基于數字孿生技術的養老機構智慧消防云平臺設計研究

賈國峰

（太原市消防救援支隊古交大隊，山西 太原 030299）

養老機構作為老年人群集中場所，由于老年人自身條件的限制，已成為火災中的弱勢群體。因此，規范養老機構安全管理、完善養老機構設施以及加強對老年人和工作人員的消防安全教育非常必要。應急管理工作的業務核心在于“防”和“救”，即災害事故事發前中期的預先防范和災害事故發生中后期的緊急救援?！丁笆奈濉睌底纸洕l展規劃》提出，推動城市數據整合共享和業務協同，完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，為城市管理和公眾服務提供決策依據?！丁笆奈濉眹蚁拦ぷ饕巹潯?中提到積極融入“智慧城市”、“智慧應急”，深化“智慧消防”建設，補齊基礎設施、網絡、數據、安全、標準等短板，全面升級消防信息網絡機構，建設智能運維保障平臺。

近日，中華人民共和國民政部、國家消防救援局聯合印發《養老機構消防安全管理規定》，建立了系統全面的消防安全標準和管理體系，系統科學總結了養老機構管理的好經驗好做法，并指出有條件的地區要積極拓展科技手段和智能硬件在養老機構消防安全管理上的應用，扎實推動養老機構公共安全治理模式向事前預防轉型。

養老機構數字孿生智慧消防云平臺是近年來興起的一種新型消防安全管理平臺，尚未得到廣泛應用[1]。隨著物聯網、大數據、云計算、移動互聯網、傳感、地理信息等新興技術產業的發展和融合，進一步促進了消防行業應用的創新?；诖?，本文結合養老機構實際特點以及防火管理現狀，從養老院消防設計要求、智能化管理系統設計方面著手提高養老機構的消防安全標準化管理水平，有效提升養老機構消防安全管理效能[2]。

1 養老機構數字孿生智慧消防云平臺的設計要求

1） 數據安全性。平臺應采取加密技術，確保數據的機密性和完整性。同時，對數據進行備份，以防止數據丟失。

2） 實時監控和報警。平臺應具備實時監測功能，能夠對養老機構內各個區域的火災風險和狀況進行實時監測。平臺需要能夠監測煙霧、溫度、火焰等指標，并及時反饋給相關人員。同時，根據監測到的火災風險情況，自動發出火災報警，并向相關人員發送警報信息，包括養老院內的員工、居民以及相關消防部門。報警信息可以通過電話、短信、APP 等形式進行發送，保證相關人員能夠及時得知火災情況。

3） 數據分析與預測功能。平臺需要具備數據分析和算法模型，能夠對監測到的火災風險數據進行分析和預測。通過對歷史數據和實時數據的分析，平臺可以提前發現潛在的火災隱患，并預測火災發生的可能性和影響范圍。

4） 系統聯動功能。平臺應與養老機構內的其他智能設備和系統進行聯動，如門禁系統、火災報警系統等。當火災發生時，平臺可以與其他系統進行聯動，實現火災自動報警、聯動控制等功能。

5） 用戶友好性。云平臺應具備直觀、易用的用戶界面，方便相關人員進行操作和查看相關信息。界面設計應簡潔明了，功能布局合理，使用戶能夠快速上手和使用。

6） 擴展性與兼容性。平臺應具備較強的擴展性和兼容性，能夠適應未來養老機構消防系統的升級和擴展需求。平臺應能夠支持各類傳感器和設備的接入，可以與不同品牌和型號的設備進行集成和通信。

2 養老機構數字孿生智慧消防云平臺系統設計

2.1 設計思路

數字孿生是對實際事物的數字化復制和模擬，主要利用物理模型和物聯網傳感器采集的全生命周期的運行歷史等數據，通過模擬、仿真和數據分析等手段來提供決策支持，為實現消防安全“全流程可控”和“全周期管理”提供有效途徑和手段[3]。

養老機構數字孿生智慧消防云平臺的搭建，能夠實現實時監測和分析消防設備的狀態、對火災事故進行模擬和預測、提供交互式的火災逃生演練、火災溯源和事故調查等功能[4]?；跀底謱\生技術的優勢，本文以養老機構為落腳點，根據養老機構人員“三色”標識分類管理和“三級”應急響應機制，將傳統消防系統與數字孿生、物聯網、大數據、邊緣計算、AI 等高新技術相結合，將傳感器、分散的智能煙感探測設備、可燃氣體探測設備、電氣火災監控設備、消防通道、智慧消防用水等設備連接形成網絡，7×24 h 監控，實時展示終端設備運行狀態、地理位置、視頻監控等信息數據；結合AI技術能夠在火災發生時，分析養老機構內承載人員數量、火災蔓延速度、逃生通道容量，實現建筑及消防設施布局可視化，發揮位置和感知信息支撐實戰指揮的作用，自動生成作戰方案、處置要點、風險預警及災情研判結論，為受困人員規劃最佳逃生路線；從隱患監測，到預警報警，再到聯動處置，將所有消防設施和巡查路線記錄在對應的系統中，為管理者火災溯源和事故調查提供參考，實現消防工作數字化升級。對風險突出、情況復雜的隱患單位，通過主動邀請消防部門專業人員指導、聘請專業消防技術服務機構參與等方式，科學合理地制定整改工作方案。

2.2 系統框架

平臺主要由五個模塊組成（見圖1），具體分為傳感器網絡、數據分析與處理、預警和應急響應、滅火救援輔助決策、VR 智能培訓等模塊。業務架構分為5 層，包括基礎資源層、服務支撐層、業務應用層、邊緣層、展示層。每一層由若干功能模塊組成，層與層之間通過分布式部署、融合、優化組合，達到低耦合、高擴展的要求，采用“線上+線下”“專業+經驗”“人防+技防”相結合的方式，實現火災隱患管控立體化、全覆蓋，構建養老機構火災防控體系，實現“傳統消防”向“現代消防”的轉變。

圖1 養老機構消防安全預警云平臺功能模塊

2.3 “三色”區域管理

“三色”區域管理是養老機構消防安全預警云平臺的一種重要策略，通過消防安全“三級”網格化管理，對不同管理區域用“三色”標識區分，實行“三級”應急響應。所謂“三色”，就是根據火災發生概率、危險程度、疏散難度，將養老機構劃分為三個不同的區域，分別為紅色區域、黃色區域和綠色區域。其中，紅色區域為重度失能長者住養區域、廚房、消防水泵房等區域；黃色區域為中度失能長者住養區域、活動場所等區域；綠色區域為辦公室、臥室、休息室等其他區域。此外，結合樓層分布等因素，由分管副院長擔任大網格長，部門負責人等擔任中網格長，由護理人員、管理人員等擔任小網格工作人員，并以小網格為基礎制定消防安全管理工作清單，明確責任分工，確保消防安全責任落實。

2.4 養老機構數字智慧孿生消防云平臺的實現方法

1） 確定系統需求和目標。明確養老機構消防管理系統的需求和目標，包括消防設備監測、火災預警與應急響應等方面的需求。數字孿生技術可以通過建立建筑物的數字模型，對消防系統進行模擬和優化設計。通過對建筑物的布局、消防設施的擺放位置和通道設計等進行模擬和分析，可以提前發現潛在的安全隱患，并優化建筑物設計方案，確保建筑物在火災等緊急情況下的安全性和疏散效率。此外，該系統還具備聯動控制功能，可以與其他建筑設備、安全設施進行集成，實現快速、協同的應急響應。

2） 數據采集與傳輸。選擇適當的傳感器和設備，將消防設施、消防監督管理、滅火救援等各位要素有機連接，進行消防設備的狀態采集和數據傳輸。數字孿生技術可以與傳感器、監控設備等結合，實時監測建筑物內部的溫度、煙霧、氣體濃度等指標，并與數字模型進行比對和分析。一旦發現異常情況，系統可以迅速發出預警并采取相應措施，提高事故響應的效率和準確性。

3） 數據處理與模型建立。對采集到的數據進行處理和分析，提取關鍵特征，并建立數字孿生模型?？梢允褂脵C器學習算法和數據挖掘技術來處理數據，構建消防設備的數字孿生模型。例如：聯網設備會產生大量的不同類型的數據，例如有些是設備運行信息，有些是設備故障提示，有些則是反映現場火災狀態的報警信息。該系統把匯集的所有消防設施信號按照火災報警、設施故障程度、消防控制室脫崗等情況進行分類、分級建模，并按照不同等級向聯網單位、監控中心和消防部門的不同角色人員進行推送，快速高效地通過“智慧消防”系統多點聯動，就近調度警情發生點及周邊微型消防站等自防自救力量迅速到場對初起火災進行處置。另外消防人員可以在虛擬環境中進行實戰模擬和培訓，運用3D 模型、VR 虛擬技術，帶給用戶極強的體驗感，不僅能很好地增加記憶回路，也能達到良好的培訓效果，消防人員可以提前熟悉操作流程，增強應對突發情況的能力。

4） 模型驗證與優化。將建立的數字孿生模型與實際情況進行驗證，比對模型預測結果與實際觀測結果，可以通過實時監測和反饋調整來提高模型的準確性和可靠性，進行模型的優化和調整。數字孿生技術可以收集和分析大量的消防數據，如火災發生的概率、火勢的蔓延速度等。通過對數據的分析和挖掘，可以提取出有用的信息和規律，為消防工作提供決策支持和預測能力。例如，可以利用數據分析來優化巡邏路線、改進消防設備的配置等，合理調配和優化利用，提前預測火災蔓延的趨勢，為滅火行動提供決策依據。

5） 應用效果驗證與評估。通過實際場景的應用驗證數字孿生技術在消防管理系統中的效果?？梢詫ο到y的運行情況進行評估，將數字孿生技術用于演練和評估應急預案，提高消防工作的質量和效率。系統具有成熟、先進、兼容性強、可拓展性好的技術構建，滅火救援輔助決策中救援方案形象直觀、通俗易懂，后援保障系統可及時準確快速查看周邊可利用資源，對養老機構平時消防演練、火災時消防救援隊伍應急指揮、消防控制室值班人員和微型消防站隊員應急處置都能起到很好的輔助指導作用；打破消防信息數據孤島，數據可進行云端存儲，解決消防數據多源異構的問題；系統具備數據統計功能，可自動生成單位隱患數量趨勢圖、隱患類型分析圖、隱患區域分析圖等，并借助柱形圖、折線圖等多種三維圖表進行宏觀展示，為管理者決策提供堅實可靠的依據。

3 養老機構數字智慧孿生消防云平臺面臨的問題

數字孿生技術在智慧消防系統中發揮著重要作用，為消防安全提供了精準管控和應急支持，為消防安全提供了重要的技術支持和決策依據。同時，在多模態數據整合、人工智能和機器學習的應用、與物聯網的融合、跨部門合作和信息共享方面還面臨著較大挑戰，比如，將不同類型的數據整合到數字孿生模型中，如視頻監控、傳感器數據、消防系統數據等，實現多源數據的協同分析和決策；利用人工智能和機器學習算法，對大規模的消防數據進行智能分析和預測，實現更精準的安全預警和風險評估；數字孿生技術將與物聯網技術相結合，實現設備的互聯互通，提高消防系統的自動化程度和響應速度。數字孿生技術需要不同部門和機構之間的協作和信息共享，以實現整體消防安全的提升。

4 結束語

利用智慧消防數字孿生技術，可以提升養老機構火災應急響應效率。預警、指揮和救援等功能的應用，可以實時掌握救援情況，快速有效地指揮調度一切救援力量。養老機構數字孿生智慧消防云平臺的應用，讓風險監測預警和應急指揮調度更加直觀、更加精準、更加高效，為風險研判、指揮決策、資源調配、協同聯動提供了有力保障。