消防随笔：采用机器视觉系统的燃料荷载的数字化统计方法
编著按：李方是我多年好友，我们认识已经超过22年了。
作者简介：李方目前是伍斯特理工学院（WPI）的研究科学家，美消防工程师（SFPE）学会的专家。 她毕业于中国武警学院。后到美国工作学习，她是美国的大型消防咨询公司RJA（后并购给Jensen Hughes) 在中国的创始人。
注：本文首发于36safety。
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由于特殊的建筑设计和风险评估的需要，确定可靠的火灾荷载量化参数成为首要前提条件之一。目前可采用的荷载数据的调研和采集受制于有效的建筑内荷载取样的统计方法，本文所讨论的内容为目前美国还在着手研究的一种可实现在不同类型建筑物内快速收集，存贮和分析荷载的创新方法。
这种新方法，采用现代掌上电子设备，云端存贮及机器视觉系统有效快速地完成建筑内燃料荷载的数据统计，整个过程分四部完成：
· 数字统计列表清单
· 数据组织整理
· 通过电脑实现机配比对
· 生成荷载数据测评
以上过程通过一个标准的嵌入式电子表格软件实现。该电子表格可从任一接入互联网的电子设备登录进入。
对于初级使用者也可以在用户使用指南的协作下对建筑内组件和物品拍照取样发送至终端进行匹配同时获取不同建筑使用类型数据库的数据信息，包括单位重量，材料组成，发热率等这些生成荷载数据的基础值。以上方法在2019年纽约州水牛城的一个办公综合体火灾荷载采集中得到运用。
注：图片非实际。
这一综合体包括34个封闭办公室和16个敞开式办公大空间，总面积1720平方米， 封闭办公室面积在8-87平方米，大空间办公在24-345平方米。测量的荷载密度对于可移动荷载的中间值为1115MJ/平方米，标准差为614MJ/平方米。
对于固定荷载均值为1486MJ/平方米，标准差726MJ/平方米。以上数据远大于以往的现场勘测数据即规范参考引用数据。
实际发现房间内存在大量办公纸张占据可移动火灾荷载总量的54%。基于该数据，同时参考近期类似场所的调研，建议评估及更新现有规范针对此类办公场所的荷载密度取值。
实例显示该新测算方法从概念阶段发展成为了实际运用阶段，可行性和可操作性得以证实，受益于日新月异的技术革命和学科跨界渗透。然而该第一代运用需要在后续发展中纠错和完善。为了便于大家了解和理解以上新方法的改进和·突破，下面针对以往传统火灾荷载数据建筑内采集确定的测量方法做一概述。
· 称重方法：直接运用特殊磅秤对家具等进行称重，该方法对于时间和人力成本要求较高，也受制于建筑使用时间的影响导致中断和延期。同时针对大型固定荷载操作困难较大。
· 采用库存清单及功能转换实现的荷载数据测试，具体为运用商品目录获取相关数据以克服缓解测试被中断的频率。也降低了相对第一种方法对测试团队人员的技术培训要求。还可以实现即时跟踪数据变化和更新。然而即使以上改进，仍然存在耗时耗力的弊端。该方法对于目击物品重量匹配商品目录清单会有估值。由此产生了结合法，即为实际称重和视觉图像结合法， 即小物体实际称重，大物品视觉比对从而确定综合数值。
· 问卷调查法：
即通过问卷调查及相应反馈搜集所需数据。问卷覆盖信息量决定了数据的准确度。尽管该方法克服了采集工作中断的风险，然而该方法在被问卷人群参与意愿，数据提供准确度上存在明显不利和未知因素。
· 地产网站分析法：
该方法运用地产网站存档公布资料中的图纸和图片估算荷载值。该方法与问卷调查法有些类似，成本时间上有优势，然而数据可靠和真实性存在不足。
总结如下：
目前使用的调研方法比对
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直接测量法 |
图像法 |
结合法 |
问卷法 |
网页法 |
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优势 |
准确度最高 异性体的数据准确 |
针对固定和移动荷载都可以操作 对数据核实具备可能性 |
方法一二的优势结合 不确定性降低 |
成本时间有效 无中断时间和隐私保护风险 |
不要求到现场勘察 无中断时间和隐私保护 |
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劣势 |
固定荷载采用估值 人工成本高 数据采集受到运营时间和隐私保护的制约 |
需要采用功能转换受到中断和隐私保护的制约 |
完成时间增加了不确定性 受到中断和隐私保护制约 |
数据多为非量化数据。 估计值比率增加。 |
要求一定的假设前提。 可提供的图纸数据缺少集成性 |
图片显示关于获取的一个镜框和一个椅子的图片样品。其中镜框图片通过名为测量的应用软件获取数据，椅子通过名为测量仪的应用程式获得。通过比较，AR 应用程式使用客户体验更好，因此选为该研究主要应用程式。
附：火灾荷载介绍：
火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾全面发展阶段性状的基本要素。简单一点，就是建筑物容积所有可燃物由于燃烧而可能释放出的总能量。
火灾荷载和火灾的严重程度之间的关系是很明显的，没有可燃物就没有火灾;燃物越多，火灾越严重。因此火灾荷载的计算非常重要。然而，不只是可燃物的数量重要，而且单位空间里的可燃材料的类型也很重要。因为有些材料在燃烧时每单位质量比其他单位材料释放更多的能量。这就是为什么火灾荷载经常用MJ而不是kg来表示的原因。有时，采用一些我们熟悉的数据，如通过把一个空间内所有的可燃材料的热能等值地转化成当量的木材数量来表示该区间内的火灾荷载。
建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物是指墙壁、顶棚、楼板等结构材料及装修材料所采用的可燃物以及门窗、固定家具等所采用的可燃物。容载可燃物是指家具、书籍、衣物、寝具、摆设等构成的可燃物。固定可燃物数量很容易通过建筑物的设计图纸准确地求得。容载可燃物数量很难准确计算。一般由调查统计确定。
建筑物中可燃物种类很多，其燃烧发热量也因材料性质不同而异。为便于研究，在实际中常根据燃烧热值把某种材料换算为等效发热量的木材，用等效木材的重量表示可燃物的数量，称为等效可燃物的量。一般地说，大空间所容纳的可燃物比小空间要多，因此等效可燃物的数量与建筑面积或容积的大小有关。为便于研究火灾性状，一般把火灾范围内单位地板面积的等效可燃物木材的数量定义为火灾荷载。
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