基于建筑信息模型技術的消防監督與管理

張振國，丁智勇

(1.寶雞市公安消防支隊，陜西 寶雞 721000； 2.陜西省現代建筑設計研究院，陜西 西安 710048)

隨著經濟社會發展和城市化進程的不斷推進，城市規模不斷擴大、社會單位數量不斷增長，給公安消防部門傳統的監管模式和監督手段帶來了巨大挑戰，同時也給建筑的管理者和使用者帶來很大的困難。當前，公安消防部門傳統的人對人、點對點的二維平面化社會消防管理模式已經很難適應現代化、信息化條件下的社會需求。將建筑信息模型技術(BIM，Building Information Modeling)構建的三維動態設計圖紙在消防行政審批、消防設計文件數字化存檔、消防監督檢查及社會單位日常消防管理中全面應用，能夠為公安消防部門和社會單位在建設工程消防設計與審核、全生命周期消防監督檢查、消防救援、消防宣傳以及單位日常消防管理等提供全過程的可視化、信息化、精細化、智能化技術支撐。因此，探索建筑三維動態設計圖紙在建設工程消防監督管理、消防設計文件數字化存檔等方面的應用，對做好消防監督檢查及單位日常管理工作有十分重要的意義。同時，將建筑信息模型技術、城市消防遠程監控系統(FAS，Fire Alarm System)、物聯網、云計算與“智慧消防”相結合，在創新消防監督管理手段，提升公安消防部門的監管水平和滅火救援能力，提高社會單位消防安全“四個能力”，最大程度降低救援人員傷亡，實現防消一體化，具有一定的現實意義和應用價值。

一、建筑信息模型技術的特點及在消防管理中的應用優勢

BIM技術在規劃、設計、建造、運行和維修過程中為每個項目提供一個標準化的可讀的信息模型，以一種特殊方式創建、使用和共享建筑項目全生命周期(BLM)數據[1]，具有三維化、信息化和系統化的特點。面對國內與日俱增的工程建設信息化管理需求，推廣BIM 應用已成為工程建設行業整體效率提升的重要保障。為順應“互聯網+”發展趨勢，進一步推動建筑業技術進步和管理升級，助力建筑產業現代化，提高工程建設與管理水平，住房和城鄉建設部先后印發了《關于印發推進建筑信息模型應用指導意見的通知》(建質函〔2015〕159號)和《關于印發2016—2020年建筑業信息化發展綱要的通知》(建質函〔2016〕183號)及《貫徹落實<國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見>重點任務分工方案》(建市〔2017〕137號)，要求加快推進建筑信息模型(BIM)技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理，政府的引導和推動從產業政策方面加快了推進BIM技術應用步伐。

消防工程在建設工程中全過程、全方位的特點，對相關專業人員的業務素質和工程質量的要求都比較嚴格。BIM技術在建筑消防領域有很大的應用前景[2]，利用BIM技術三維可視化的優勢，融入以時間為軸的建筑全生命周期管理(BLM)，借助FAS系統、物聯網、云計算、大數據和虛擬現實(VR，Virtual Reality)，從而實現基于BIM技術的四維建筑消防安全監督管理的應用拓展，可以很好地解決消防工程在建筑消防全生命周期里所遇到的各類問題，同時也為公安消防部門創新社會消防安全管理方式提供了一個很好的切入點，在進行消防設計審核與驗收時，可以實現建筑全生命周期三維動態設計圖紙的數字化存檔，為提升消防監管工作的能力和水平提供了一個創新思路。

二、BIM技術在建設工程消防監督管理和消防監督檢查中的應用

(一)基于BIM的性能化防火設計

進行建筑性能化防火設計時，在確定建筑設計的總目標或消防安全水平及其子目標后，傳統的性能化防火設計軟件首先要建立建筑模型，而傳統方式建立的建筑模型過于簡單和粗糙，BIM技術可以為建筑被動防火系統、主動防火系統和安全疏散系統的火災模擬計算、火災場景設置等性能化計算提供更清楚、更準確的建筑空間結構和消防設施布置信息，不僅省略了再次建模的過程，而且結算結果更精確、更可靠，為準確判斷設計方案是否符合預期的生命安全標準(熱效應、毒性和能見度等)和非生命安全標準(熱效應、火災蔓延、煙氣損害、防火分隔物受損和結構的完整性和對暴露于火災中財產所造成的危害等)，是否達到性能化設計的消防安全總目標，提供了科學依據。同時，局部解析易發生火災部位三維動態實況建筑功能模型，能快速顯示火災地點及時給出火災自動報警系統、自動滅火系統、防排煙系統和安全疏散系統的相關數據，為快速判斷起火原因，科學預判火災發展趨勢，阻止火災蔓延擴大提供了科學依據。

(二)基于BIM的消防設計審核和驗收或備案抽查

對于設計單位而言，傳統的基于CAD的以二維圖紙為載體的建筑設計信息會產生不可避免的錯誤和遺漏，建筑、結構、電氣、給排水和暖通等多個專業領域在機電設備、管路管線在空間布局中的設計碰撞、缺陷會貫穿整個建筑的全生命周期，導致設計、建造的效率低、精準度差，會造成難以估量的時間浪費和經濟損失。根據《消防法》、《建設工程消防監督管理規定》的要求，工程建設單位在開工前和竣工后應依法申請建設工程消防設計審核與消防驗收或備案抽查，而當前消防監督員在進行建設工程消防設計審核與消防驗收或備案抽查時，主要將紙質二維設計圖紙作為審批或檢查的依據，完全依賴于監督員人工審閱設計圖紙，建筑的三維空間關系全靠監督員想象，其準確程度和正確與否完全取決于監督員個人對規范的掌握程度與工作經驗，導致消防設計審核(或備案)效率低且可靠性差。BIM技術能夠為消防監督員進行建設工程消防設計審核與消防驗收或備案抽查時提供一個更直觀、科學、可靠的設計審核模式[3-4]，借助基于BIM 的結構分析、水暖電錯碰漏檢測等手段，在消防設計審核(或備案)階段就可以最大程度的避免設備專業管路及線路在空間布局中的設計沖突，極大的減少施工階段可能遇到的設計失誤，提高設計、審核和施工的工作效率和質量，在消防驗收(或備案)時則可以準確的發現施工過程中是否嚴格按照經過消防設計審核或備案的圖紙施工和是否存在降低施工質量等問題。同時以建設工程的消防設計審核與消防驗收或備案抽查為起點，同步建立建筑的數字化消防檔案，為建筑消防工程施工與維護、消防監督檢查、消防安全管理等后續環節提供可靠的、鮮活的、持久的數據支撐，建筑三維數字化圖紙檔案的建立與維護在消防工作中的重要性日益凸顯。

(三)基于BIM的消防監督檢查

消防監督員在開展消防監督檢查時首先要進行建筑的消防合法性檢查，檢查建筑是否依法通過消防驗收或進行竣工驗收消防備案，核對建筑物或者場所使用情況與消防驗收或者竣工驗收消防備案時的使用性質是否相符。而當前消防驗收或者竣工驗收消防備案是以紙質二維設計圖紙作為審批或檢查的依據，在消防設計、審核、驗收與監督檢查環節存在著隱形的信息壁壘，消防監督員無法及時準確的獲知建筑的消防設計和施工文件，導致無法及時準確的判斷被檢查建筑是否存在改變設計參數、變更設計用途等消防安全違法行為。借助于BIM信息化的特點，將建筑工程各專業各階段的工程信息做成數據庫，可以隨時供建筑消防管理的各參與方查詢調閱，而且BIM“所見即所得”的可視化特點，可以使監督員擺脫抽象且不直觀的二維紙質圖紙，直接通過查閱三維的立體圖，三維可視化的核對建筑結構、火災自動報警、自動滅火、安全疏散和防排煙等多個消防子系統的設計施工與當前現狀是否存在差異，提高監督檢查的針對性和準確性。

三、BIM技術在消防安全管理中的應用

(一)基于BIM的建筑全生命周期管理

BIM技術是信息技術與建設工程有機結合的產物，它包含了豐富的建筑個體信息，這其中既有建筑的結構、火災自動報警、自動滅火、安全疏散和防排煙等系統設計施工信息，也有消防設備生產廠商、維保、設計參數等管理信息，這些信息貫穿建筑生命周期的全過程，是鮮活的、動態的。信息化是BIM技術的本質屬性，信息化的特點可使建筑中包括名稱型號、維保記錄、設備成本，技術參數等數據在內的火災自動報警系統、自動滅火系統、防排煙系統和安全疏散系統等建筑構件以及消防設施信息都可以完整準確的被采集和保存。鑒于無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術具有工作無須人工干預、適用于惡劣環境的特點，將建筑內的建筑構件及消防設施身份信息制作成RFID電子標簽，建立建筑消防信息大數據庫，從而實現對貫穿建筑生命周期的消防設施的精細化、標準化和信息化管理。

(二)基于BIM的“智慧消防”

“智慧消防”是以FAS系統為基礎的，以物聯網為骨架的，以消防大數據、云計算平臺為支撐的，以防消一體化為目標的現代化消防安全管理體系。現代建筑的火災防控主要依靠自身的主、被動防火系統和安全疏散系統，以建筑消防信息大數據庫為基礎，綜合應用RFID、無線傳感、物聯網、云計算等技術，構建消防大數據云平臺，憑借云計算規模大、開放性等特點，運用無線接入和消防安全管理APP等技術，可以實現對建筑主、被動防火系統和安全疏散系統等建筑消防設施的智能化巡檢、維護、管理和控制，可以極大地提高管理效率，并降低管理難度與維護成本，同時可以將建立的建筑消防信息數據庫和數字化三維滅火救援預案、GIS、FAS等技術手段有機融合，實現火災防控的信息化和智能化。

BIM是消防大數據、云計算平臺數據基礎，將BIM技術與消防物聯網、FAS系統有機結合并應用于“智慧消防”建設，結合當前消防安全“戶籍化”和“網格化”管理，可以實現建筑(社會單位)與消防監管(政府)，消防管理者與消防設備，消防設備和消防設備之間各種信息的互聯互通，建筑消防信息經過網絡傳輸給消防安全管理的各參與方(如社會單位消防安全管理人、公安消防部門、各級網格員)，使各類、各級消防安全管理者在任何時間、任何地點都可以通過網絡終端，清楚了解自己管理權限范圍內的每一個建筑和每一種消防設備的信息和狀態，從而構建一個高效、可靠的“智慧消防”管理體系。

四、BIM技術在滅火救援中的應用

(一)基于BIM的滅火救援

在火災發生后，消防員可以利用發出報警信號的火災探測器位置信息第一時間在BIM的3D模型中準確判斷起火部位在建筑內的空間位置，科學的判斷火災的發展蔓延趨勢，并掌握起火部位附近的安全出口、疏散通道等情況，進而可以合理的規劃最佳的人員疏散路線，部署進攻、堵截等滅火戰斗行動，為消防員開展人員搜救與疏散、破拆排煙和火災撲救等滅火戰斗行動提供依據，佩戴空間定位裝置的消防員在火場的位置也可以實時準確的在BIM的3D模型中顯示，為指揮員的遠程可視化指揮提供了方便，從而最大限度地減少火災所造成的人員傷亡和財產損失。同時，可以根據滅火救援戰斗的需要，通知消防控制室操作人員遠程啟動相關部位的消防供水、防火分隔和防排煙等自動消防設施，為消防員的滅火救援戰斗提供保障。

(二)基于BIM的消防預案編制和消防演練

對于結構復雜、功能多樣、體量巨大的現代建筑來說，基于二維平面圖制作的紙質或數字化滅火救援預案，建筑的三維空間結構和消防設施情況全靠想象，缺點十分明顯。將BIM技術、地理信息系統(GIS，Geographic Information System)和FAS系統三者有機結合起來的數字化三維滅火救援預案，能夠涵蓋建筑消防設施、周邊建筑和消防車通道、消防撲救面、建筑內外消防水源、微型消防站、企業專職消防站等多種要素，以三維方式直觀地調取和快速識別火災發生的部位、火災嚴重程度及建筑消防設施工作情況，能使火場指揮員夠快速準確地獲知室內外消火栓、水泵接合器、疏散通道和安全出口位置、數量等建筑物空間結構和消防設施信息，可以提升滅火救援應急預案的信息化水平，顯著地提高滅火救援預案的可操作性和可靠性。

將基于BIM的數字化三維滅火救援預案與BIM技術的3D漫游功能和VR技術結合起來，配合智能VR眼鏡、3D頭盔和VR多功能水槍等智能穿戴設備，實現漫游模擬，可以讓消防員足不出戶就可以深入建筑內部開展“六熟悉”，也可以假定火災場景，讓火場指揮員和消防員通過VR眼鏡就身臨其境般地開展全要素滅火救援演練，即降低了訓練成本又避免了實地實裝出水演練對社會單位正常的生產經營造成的影響。同時對于各級各類學校的學生、企事業等單位從業人員來說，可以通過VR眼鏡和3D漫游模擬開展疏散逃生演練，可以提高社會單位組織疏散逃生的能力和消防宣傳教育的能力。

五、結束語

每個建筑都具有不同的體型、不同的功能，就像人類一樣，有著自己的生命周期，因此，在消防安全監督及管理工作中應該逐步推行基于BIM的建筑全生命周期的三維設計圖紙存檔審批制度，為每一棟建筑進行數字化、信息化的“開戶建檔”，對每個建筑建立全面生命周期的信息檔案有著非常重要的意義。只有將先進性的科學技術及其創新應用轉化為消防力，發揮三維動態實況建筑功能模型為建筑消防設計審核、監督檢查、滅火救援、應急疏散逃生、日常消防管理等提供充分、有效信息的獨特優勢，才能將公安消防部門有限的警力從繁重的現場執法中解放出來，進一步提升公安消防部門監管水平和滅火救援能力；只有廣泛推進基于建筑全生命周期的三維設計圖紙存檔審批制度，構建云計算、大數據、物聯網、虛擬現實等為技術支撐的建筑消防安全綜合管理策略和應用平臺，開展涵蓋建筑工程全生命全周期的四維建筑消防安全管理，才能實現社會消防安全管理模式三維可視化、信息化、精細化、智能化創新，從而提高全社會建筑消防安全水平。

[1] 何關培.BIM總論[M].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[2] 王佳,黃俊杰.BIM技術在建筑消防全生命周期的應用探索[J].建設科技,2015(23):52-53.

[3] 李倩文,李璞,張旭光,等. 基于BIM的建設工程消防設計審核策略[J].消防科學與技術,2014, 33(10):1186-1188.

[4] 陳遠,任榮. 建筑信息模型在建筑消防安全模擬分析中的應用[J].消防科學與技術, 2015,34(12): 1671-1675.