一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法

摘要

本发明公开了一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，包括以下步骤：BIM模型信息提取；火灾报警和探测区域设计分区；火灾探测器自动布置。本发明通过获取建筑内部空间的板梁信息，根据梁对探测器自动布置的影响，基于标准规程规范要求，提出探测区域的划分和探测器自动布置设计方法，减少人工核对板梁高度差的过程，完成整个楼层探测器自动布置设计。

权利要求

1.一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于包括：

1）提取建筑设计模型信息，所述建筑设计模型信息包括场所板梁信息、房间信息；

2）根据提取的建筑设计模型信息对火灾报警和探测区域进行设计分区；

3）对火灾报警和探测区域火灾设计分区进行火灾探测器布置；

所述火灾报警和探测区域设计分区包括：

1）扫描遍历所有板梁，存储板梁信息；

2）初步构造板梁图结构，存储板梁信息及板梁间位置的邻接关系；

3）深度遍历板梁图结构，根据不同高度的梁对探测器的影响，分割或者合并板，重新构造板梁图结构，对多个火灾报警和探测区域进行设计分区。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于包括：将提取的场所板梁信息转换成探测器布置设计软件可读取的数据格式。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于包括：基于梁高并根据梁间区域面积确定一只探测器保护的梁间区域的个数，再根据一只探测器保护的梁间区域的个数对多个火灾报警和探测区域设计分区。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于对火灾报警和探测区域火灾设计分区进行火灾探测器布置包括：

1）依据场所房间信息和探测器类型确认探测器最大保护半径，计算每个火灾报警和探测区域火灾探测器数量的最小布置值；

2）根据探测器最大保护半径，为每个火灾探测设计分区排布出火灾探测器布置点位。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于：火灾报警和探测区域火灾探测器数量的最小布置值按照公式 来计算，其中S为单个火灾探测设计分区的面积, K为场所修正系数，A为火灾探测器有效保护面积。

6.根据权利要求4所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于，按以下方法为单个火灾探测设计分区排布出火灾探测器布置点位：

1）将一个火灾探测器的保护面积A以它的保护半径R为半径的内接正四边形面积表示，a、b为内接四边形的宽和高，火灾探测器的安装间距以a、b水平距离表示，L和W分别表示一个火灾探测设计分区的水平方向长度和竖直方向长度；

2）根据以下条件，以矩阵排布方式为单个火灾探测设计分区排布出火灾探测器布置点位：

      （1）

  （2）

其中， ， 分别表示水平和竖直方向排布个数， 为正整数，N为每个火灾报警和探测区域火灾探测器数量的最小布置值。

7.根据权利要求1‑6任一项所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于包括：计算出火灾探测器的空间布置坐标，生成火灾探测器布置三维模型，并根据火灾探测器布置三维模型对火灾探测器布置方案进行可视化验证。

8.根据权利要求1‑6任一项所述的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其特征在于包括：对火灾探测器布置方案进行参数化修正，更新火灾探测器布置方案。

说明书

一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及火灾探测器布置技术领域，具体涉及一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法。该技术方法适用于工业与民用建筑火灾探测器的布置设计。

背景技术

[0002] 目前在布置火灾探测器时，设计人员需要逐个测量厂房专业绘制的板梁厚度，逐个板手动布置火灾探测器，而且需要考虑火灾探测器类型，屋顶坡度，房间面积和高度等一
系列参数变化对布置的影响。火灾探测器的布置大多数情况是在有梁的顶棚上布置，根据
《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》要求通过梁和顶棚的高度差确定梁对火灾
探测器探测范围的影响，最终确定火灾探测器的数量和位置。当房间内被梁分离的板数量
较多时，将严重影响设计效率和布置的精确度，布置完成后不易验证布置规范性，且不利于
后期调整。

发明内容

[0003] 针对现有技术上述缺陷，本发明提出一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，它通过获取建筑内部空间的板梁信息，根据梁对探测器自动布置的影响，基于标准规程
规范要求，提出探测区域的划分和探测器自动布置设计方法，减少人工核对板梁高度差的
过程，完成整个楼层火灾探测器自动布置设计。

[0004] 本发明的一种基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法，其包括如下步骤：

[0005] 1）提取建筑设计模型信息，所述建筑设计模型信息包括场所板梁信息、房间信息；

[0006] 2）根据提取的建筑设计模型信息对火灾报警和探测区域进行设计分区；

[0007] 3）对火灾报警和探测区域火灾设计分区进行火灾探测器布置。

[0008] 进一步的，将提取的场所板梁信息转换成探测器布置设计软件可读取的数据格式。

[0009] 进一步的，所述火灾报警和探测区域设计分区包括：

[0010] 1）扫描遍历所有板梁，存储板梁信息；

[0011] 2）初步构造板梁图结构，存储板梁信息及板梁间位置的邻接关系；

[0012] 3）深度遍历板梁图结构，根据不同高度的梁对探测器的影响，分割或者合并板，重新构造板梁图结构，对多个火灾报警和探测区域进行设计分区。

[0013] 进一步的，在对多个火灾报警和探测区域进行设计分区之前，基于梁高并根据梁间区域面积确定一只探测器保护的梁间区域的个数，再根据一只探测器保护的梁间区域的
个数对多个火灾报警和探测区域设计分区。

[0014] 进一步的，所述对火灾报警和探测区域火灾设计分区进行火灾探测器布置包括：

[0015] 1）依据场所房间信息和探测器类型确认探测器最大保护半径，计算每个火灾报警和探测区域火灾探测器数量的最小布置值；

[0016] 2）根据探测器最大保护半径，为每个火灾探测设计分区排布出火灾探测器布置点位。

[0017] 进一步的，对火灾探测器布置完成后，计算出火灾探测器的空间布置坐标，生成火灾探测器布置三维模型，并根据火灾探测器布置三维模型对火灾探测器布置方案进行可视
化验证。

[0018] 进一步的，可对火灾探测器布置方案进行参数化修正，更新火灾探测器布置方案。

[0019] 本发明的有益效果如下：

[0020] 本发明实施例的火灾探测器自动布置方法是一种全新的火灾探测器布置方法，采用本发明技术方案可通过探测器布置软件读取建筑设计模型信息，批量识别房间中包围板
的梁与板高度差值，依据规范要求和相关数据自动布置火灾探测器，这样可以大量减少设
计人员的前期测量计算工作量，相比人工手动布置火灾探测器，可使设计人员极大提高工
作效率并减少误差，在敷设火灾探测器较多时更能体现本发明技术方案的价值。进一步的，
在建模完成后还可以生成火灾探测器保护范围，可视化验证布置的有效性，以及还可以根
据实际情况调节布置参数，实现后期修改或调整，可大幅提高设计效率，计算结果更加准
确。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法流程示意图；

[0022] 图2为本发明实施例一种“土建‑主厂房机组段母线层”模型示意图；

[0023] 图3为本发明实施例板梁坐标点信息示意图；

[0024] 图4为《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》火灾探测器的保护半径和保护面积规范要求；

[0025] 图5为本发明实施例火灾报警和探测区域设计分区流程示意图；

[0026] 图6a为板梁是否相邻示意图，图6b为板梁关系示意图，图6c为板梁图结构示意图；

[0027] 图7为《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》附录F梁高对探测器布置影响曲线图；

[0028] 图8a为根据不同高度的梁对火灾报警和探测区域分区的影响进行分割或合并板实施例示意图，图8b为图8a的分区结果示意图；

[0029] 图9为《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》附录G按梁间区域面积确定一只探测器保护的梁间区域的个数；

[0030] 图10a为本发明实施例单个火灾报警和探测区域设计分区的探测器排布方式示意图；

[0031] 图10b为本发明实施例多个火灾报警和探测区域设计分区的探测器排布方式示意图；

[0032] 图11为本发明实施例火灾探测器自动布置方法完成探测器布置后示意图。

具体实施方式

[0033] 下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发
明保护的范围。

[0034] 本实施例以某土建‑主厂房机组段母线层探测器布置图为例，选用Bentley公司的产品OpenPlantModelerV8i作为火灾探测器自动布置平台。

[0035] 以下所称的根据规范，均是指根据《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》中的有关要求。

[0036] 本实施例的基于BIM的火灾探测器自动布置设计方法流程示意图如图1所示，包括如下操作步骤：

[0037] S1、提取建筑设计模型信息

[0038] 该过程包括读取建筑设计模型的场所板梁信息和房间信息。

[0039] 读取建筑设计软件所创建房间的板梁信息，需要将板梁信息转换成探测器布置设计软件可直接读取的数据格式。本实施例安装的是Bentley公司的建筑设计软件产品
AECOsim Building Designer V8i，以及专门用于火警发布iModel文件的工具。首先，用
AECOsim Building Designer V8i打开结构专业“.dgn”后缀文件，然后用该软件“发布
iModel”功能将文件导出生成“.i.dgn”后缀文件。由于bentley软件不同平台数据无法直接
互通，需要转换格式即需要将“.i.dgn”后缀文件转换格式，该过程就是将AECOsim 
Building Designer构建的房间板梁信息转换成OPM（OpenPlant Modeler 三维工厂设计软
件）能够直接读取的数据格式。

[0040] 本实施例中“土建‑主厂房机组段母线层”模型如图2所示，房间包含长宽种类多样的板梁。该模型通过Bentley公司的产品AECOsim Building Designer V8i绘制生成，安装
专门用于火警发布iModel文件的工具后，发布iModel生成后缀名为.i.dgn文件，包含板梁
的范围坐标点信息，通过这些坐标点能够计算出板梁的几何尺寸和空间位置信息。图3所示
为一个板的属性列表信息，如通过leftBottomPoint属性可以获取板的左下角坐标点，通过
rightTopPoint属性可以获取板的右上角坐标点，该两点可以确定一个长方体（这里默认板
梁底面平行地面），通过TFPart属性判断该长方体是板或梁。打开OpenPlantModelerV8i软
件新建空白dgn文件，参考发布的iModel文件。

[0041] 进一步的，本实施例按以下步骤来读取建筑设计模型的房间信息。

[0042] 首先，确认房间所在的楼层信息，获取房间的楼板和天花板的高程。

[0043] 然后，读取建筑设计模型基本规格信息。根据规范要求读取建筑设计模型基本规格信息。比如：根据规范的5.2.2至5.2.5，匹配选择火灾探测器型号；屋顶坡度比如为8°，则
选择“θ≤15°”；房间高度可从楼层信息注册工具计算自动获取，为天花板高程减楼板高程；
房间面积可从场所俯视图中框选一个矩形范围后自动生成；修正系数详见规范6.2.2.4，根
据房间实际容纳人数匹配填写。基于以上房间信息包括屋顶坡度、房间高度、房间面积和修
正系数，获取探测器的最大感应半径和有效保护面积。图4所示为《GB 50116‑2013 火灾自
动报警系统设计规范》中的感烟探测器和感温探测器的保护面积和保护半径规范。比如：当
前选择感烟火灾探测器；当前房间地面面积为90平方米，大于80平方米；房间高度为5米，小
于等于6米；屋顶坡度为7°，小于15°。基于上述信息在表中定位探测器的有效保护面积为60
平方米，保护半径为5.8米。

[0044] S2、火灾报警和探测区域设计分区

[0045] 根据步骤S1读取的建筑设计模型板梁信息和房间信息，按图5所示流程图开始火灾报警和探测区域设计分区。

[0046] S21、扫描遍历所有板梁，存储板梁信息。获取图纸中所有几何元素，并通过图3所示特定属性组“CustomStructural”筛选出所有板梁。在扫描过程中，可能会扫描到地板，根
据步骤S1读取的楼层信息，取天花板和地板高程的中间高程，高于中间高程的则为天花板，
否则为地板并剔除。最后存储天花板和梁几何尺寸和空间位置信息。

[0047] S22、初步构造板梁图结构，存储板梁信息及板梁间位置的邻接关系。本发明实施例采用计算机数据结构中的图结构存储场所房间板梁信息及板梁间位置的邻接关系，其中
板存储为图结构中的结点，梁存储为图结构中的边。

[0048] 以下是本实施例根据S21获取的板梁几何尺寸和空间位置信息，初步构造板梁图结构：

[0049] 首先，判断板梁邻接关系：

[0050] 1）比较梁的水平长度和竖直长度，若水平长度大于竖直长度，则为横梁，否则为竖梁；

[0051] 2）判断板梁是否相邻，对于单个板和梁，根据S21存储的板梁信息获取板梁的左下角和右上角坐标点，根据这两个点可以分别计算出板梁四个顶点的坐标，若板和梁邻接部
分两侧的点距离都在一定范围内，则满足相邻，否则不相邻。如图6a所示以横梁为例，当梁
四个顶点都在板的上方时，初步判断梁在板的上方，然后判断点C1与点A2，点D1与点B2的水
平方向和竖直方向距离是否都小于0.05倍的梁长L，若满足则相邻，否则不相邻；当梁四个
顶点都在板内侧时，则梁为板内侧梁。

[0052] 其次，根据上述板梁邻接关系判断方式确定板梁邻接关系。图6b所示为局部板梁关系示意图，本实施例中，若板与梁相邻，存在四种邻接关系，横梁存在板上侧梁和下侧梁，
竖梁存在板左侧梁和右侧梁。

[0053] 最后，生成板梁邻接表，初步构造板梁图结构。图6c所示为本实施例板梁图结构示意图，通过图中板梁空间位置得知：板A1通过竖梁B1与A2相邻，板A1通过横梁B2与A3相邻，
板A3通过竖梁B4与A4相邻，板A2通过横梁B3与A4相邻。通过以上描述信息生成板梁邻接表，
初步构造板梁图结构。

[0054] S23、深度遍历板梁图结构，根据不同高度的梁对探测器的影响，分割或者合并板，重新构造板梁图结构，对多个火灾报警和探测区域进行设计分区，生成多个独立的火灾报
警和探测区域设计分区。

[0055] 根据不同高度的房间梁对火灾探测器设置的影响，将顶板合并或者分割。图7是《GB 50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》梁高对探测器布置影响曲线图。当梁突出顶
棚的高度小于一定范围时，火灾探测器探测范围不受梁的影响，将梁两侧的顶板合并，当梁
突出顶棚的高度大于一定范围时，火灾探测器探测范围会受梁的影响，此时需要将板分割。
此时板梁图结构出现变化，需要重新生成板梁邻接表，构造板梁图结构，之后不需要再次分
割或者合并。基于重构的板梁图结构，将重构的板作为独立的火灾报警和探测区域设计分
区，计算每个火灾报警和探测区域设计分区位置和尺寸。

[0056] 当梁突出顶棚的高度小于200mm时，可不计梁对探测器保护面积的影响，此时可以将梁两侧的板合并，当梁突出顶棚的高度为200mm 600mm时，按图7所示曲线判定，如梁高
~
275mm，房间高度为9m则需要合并板。

[0057] 当梁突出顶棚的高度超过600mm时，将影响探测器探测范围，被梁隔断的每个梁间区域应至少设置一个探测器，此时需要分割板；当梁突出顶棚的高度为200mm 600mm时，按
~
图7所示曲线判定，如梁高275mm，房间高度为7m则需要分割板。

[0058] 基于图7的梁高对探测器布置影响曲线图，对流程中合并板或者分割板举如下实施例，如图8a、8b所示。

[0059] 对于板A，其内侧存在高于600mm的梁A，已经影响火灾探测器的探测范围，此时将板A分割为板A_1和板A_2，分为两个火灾报警和探测区域设计分区；对于板D、E、F、G，任意两
个板之间的梁D、E、F、G均小于200mm，此时火灾探测器可以忽略这些梁对其探测范围的影
响，单个探测器可以保护多个板，将这些板合并为一个火灾报警和探测区域设计分区；对于
板B、C，两板之间的梁C高为275mm，房间高度为7m，根据规范需计梁的影响，因为不是板内侧
梁因此不做处理；对于板I、J，两板之间的梁I高为225mm，房间高度为7m，根据规范不计梁的
影响，需要合并成为一个火灾报警和探测区域设计分区。

[0060] 进一步的，由于不计梁对探测器的影响时，可能存在单个探测器保护多个板的现象，梁的部分遮挡会导致火灾探测器有效探测范围变小。本实施例基于梁高，根据图9的《GB 
50116‑2013 火灾自动报警系统设计规范》的“按梁间区域面积确定一只探测器保护的梁间
区域的个数表”要求，在重新构造板梁图结构后、对多个火灾报警和探测区域进行设计分区
前，根据梁间区域面积先确定一只探测器保护的梁间区域的个数后，再根据一只探测器保
护的梁间区域的个数对多个火灾报警和探测区域进行设计分区。

[0061] 如图9，比如，有些梁间区域比较窄，梁高又小于200mm，感温探测器保护面积为20平方米，有多个梁间区域面积均大于8平方米，小于12平方米，此时，一个感温探测器最多保
护两个这种梁间区域。又如，感烟探测器保护面积为60平方米，有多个梁间区域面积大于24
平方米，小于等于36平方米，此时一个感烟探测器最多保护两个这种梁间区域。

[0062] 基于以上流程确定多个火灾报警和探测区域设计分区。以8a为例，最后分区结果为如图8b所示。

[0063] S3：对火灾报警和探测区域火灾设计分区进行火灾探测器布置，生成火灾探测器布置方案。具体步骤如下：

[0064] S31、依据场所房间信息和探测器类型确认探测器最大保护半径，计算每个火灾报警和探测区域探测器数量的最小布置值。本实施例中，可按照公式 来计算计算每个火
灾报警和探测区域探测器数量的最小布置值，其中S为单个火灾探测设计分区的面积,k为
场所修正系数，A为火灾探测器有效保护面积。本实施例中，火灾探测器有效保护面积A可参
考图4获取，如：选择感烟火灾探测器、当前房间地面面积为90平方米；房间高度为5米、屋顶
坡度为7°，基于上述信息在表中定位探测器的有效保护面积为60平方米，保护半径为5.8
米。

[0065] S32、根据探测器最大保护半径，为每个火灾探测设计分区布置火灾探测器点位。以下是本发明提供的一种实施例，为单个火灾探测设计分区排布探测器布置点位。

[0066] 本实施例采取的方法如下：

[0067] 将一个火灾探测器的保护面积A以它的保护半径R为半径的内接正四边形面积表示，然后，对每个火灾探测设计分区进行火灾探测器布置点位排布。如图10a所示，为单个火
灾探测设计分区探测器分布方式示意图，L为水平方向长度，W为竖直方向长度，火灾探测器
的安装间距以a、b水平距离表示，其中a、b为内接四边形的宽和高。

[0068] 考虑到被保护的设计分区都要处于火灾探测器的保护面积范围之中，本实施例以矩阵排布方式排布出单个火灾探测设计分区的火灾探测器布置点位，按以下条件进行：

[0069]

[0070] 保护面积A是以它的保护半径R为半径的内接正四边形面积表示,因此内接正四边形面积需要满足勾股定理。

[0071]*

[0072] 其中， 分别表示水平和竖直方向排布个数，N 为正整数。由公式 计算出每个火灾报警和探测区域探测器数量的最小布置值，因此水平方向个数 乘以竖直方向
个数 要大于等于N。

[0073] 在满足上述两个公式条件的情况下矩阵排布火灾探测器，生成单个火灾报警和探测区域设计分区火灾探测器布置矩阵，如10a所示，其中中心的小圆圈表示火灾探测器水平
布置点位，外面大圆圈表示单个火灾探测器的探测范围。如，根据工具公式 可得出该
火灾报警和探测区域设计分区火灾探测器布置矩阵探测器最小布置值为6个。

[0074] 使用相同方式，得出其他火灾报警和探测区域设计分区的火灾探测器布置点位及布置矩阵，如图10b。

[0075] S33、得到所有火灾报警和探测区域设计分区中火灾探测器的布置点位后，再根据火灾探测器相对地板高度，计算出火灾探测器的空间布置坐标，再根据空间布置坐标生成
火灾探测器布置的三维模型，完成火灾探测器布置。图11为火灾探测器三维模型布置示意
图。建模完成后，生成火灾探测器保护范围，可以对火灾探测器布置方案进行可视化验证，
以及根据实际情况可调节布置参数，实现后期修改或调整。

[0076] 以下是火灾探测器三维模型布置方案具体举例。

[0077] 如图10b所示，当前建筑设计模型选择感温探测器，地面面积为640平方米，其中长32米，宽20米，房间坡度为10度，房间高度为7米，修正系数为1，根据图4得知探测器有效保
护面积A为20平方米，最大保护半径为3.6米。这里设定选择的探测器保护半径为3.5米，其
中火灾探测设计分区板H长为12米，宽为10米，则面积S为120，根据工具公式 ，可得出
设计分区板H探测器最小布置值为6个。当水平安装间距a为4米，竖直安装间距为5米时刚好
满足上述公式（1）、（2），并填充整个火灾报警和探测区域设计分区。

[0078] 针对每个火灾报警和探测区域设计分区均按设计分区板H进行布置，得到所有火灾报警和探测区域设计分区中火灾探测器的布置点位,最终生成图10b所示效果。再根据火
灾探测器相对地板高度，计算出火灾探测器的空间布置坐标，再根据空间布置坐标生成火
灾探测器的三维模型，完成火灾探测器布置和建模。

[0079] 以下是本发明对火灾探测器布置方案进行可视化验证和参数化修正实施例。

[0080] S4：火灾探测器自动布置可视化验证，通过可视化的火灾探测器三维模型布置方案，验证火灾探测器是否已将所有的火灾报警和探测区域都覆盖到。建模完成后，生成火灾
探测器保护范围，通过三维可视化显示，可看到以火灾探测器为中心的一个个圆圈，一个个
圆圈表示覆盖火灾探测器的保护范围。覆盖区域和一个个圆圈可以隐藏或可视化显示出
来，可以可视化验证三维模型布置方案的可行性。

[0081] S5：参数化修正与模型自动更新，基于场所房间实际情况修改屋顶坡度、房间高度、面积和修正系数，修正火灾探测器自动建模点位。

[0082] 探测器自动布置建模后，可能不满足设计需求，可以根据实际情况调整探测器类型、房间信息、探测器高度，重复S2至S4流程，同时还可以手动放置探测器，进行细微调整。

[0083] 比如由于火灾探测器预算不足，需要减少探测器数量，并采用探测范围更大的火灾探测器，此时需要修改火灾探测器保护范围，基于新的火灾探测器信息重新生成火灾探
测器三维模型布置方案。

[0084] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。