智慧消防: 智能动态安全出口指示系统 (IDES)

文摘   科学   2025-01-20 07:30   中国香港  
黄灏贤, 张予馨, 黄鑫炎
香港理工大学 建筑环境及能源工程学系

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研究背景:传统疏散指示的挑战

随着城市化进程的不断加快,大型复杂建筑超高层如、长大隧道、大尺度地下空间等现代化基础设施的数量日益增加 。在火灾等紧急情况下,传统的静态安全出口标志往往不能根据火灾情况调整指示方向,难以满足实时疏散需求 [1],也存在以下问题包括烟雾遮挡出口:烟雾或火焰可能阻挡预设的逃生路线,容易导致疏散混乱,引发恐慌甚至踩踏事件 [2]。
为了解决这些问题,我们提出了智能动态安全出口指示系统(IDES),以显著提升疏散安全和效率。
    图1:智能动态出口指示

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    智能动态安全出口指示系统

    IDES系统 是一种全新的应急疏散解决方案,具备以下核心特点:

    1. 实时火灾监测:通过传感器网络监测火灾和烟雾,实时掌握环境数据。

    2. 动态出口指引:出口标志根据现场情况动态调整,显示“安全方向”的绿色指示或“危险方向”的红色警示。

    3. 回退静态机制:当所有出口均被火灾覆盖时,系统会自动回退为传统静态标志,确保安全且符合伦理要求。

    图2:IDES主要组成部分示意图

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    回退静态机制: 解决动态指示牌争议的关键突破

    动态出口指示牌系统的应用一直伴随着争议。一些工程师提出,当所有逃生路线都被封锁时,动态标志可能会引导疏散人员进入危险区域,这不仅会危及生命安全,还可能引发伦理问题和公众的不信任。因此,本研究的一个重要贡献是提出并验证了“回退静态机制”这一创新性的理念并加以应用。

    回退静态机制当各个出口区域都被火和烟雾完全阻挡,或系统无法确定哪个出口更安全时,IDES系统将自动切换回传统静态标志,以预设的固定逃生路线为指引,而不再提供动态路径建议。这一机制在以下方面具有重要意义:

    避免误导:即使在最复杂、最危险的条件下,系统也确保出口指引符合公众预期,避免将人群引向危险区域。

    提升信任度:回退机制使动态出口指示牌更加“可信赖”,解决了多年来公众对该技术在伦理方面的担忧。

    安全第一:即便动态指示系统试图最大限度给出优化的逃生路线,但当无法提供明确的安全路径时,系统会优先选择最保守的策略,保障疏散过程的安全性,避免道德风险。

    这一机制不仅提升了智能动态安全出口指示系统的实用性,更为其在未来大规模应用中奠定了基础。

    图3:动态出口标志模式确定的运行逻辑


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    IDES系统有效性验证

    为了验证IDES系统的实际有效性,我们在实验室中搭建了 1:50比例的隧道火灾场景模型,进行了多组实验测试。实验结果表明:

    响应速度快:传感器触发后,出口标志能在0.1秒内完成动态更新。

    指引准确性高:标志根据火灾位置和烟雾分布实时调整,确保逃生路线始终安全。

    回退静态机制可行:当出口被完全覆盖时,系统能够切换为静态模式。

    图4:动态出口标志模式确定的运行逻辑
    图5:火灾场景的动态疏散指示演示 (Test 2D-a)

    图6:特殊火灾场景的演示:退回静态机制 (Test 2D-b)

    这项研究是智能安全疏散领域迈出的重要一步。未来,我们计划将IDES系统应用于更多实际场景,例如:

    隧道火灾:复杂隧道环境中的烟雾和火势蔓延快速,系统优化尤为重要。

    高层建筑:大楼中人口密集、出口分布复杂,动态指引将显著提升疏散效率。

    大型公共场所:如商场、机场等,系统可结合人工智能技术实时预测人员密度并规划最佳逃生路线。


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    特别鸣谢

    本研究受香港研究资助局主题研究计划、国家自然科学基金、港铁公司MTR资助,目前已发表于国际刊物Journal of Safety Science and Resilience》。在此,我们向所有支持和参与本研究的团队成员及合作伙伴表示由衷的感谢!

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      相关链接文献

      [1] Hui et al., Experimental and survey studies on the effectiveness of dynamic signage systems, Fire Safety Sci. 11 (2014) 1129–1143.

      [2] Shi et al., Does a large group of pedestrians follow the evacuation signs? An experimental study, J. Safety Sci. Resilience 3 (2022) 353-361.

      [3] H. Y. Wong, M. Wang, X. Zhang, Y. Zhang, M. C. Wong, and X. Huang, Safe Evacuation Framework with Intelligent Dynamic Exit Sign System and Demonstration in Tunnel Fire, Journal of Safety Science and Resilience, Jan. (2025), 

      doi: 10.1016/J.JNLSSR.2024.12.001.


      主要作者简介

      黄灏贤:香港理工大学博士研究生,主要从事智慧消防物联网及应急疏散的研究。


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      张予馨:香港理工大学研究助理教授,博士生导师,研究方向专注人员决策与行为相关的火灾疏散和应急管理。

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      黄鑫炎:香港理工大学副教授、博士生导师,研究领域包括基础燃烧科学和火灾安全应用。

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      图文 | 黄灏贤

      编辑 | 陆  童

      审核 | 黄鑫炎


      理大火灾安全科学
      香港理工大学火灾安全科学实验室(黄鑫炎教授课题组),致力于消防安全领域的科普,火灾科学与技术的分享。
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