BIM在消防工程全壽命周期管理中的應用

曹露春 吳雅迪 張蓉

摘要：對目前消防工程全壽命周期中各階段存在的問題進行了分析，得出消防工程全壽命周期中信息化程度不足是制約其發展的重要原因，具體展現了BIM技術在消防工程全壽命周期各階段管理中的應用前景及技術優勢，并建立了消防工程全壽命周期管理系統的框架。

Abstract： This paper analyses the problems existing in all stages of the life cycle of fire engineering at present， and draws the conclusion that the lack of information in the life cycle of fire engineering is an important reason that restricts its development. It shows the application prospects and technical advantages of BIM technology in the management of all stages of the life cycle of fire engineering concretely， and establishes the framework of the life cycle management system of fire engineering.

關鍵詞：BIM;消防工程;全壽命周期管理

Key words： BIM;fire engineering;life cycle management

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0253-03

0? 引言

大型城市綜合體、交通樞紐（如高鐵站、機場等）中人員周轉密集、場所眾多、環境復雜，一旦發生火災，極有可能造成較大的經濟損失和不良的社會影響。消防工程作為建筑工程的重要組成部分，由于設計規范陳舊、施工建造難度高、驗收工作繁重、運維信息不暢等問題，在全壽命周期管理中正面臨著嚴峻的挑戰。而信息化程度不足是造成消防工程建造與管理困難的重要原因。消防工程全壽命周期包括設計階段、施工建造及驗收階段、運維管理階段，其全過程涉及信息廣泛，信息的傳輸和處理效率對消防工程的高效管理起著決定作用。BIM技術在建筑工程中的應用日漸成熟，其可視化、協同化等特性在促進建筑工程高效化的前提下，也帶來非常可觀的社會經濟效益。為此，以BIM技術為基礎，分析其在消防工程全壽命周期中的應用，對消防工程全壽命周期信息化程度及管理效率的提高提供一定的理論指導。

1? 傳統消防工程管理中存在的問題

消防工程從設計階段的設計、規范審查，到施工階段的成本、質量、進度的控制，再到運營階段的運維管理，各階段的對象與目標有著高度的統一性，但在實際工程中卻相互割裂。造成這一問題的主要原因是各階段信息化不足，導致工程實施過程中信息傳遞不暢、各參與方協作不足、效率低下。

1.1 設計階段存在的問題

隨著大型建筑的涌現，目前的消防工程設計規范難以完全適應。為了適應建筑本身的復雜設計，建筑消防設計與設計規范不符的情況越來越多。同時，消防工程各參與方之間缺乏溝通，進而出現消防工程的設計與業主需求不符的情況，消防工程施工人員不能準確理解設計意圖，對后期施工造成影響。消防設計審查時，不能有效查出設計中的不足，導致施工過程中需要進行設計變更，增加不必要的成本。

1.2 施工建造及驗收階段存在的問題

在消防工程施工階段，施工過程中因為施工人員對設計圖紙的不熟悉，會花費很多時間去理解圖紙或者和設計人員進行溝通，進而影響施工進度。對于施工過程遇到的重難點，需要進行多方論證和技術交底，技術人員的工作量繁重。部分施工員對消防設計審查意見不夠重視，憑以往經驗私自更改設計內容，導致消防工程和相關規范不符，影響最后的消防驗收。在驗收階段，驗收人員因受到經驗和精力的限制，不能高效準確地發現消防工程中存在的問題。

1.3 運營管理階段存在的問題

消防工程運營管理過程中存在的問題，主要來自于信息的不通暢。一方面，運營階段與施工階段形成了信息斷流，消防設備的信息在傳輸過程中可能出現遺漏，不能完整的錄入到運維管理系統中。另一方面，運維管理過程中各類數據未能形成有效地集成，例如某設備的空間信息與設備的屬性信息是分開存儲的，在火災模擬過程中需要同時運用到這兩類信息時，就需要花費精力調取并集成這兩類數據。

2? BIM技術在消防工程中的優勢

通過梳理消防工程各階段的BIM技術應用點，針對性的解決傳統消防工程中存在的問題，展現BIM技術在整個消防工程應用的連續性和高效性。

2.1 工程設計階段

2.1.1 可視化設計

可視化設計即將建筑及構件在設計階段以三維方式呈現，以避免傳統二維圖紙表達抽象的缺點。傳統的圖紙設計需要設計者先構思出所需設計的建筑及構件的立體圖，然后再通過立體圖去設計二維圖紙。在圖紙審查或按圖施工時，工作人員需要對圖紙進行二次理解。不同人員對圖紙的理解或有偏差，施工成果很可能和設計意圖存在出入。而通過BIM技術直接進行三維設計，實現“所見即所得的”效果，既減少后續工作中人員對圖紙的理解偏差，又實現了施工中設計圖紙的精準表達。在設計過程中，通過BIM的漫游功能，創建動畫演示，業主可以直觀地預覽消防工程的設計現狀，在虛擬空間三維可視圖紙中迅速找到不滿足需求的地方，及時提出修改意見，避免后期不必要的工程變更。

2.1.2 碰撞檢查

消防工程中碰撞的類型有兩種，第一種是設備內部各專業的碰撞，例如管線與機電設備之間的碰撞，第二種是建筑、結構專業與設備專業的碰撞，例如沒有預留孔洞，就會出現管道與墻體的碰撞。對于工程量大且涉及專業比較復雜的工程，僅通過人工審查，不可能準確而高效地找出碰撞點。通過將建筑、結構、機電、水暖等專業的BIM模型整合到一起，進行管線碰撞檢測，運用BIM軟件可以生成碰撞報告。根據碰撞報告確定碰撞部位，對碰撞部位進行優化設計。

2.1.3 規范審查

隨著建筑的復雜化，傳統消防設計審查表現出了效率低、客觀性差等缺點，消防規范設計審查對于保障建筑消防安全具有十分重要的意義。運用BIM相關軟件，建立的三維模型，包含較為全面的建筑信息，如建筑構件的材質、尺寸、防火等級等信息。同時BIM可實時定位消防構件及監控其運行狀態。在軟件中依據規范設置審查條件，經過數據對比，輸出審查報告，設計人員依據審查報告進行設計修繕，實現整個審查過程的高效性和完整性。

2.2 施工建造及驗收階段

2.2.1 模擬施工

模擬施工是指運用BIM技術對項目施工過程進行模擬。將建造過程、施工順序等信息導入信息模型，可以對施工過程進行可視化模擬，利用模擬過程對施工方案進行可行性驗證，優化施工組織設計。技術交底中，BIM三維可視化技術有助于施工人員對整個施工過程的直觀理解。

2.2.2 工程量統計

工程量統計在施工過程中的應用包括進度計量、中期付款等。BIM是一種綜合成本、材料和進度的建筑信息模型。利用REVIT和廣聯達軟件，可以實現一定時期、一定過程的數量、成本統計，并以報表形式呈現。（圖2）

2.2.3 進度計劃

將BIM與進度計劃相結合，可以模擬施工進度。在BIM模型中加入時間信息，可以形成一個直觀的4D模型，能夠準確反映整個施工過程。BIM4D模型可以實現對整個項目的跟蹤管理，將項目的當前進度與節點模型進行比較，當進度滯后時，及時提出優化方案，并通過仿真施工驗證方案的可行性。同時，BIM模型可以對施工管理過程中的材料準備和人員安排提供精確的指導，實現施工材料的精確配置和人員的合理安排，從而實現施工過程的精細化管理。

2.2.4 竣工驗收

在消防工程竣工驗收階段，消防驗收人員應根據消防驗收評定規則對消防工程各單項按比例抽檢。在工作量較大情況下，需要多名輔助驗收人員協同工作，這種情況下容易出現驗收項目的交叉和遺漏，導致驗收效率不高。驗收過程中因驗收人員的經驗不足，容易出現誤判的情況。在驗收過程中消防驗收人員可以在BIM模型中提前確定好需要驗收的項目，然后指揮輔助驗收人員至現場進行實地驗收，輔助驗收人員通過將現場實際情況與BIM模型作比較，以判斷驗收項目是否符合設計規范，驗收人員同時對驗收項目進行拍照記錄，最終將驗收結果上傳云端，以備日后查驗。

2.3 運營管理階段

2.3.1 維護管理

大型建筑中包含的消防設施數量巨大，消防系統也較為復雜，將BIM技術應用到消防設施的維護管理中，會顯著提高設施維護管理的效率和質量。BIM模型中包含了消防設施的幾何信息和性能信息，利用該模型可以將施工階段的信息傳遞到運維管理階段。運營過程中產生的信息也可以存儲到該模型中，通過此平臺各部門可以共享數據信息，協同合作。

2.3.2 消防救援

BIM技術在火災模擬、現場救援指揮、虛擬消防演習中有著重要的應用。傳統的建筑火災模擬都是通過FDS軟件進行的，此過程首先需要對待測試的建筑進行建模，建模過程中輸入的參數較為模糊，其精度與實際情況有較大的差異，不能準確反應火災發生時建筑的真實情況。而BIM模型中包含著建筑的所有空間信息、材質信息、周圍環境信息等，無需二次建模，只需將BIM模型直接轉化為火災模型，就可以實現對火災情況的模擬。再借助BIM的三維漫游功能可以實現救援路徑、疏散路徑的規劃。通過BIM模型對火災的模擬，可以幫助人們了解火災來臨時建筑的宏觀情況，對疏散路徑有一個正確的認識，以提高人們應對災害的能力。

3? 基于BIM的消防工程全壽命周期管理系統的構建

構建基于BIM的消防工程管理全壽命周期管理系統首先要建立建筑信息模型，其次需要建立消防設施信息模型。建筑模型中包含著建筑的空間信息及材料信息，消防設施模型中包含著設施的屬性及運維信息，兩者的結合可以形成四維模型，再通過對豐富的信息數據進行提取處理，可為消防工程的管理提供可視化平臺及運維信息，從而有效提高消防工程管理的水平。

3.1 系統架構

消防工程全壽命周期管理系統的組成包括數據層、模型層和應用層。

3.1.1 數據層

消防工程平臺設計的基礎和核心是數據庫的構建，其是實現系統功能的基礎和前提。數據層借助數據庫技術，對消防工程涉及的建筑信息、結構信息、消防設備信息等進行管理和存儲，為實現對象模型到關系模型的轉化，需要建立對象模型到關系模型的映射關系。其信息的來源主要是BIM模型信息的提取和運維信息的錄入。

3.1.2 模型層

模型層主要是BIM模型的建立，BIM數據集成的優勢可以實現基于IFC的模型數據的提取和三維展示。在項目決策階段通常是通過Revit軟件建立概念體量模型，快速分析整個工程的相關指標。在施工階段建立施工模型，實現對整個工程的可視化施工指導。在運營階段建立基于BIM的設施管理模型，實現對整個工程的可視化管理和維護。

3.1.3 應用層

應用層主要由消防工程管理過程中所需要的系統、軟件和模型組成。其中的應用包括全壽命周期各階段的應用點，例如工程量統計、運維管理等。（圖4）

3.2 模型數據庫的建立

數據庫的信息一部分產生于運維階段，但更多的部分來自于設計與施工階段，設計與施工階段的信息都可以以BIM模型的形式進行存儲。所以將BIM模型信息轉化成適用于消防工程管理的IFC格式的信息是建立數據庫的關鍵。消防工程中涉及的信息元素可分為建筑信息、結構信息、線路及管道信息、建筑材料信息、建筑消防設備信息等，具體分類參見表1。

4? 結論

本文研究了BIM技術在消防工程全壽命周期中各階段的應用，得出了BIM技術對改善目前消防工程中存在問題、提升工作效率具有重要的技術優勢，并建立了消防工程全壽命周期管理系統的框架。在未來建筑信息化程度日益提高的情境下，BIM技術在消防工程中的應用優勢將逐漸擴大。BIM技術對于提升消防工程各階段的信息化及信息流通，有著重要的戰略意義。但目前BIM技術在消防工程的應用研究還僅僅局限于全壽命周期中各階段的應用，還沒有形成一個系統的應用流程，其各階段應用的有效銜接，成為制約BIM技術在消防工程中應用的瓶頸。

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