高層建筑設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避難場所，火災發生時，可以臨時躲避在避難間，以待救援或逃離火災現場的最佳時機。設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，提高火災人員生存率。國內學者對建筑避難間已有系列研究，張鴻鶴等從現有建筑設計標準出發，討論了對避難層、避難間的防火分隔、送風系統、照明系統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，防火涂料對鋼結構的抗火作用；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計優化。

對于已有的高層建筑設置的避難間，如何科學、客觀、有效、快速地評估其消防安全性能，如何模擬不同火災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。筆者設計了一款應用于高層建筑消防避難間的安全防火性能快速檢測系統。系統利用三維點云獲取設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據中魯棒提取平面、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、窗等建筑構件，在此基礎上生成建筑物避難間的數字模型。在獲得建筑物避難間數字模型的基礎上，運用有限元分析的方法，模擬計算建筑物避難間外發生不同等級或烈度火災的情況，精確判定建筑物避難間火災安全避難要求。

1、避難間三維點云數據獲取與預處理

基于機器視覺技術和激光飛行時間技術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 等標準計算機輔助設計系統支持的文件格式保存。

如圖 1 所示，系統采用 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備，該系統性能穩定、采樣精度高、輸出格式支持主流 CAD 系統，完全滿足系統要求。圖 2 為某實際建筑避難間采樣數據的繪制效果，由繪制效果可清晰區別避難間中門、窗、墻等建筑元素，以及采樣數據中包含的典型的噪聲、外點等。

對于采集后的原始數據，由于避難間幾何結構簡單，總體上屬于柱體，且柱面多為平面或二次曲面，故原始數據中包含大量的冗余，為后續點預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 為避難間經過下采樣后保留 8 956 個采樣點的繪制效果。由繪制結果可分辨采樣后避難間的柱面結構。基于體素分割策略的點云下采樣的算法，是通過調用開源點云處理庫 PCL 中相應的 API 來實現的。