高層建筑設(shè)置避難層或者避難間，可以為高層建筑的人員提供有效的火災(zāi)避難場所，火災(zāi)發(fā)生時，可以臨時躲避在避難間，以待救援或逃離火災(zāi)現(xiàn)場的最佳時機。設(shè)置避難間可有效彌補高層建筑和超高層建筑垂直疏散距離長、外部救援困難、自身滅火設(shè)施能力有限等條件的不足，為消防救援贏得寶貴時間，提高火災(zāi)人員生存率。國內(nèi)學(xué)者對建筑避難間已有系列研究，張鴻鶴等從現(xiàn)有建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，討論了對避難層、避難間的防火分隔、送風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等進一步改進的必要性和措施；楊希榮等運用有限元分析工具，分析了建筑鋼梁在不同防火層厚度的情況下，防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)的抗火作用；仝玉等對防火安全門的防火、防煙霧性能進行了測試和驗證；周艷等借助 PyroSim 工具軟件，對高層避難層防火性能進行模擬和設(shè)計優(yōu)化。

對于已有的高層建筑設(shè)置的避難間，如何科學(xué)、客觀、有效、快速地評估其消防安全性能，如何模擬不同火災(zāi)等級和烈度情況下高層建筑避難間的防火安全性能，到目前為止還是一個開放課題。筆者設(shè)計了一款應(yīng)用于高層建筑消防避難間的安全防火性能快速檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)利用三維點云獲取設(shè)備快速獲得高層建筑中避難間的幾何采樣，運用PCL 開源點云處理庫從采樣數(shù)據(jù)中魯棒提取平面、角點、尖銳特征等幾何特征，并由上述幾何特征計算出高層建筑避難間的基本幾何信息。通過點云密度的變化特征提取避難間門、窗等建筑構(gòu)件，在此基礎(chǔ)上生成建筑物避難間的數(shù)字模型。在獲得建筑物避難間數(shù)字模型的基礎(chǔ)上，運用有限元分析的方法，模擬計算建筑物避難間外發(fā)生不同等級或烈度火災(zāi)的情況，精確判定建筑物避難間火災(zāi)安全避難要求。

1、避難間三維點云數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

基于機器視覺技術(shù)和激光飛行時間技術(shù)的三維掃描儀可以快速獲得三維對象的幾何外觀采樣，并以散亂點云的形式保存。散亂點云通常記錄采樣點相對于視點的幾何位置信息，以及其他輔助物理屬性，如采樣點的色彩信息等。散亂點云常以 .PLY、.STL 等標(biāo)準(zhǔn)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)支持的文件格式保存。

如圖 1 所示，系統(tǒng)采用 DPI-8 手持式建筑 3D 掃描儀為建筑避難間三維幾何外觀點云采樣設(shè)備，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、采樣精度高、輸出格式支持主流 CAD 系統(tǒng)，完全滿足系統(tǒng)要求。圖 2 為某實際建筑避難間采樣數(shù)據(jù)的繪制效果，由繪制效果可清晰區(qū)別避難間中門、窗、墻等建筑元素，以及采樣數(shù)據(jù)中包含的典型的噪聲、外點等。

對于采集后的原始數(shù)據(jù)，由于避難間幾何結(jié)構(gòu)簡單，總體上屬于柱體，且柱面多為平面或二次曲面，故原始數(shù)據(jù)中包含大量的冗余，為后續(xù)點預(yù)處理帶來額外的計算和存儲，因而采用基于體素分割的點云下采樣算法，對原始點云進行下采樣，圖 3 為避難間經(jīng)過下采樣后保留 8 956 個采樣點的繪制效果。由繪制結(jié)果可分辨采樣后避難間的柱面結(jié)構(gòu)?；隗w素分割策略的點云下采樣的算法，是通過調(diào)用開源點云處理庫 PCL 中相應(yīng)的 API 來實現(xiàn)的。