云逆向建模技术等。

S2、根据三维真实场景一体化模型中各场景所属的行业领域、用途等属性信息，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区，目前常见的场景可以分为自然场景(比如河流、树木等)和人工建造场景，功能分区主要是针对人工建造场景的分区操作，功能分区包括居住区(比如平房、居民楼、别墅等)、商业区(商场、市场、学校、医院、写字楼等)、工业区(比如厂房、仓库等)、交通区域(比如道路、车站等)、绿化区域(比如绿化带)、娱乐区域(比如公园、体育馆等)等，很多时候同一个场景包含多种功能，此时可以根据实际情况选取与消防仿真相关性最强的功能进行分区，或者将同一个场景划分近多个功能分区内。

S3、根据S2的功能分区为每个场景构建三维消防角色模型，消防***中最主要的角色是消防官兵，除此之外一个场景经还需要包括其他角色，比如居住区内内主要是普通住户，而商业区内会出现各种职业的人员，不同职业的人员会出现在不同的场景中，并在灾害发生时做出不同的反应，在构建三维消防角色模型时，可以根据角色不同为每个角色模型设置属性，使其贴合实际情况。

S4、根据消防灾害仿真需求采集相应的灾害数据，可以是从过往灾害材料中采集数据，也可以是根据仿真需求自定义数据，灾害数据包括灾害名称、灾害剧烈程度、灾害蔓延速度等等内容，利用灾害数据构建三维消防灾害模型，三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

S5、利用三维真实场景一体化模型、三维消防角色模型和三维消防灾害模型进行不同功能分区下消防灾害的三维仿真，确定三维消防灾害模型，然后将三维消防灾害模型关联到三维真实场景一体化模型中，明确灾害的发生位置，然后在场景模型中确定每个三维消防角色模型的空间位置、移动情况等，实现不同消防功能分区、不同消防角色在不同类型消防灾害事故中的活动情况，完成三维虚拟仿真，并根据具体的仿真过程和仿真结果生成消防知识模型，消防知识模型包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系，具有可视化、真实、可靠、易理解等优点，为消防知识科普提供有效的数据资料。

本发明还提出了一种基于三维建模的消防训练演习***，如图2所示，主要包括三维场景管理模块1、三维角色管理模块2、三维消防灾害管理模块3、功能分区编辑模块4、三维消防灾害仿真模块5和消防知识模型管理模块6。

三维场景管理模块主要用于根据采集的真实场景的数据构建三维真实场景一体化模型，并对三维真实场景一体化模型进行管理，主要是***内搭建了多个场景模型后对不同场景模型的整理，确定不同场景模型的关系等。

三维角色管理模块主要用于根据三维真实场景一体化模型构建三维消防角色模型，根据场景模型的不同，构建不同类型的角色模型，比如消防官兵、白领、工人、教师、学生、农民等不同类型人员模型，并对三维消防角色模型进行管理，为不同类型的角色模型设置与其身份对应的属性参数，比如设置教师和学生只出现在学校场景中，且遇到灾害后，教师可以组织学生避险。

三维消防灾害管理模块主要用于利用灾害数据在三维真实场景一体化模型上构建三维消防灾害模型，并对三维消防灾害模型进行管理。三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

功能分区编辑模块主要用于根据各场景所属的行业领域、用途，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区，功能分区包括居住区、商业区、工业区、交通区域、绿化区域、娱乐区域等，功能分区有利于后续对仿真过程进行调整，对仿真结果进行规划整理。

三维消防灾害仿真模块是本发明***的关键功能模块，主要用于根据仿真需求关联三维场景管理模块、三维角色管理模块、三维消防灾害管理模块和功能分区编辑模块，设置每个三维消防角色模型和三维消防灾害模型在三维真实场景一体化模型中的空间位置、数量、走向等，在不同功能分区下的不同三维场景中进行三维消防灾害的仿真操作，生成可视化的消防灾害仿真过程和仿真结果。

消防知识模型管理模块主要用于获取三维消防灾害仿真模块的仿真过程和仿真结果，生成不同功能分区、不同场景、不同消防灾害对应的消防知识模型，每个消防知识模型需要包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系。

本发明***中各个模块的三维建模工具包括CAD三维设计工具、BIM建模工具和点云逆向建模工具。

下面以某学校的火灾消防仿真演习为例对本发明方法和***做进一步解释：

S1、获取该学校的建筑图纸，对图纸中不明确的区域，到现场利用测量工具和传感器进行数据采集，根据这些图纸和数据在CAD三维设计工具上分别构建学校中各个区域、场所的的三维模型，并组合成学校的完整三维场景模型，在实际搭建模型时，为了缩小模型大小，减轻计算机的运算负荷采，可以按照一定的比例缩小模型尺寸。学校的三维场景模型中包括操场、教学楼、校内道路、校外道路、体育场、实验楼、花园等场景。

S2、利用功能分区编辑模块对学校和学校内的场景进行功能划分，学校本身属于商业区、人群密集区域，学校内的场景可以分为教学区域(包括教学楼、实验楼等)、活动区域(包括操场、花园、体育馆等)、逃生区域(校内道路、校外道路等)。

S3、利用CAD三维设计工具构建消防官兵、教师、学生等不同类型人员的三维消防角色模型。

S4、采集过往学校火灾事故的数据或者其他相似的区域的火灾数据，构建火灾的三维消防灾害模型，该模型中包括火灾起火时的模型、火灾蔓延时的模型，同时也可以设置火焰的范围、温度等等数据。

S5、假设需要进行学校中实验楼内实验失误引发火灾的消防仿真，则在学校场景模型中的实验楼模型内确定一个起火位置，并将起火位置的空间坐标与火灾的三维消防灾害模型关联起来，运行三维消防灾害模型，实现从起火到火势蔓延的三维仿真，同时控制教师角色模型和学生角色模型通过道路到操场上避险，控制消防官兵角色模型进入实验楼模型内进行灭火，直到灭火成功，完成学校火灾消防的完整三维仿真过程，将整个仿真过程记录下来进行可视化呈现，并生成学校火灾相关的消防知识模型。

本发明方法和***克服了目前消防体系中存在的几大不足：①消防基层队伍脱离特定消防监管区域或场所的三维真实情况而按自己的想象方式开展日常训练与演习工作，②责任单位无视特定消防监管区域或场所的三维真实情况而制定一堆纸质化的消防预案，③特定消防监管区域或场所中活动人员没有进行与自身环境相适应的消防知识培训与应急自救训练，④消防监管单位很难基于动态消防监管信息实现消防事故的三维可视化分析预警，⑤基层消防队伍很难第一时间准确把握消防现场的相关三维真实情况并实现快速、科学、合理的应急处理，⑥责任单位对消防现场的灾害评估、资产抢救、整治等很难建立起快速、有效的管理与实施体系等。本发明方法和***基于真实感强烈的三维虚拟模型进行消防灾害的三维仿真，将消防***数字化、可视化，只需要搭建一套三维场景模型就可以实现精准训练、演习、指挥等的高效、安全、经济化消防体系。

本发明方法和***可以应用于以下领域：1、智慧消防、平安城市、智慧城市建设；2、普通民众的消防知识培训、消费应急自救训练与演习；3、基层消防部队的消防日常培训与训练；4、基层消防部队的消防演习；5、责任单位的消防预案制定；6、消防监管的消防动态监控；7、消防事故现场指挥决策调度；8、消防灾后数字化评估与整治。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细地说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于三维建模的消防训练演习方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集消防监管区域内各场景的数据，并根据采集到的数据构建三维真实场景一体化模型；

S2、根据三维真实场景一体化模型中各场景所属的行业领域、用途，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区；

S3、根据S2的功能分区为每个场景构建三维消防角色模型；

S4、根据消防灾害仿真需求采集灾害数据，构建三维消防灾害模型；

S5、利用三维真实场景一体化模型、三维消防角色模型和三维消防灾害模型进行不同功能分区下消防灾害的三维仿真，并生成消防知识模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维建模的消防训练演习方法，其特征在于，所述步骤S1中构建三维真实场景一体化模型的技术包括CAD三维设计技术、BIM建模技术和点云逆向建模技术。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维建模的消防训练演习方法，其特征在于，所述步骤S2中的功能分区包括居住区、商业区、工业区、交通区域、绿化区域、娱乐区域。

4.根据权利要求1所述的一种基于三维建模的消防训练演习方法，其特征在于，所述三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于三维建模的消防训练演习方法，其特征在于，所述消防知识模型包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系。

6.一种基于三维建模的消防训练演习***，其特征在于，包括三维场景管理模块、三维角色管理模块、三维消防灾害管理模块、功能分区编辑模块、三维消防灾害仿真模块和消防知识模型管理模块；其中，

所述三维场景管理模块，用于根据场景数据构建三维真实场景一体化模型，并对三维真实场景一体化模型进行管理；

所述三维角色管理模块，用于根据三维真实场景一体化模型构建三维消防角色模型，并对三维消防角色模型进行管理；

所述三维消防灾害管理模块，用于利用灾害数据在三维真实场景一体化模型上构建三维消防灾害模型，并对三维消防灾害模型进行管理；

所述功能分区编辑模块，用于根据各场景所属的行业领域、用途，对三维真实场景一体化模型中各场景进行功能分区；

所述三维消防灾害仿真模块，用于关联所述三维场景管理模块、三维角色管理模块、三维消防灾害管理模块和功能分区编辑模块，在不同功能分区下的不同三维场景中进行三维消防灾害的仿真操作，生成消防灾害仿真过程和仿真结果；

所述消防知识模型管理模块，用于获取三维消防灾害仿真模块的仿真过程和仿真结果，生成不同功能分区、不同场景、不同消防灾害对应的消防知识模型。

7.根据权利要求6所述的一种基于三维建模的消防训练演习***，其特征在于，所述***的三维建模工具包括CAD三维设计工具、BIM建模工具和点云逆向建模工具。

8.根据权利要求6所述的一种基于三维建模的消防训练演习***，其特征在于，所述功能分区包括居住区、商业区、工业区、交通区域、绿化区域、娱乐区域。

9.根据权利要求6所述的一种基于三维建模的消防训练演习***，其特征在于，所述三维消防灾害模型包括火灾、塌陷、有害气体泄漏、***的模型。

10.根据权利要求6所述的一种基于三维建模的消防训练演习***，其特征在于，所述消防知识模型包括消防灾害、消防场景、功能分区、消防角色及其联动关系。

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