一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法与流程

本发明属于火灾现场坍塌风险预警，具体涉及一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法。

背景技术：

1、火灾下建筑物的倒塌严重威胁到消防队员的人身安全，但现有的预警理论和监测手段仍然无法对建筑的火灾下倒塌做出科学、合理的预测；

2、现有技术公开了一种单层厂房火灾倒塌安全预警系统及方法，申请号：202210593932.6，具体方法为：获取单层厂房每一榀结构的屋脊和檐口处的三维位移，构建位移-时间曲线，包括屋脊的竖向位移-时间曲线、着火侧檐口的竖向位移-时间曲线和着火侧檐口的水平位移-时间曲线；对应每条位移-时间曲线，确定预警触发条件和倒塌时间计算参数，实时检测各条位移-时间曲线是否满足预警触发条件，在位移-时间曲线满足预警触发条件时，输出该预警触发条件对应的倒塌预警等级，使用该预警触发条件对应的倒塌时间计算参数计算得到剩余倒塌时间并输出。从而达到对火灾下单层厂房的倒塌时间进行预警，有较大的公共安全价值，通过厂房屋脊和檐口处的位移-时间曲线规律确定倒塌预警等级，进而计算剩余倒塌时间，预测时间的精确度更高，有效保障救援效率与消防人员生命安全。此方法仅仅公开了火灾中建筑物的剩余倒塌时间和倒塌预警等级，而没有对建筑在火灾中的倒塌范围进行公开，由于没有对倒塌范围的公开导致在非倒塌范围内的人员和财产因风险不明难以得到及时救援。

3、目前火灾中的起火建筑物倒塌由以下因素导致：起火建筑物火灾温度、建筑物楼板的不同材质、建筑物楼板因高温降低承重能力，当楼板因高温降低的承重能力低于其载重时，起火建筑物会发生坍塌。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，进而提出了一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法。

2、本发明具体技术方案如下：

3、s100、获取火灾现场建筑物环境信息，根据火灾现场建筑物环境信息建立火灾现场建筑环境数字孪生模型，其中火灾现场建筑物环境信息包括：燃烧区域楼板厚度信息、楼板温度分布信息、燃烧区域楼板上物品重量信息、燃烧区域楼板上物品位置信息和燃烧区域楼板上物品与楼板接触轮廓信息；

4、s200、根据燃烧区域楼板温度分布信息确定坍塌初始轮廓；

5、s300、根据燃烧区域楼板上物品与楼板接触轮廓信息、燃烧区域楼板上物品位置信息确定附加坍塌轮廓；

6、s400、根据燃烧区域楼板厚度信息和燃烧区域楼板上物品重量信息确定坍塌风险等级；

7、s500、根据附加坍塌轮廓与坍塌初始轮廓确定预测坍塌轮廓；

8、s600、实时获取消防人员位置信息，当消防人员位置与预测坍塌轮廓重合时，及时向消防人员发送预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级进而实现坍塌风险预警。

9、进一步，所述获取火灾现场建筑物环境信息，根据火灾现场建筑物环境信息建立火灾现场建筑环境数字孪生模型的方法为：

10、建立建筑物数字孪生模型数据库，火灾发生时调取起火建筑物的数字孪生模型；

11、通过红外热像仪获取楼板温度分布图像信息，根据楼板温度分布图像信息，获取燃烧区域位置信息；

12、根据燃烧区域位置信息获取燃烧区域楼板厚度信息；

13、通过摄像头获取燃烧区域物品图像信息，根据燃烧区域物品图像信息获取燃烧区域物品与楼板接触轮廓；

14、将燃烧区域物品图像信息与物品管理系统中的物品图像进行对比，获取燃烧区域物品重量信息；

15、将温度分布图像、燃烧区域物品重量信息和燃烧区域物品与楼板接触轮廓信息输入起火建筑物的数字孪生模型。

16、进一步，获取燃烧区域楼板温度分布信息确定坍塌初始轮廓的方法为：

17、获取火灾现场建筑物建筑楼板材质信息；

18、根据火灾现场建筑物建筑楼板材质信息设定温度阈值；

19、获取温度分布图像上不小于温度阈值的温度点，将相邻的温度点连线获取阈值温度区域，阈值温度区域边线所构成的轮廓为坍塌初始轮廓。

20、进一步，所述根据燃烧区域楼板上物品与楼板接触轮廓信息、燃烧区域楼板上物品位置信息确定附加坍塌轮廓的方法为：

21、判断燃烧区域接触轮廓与坍塌初始轮廓是否发生重叠，当发生重叠，燃烧区域接触轮廓与坍塌初始轮廓非重叠部分为附加坍塌轮廓。

22、进一步，所述根据燃烧区域楼板厚度信息和燃烧区域楼板上物品重量信息确定坍塌风险等级的方法为，

23、根据火灾现场建筑物建筑楼板材质信息、燃烧区域楼板温度信息和燃烧区域楼板厚度信息计算出燃烧区域楼板单位面积承重量为m；

24、计算出预测坍塌轮廓内的燃烧区域楼板上物品重量的总和为m(kg);

25、根据公式：s/h(+m/s*m)=α;

26、其中，h为楼板厚度、s为预测坍塌轮廓面积、α为风险系数；

27、α数值越大坍塌风险等级越高。

28、进一步，实时获取消防人员位置信息的方式为：

29、根据消防人员佩戴的定位装置，获取消防人员在火灾现场建筑物的位置，在起火建筑物的数字孪生模型中标定的消防人员位置。

30、进一步，当消防人员位置与预测坍塌轮廓重合时，及时向消防人员发送预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级进而实现坍塌风险预警的方法为：

31、根据起火建筑物的数字孪生模型中消防人员位置和预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级信息指挥中心通过通讯设备将预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级信息发送至火灾现场建筑物内的消防人员。

32、进一步，温度阈值为火灾现场建筑物建筑楼板承重性能降低20%时的温度值。

33、进一步，所述根据起火建筑楼板建筑材质信息、燃烧区域楼板温度信息和燃烧区域楼板厚度信息计算出燃烧区域楼板单位面积承重量m的方法为：

34、通过收集多次实验建筑物楼板不同材质耐火承重实验，建立建筑物楼板承重能力数据库，建筑物楼板承重能力数据库至少包括：建筑楼板材质信息、单位面积承重信息、楼板厚度信息和楼板温度信息；

35、通过多次实验获取在不同建筑楼板材质信息、不同楼板厚度信息和不同楼板温度信息条件下单位面积楼板的极限坍塌承重信息，即建筑物楼板单位面积承重量m。

36、本发明的优点在于：本发明通过获取楼板温度分布图像信息，火灾现场建筑物建筑楼板材质信息、火灾现场建筑物建筑楼板材质信息设定温度阈值；判断为坍塌初始轮廓；根据燃烧区域楼板上物品与楼板接触轮廓信息、燃烧区域楼板上物品位置信息，判断燃烧区域接触轮廓与坍塌初始轮廓是否发生重叠，当发生重叠，燃烧区域接触轮廓与坍塌初始轮廓非重叠部分为附加坍塌轮廓；更加精准的判断的坍塌区域，通过数字孪生模型将附加坍塌轮廓进行标定，同时通过消防人员佩戴的定位装置，确定消防人员是否处于坍塌区域，对处于坍塌区域的消防人员进行预警，有效避免了因火灾中建筑物坍塌造成的人员伤亡。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，所述获取火灾现场建筑物环境信息，根据火灾现场建筑物环境信息建立火灾现场建筑环境数字孪生模型的方法为：

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，根据燃烧区域楼板温度分布信息确定坍塌初始轮廓的方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，所述根据燃烧区域楼板上物品与楼板接触轮廓信息、燃烧区域楼板上物品位置信息确定附加坍塌轮廓的方法为：

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，所述根据燃烧区域楼板厚度信息和燃烧区域楼板上物品重量信息确定坍塌风险等级的方法为，

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，实时获取消防人员位置信息的方式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，当消防人员位置与预测坍塌轮廓重合时，及时向消防人员发送预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级进而实现坍塌风险预警的方法为：

8.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，温度阈值为火灾现场建筑物建筑楼板承重性能降低20%时的温度值。

9.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，其特征在于，所述根据火灾现场建筑物建筑楼板材质信息、燃烧区域楼板温度信息和燃烧区域楼板厚度信息计算出燃烧区域楼板单位面积承重量m0的方法为：

技术总结
本发明涉及一种基于数字孪生技术的火灾现场坍塌风险预警方法，属于火灾现场坍塌风险预警技术领域，主要方案为：获取火灾现场建筑物环境信息，根据火灾现场建筑物环境信息建立火灾现场建筑环境数字孪生模型，燃烧区域楼板温度分布信息确定坍塌初始轮廓；确定附加坍塌轮廓；燃烧区域楼板厚度信息和燃烧区域楼板上物品重量信息确定坍塌风险等级；根据附加坍塌轮廓与坍塌初始轮廓确定预测坍塌轮廓；实时获取消防人员位置信息，当消防人员位置与预测坍塌轮廓重合时，及时向消防人员发送预测坍塌轮廓信息以及坍塌风险等级进而实现坍塌风险预警，对处于坍塌区域的消防人员进行预警，有效避免了因火灾中建筑物坍塌造成的人员伤亡。

技术研发人员：赵尚谦,庄广壬,邓永俊,许超,邹晟
受保护的技术使用者：广东广宇科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13