基于BIM的地鐵站應急管理模型構建及體系研究★

王 格 張淞昱 呂 明

(北京聯合大學生物化學工程學院，北京 100023)

1 研究背景和意義

由于惡性事件在城市軌道交通中頻頻發生，已經對大眾的生命和財產造成了嚴重的威脅，這無疑是嚴重警示著我國的城市軌道安全問題。地鐵作為一個維持城市生命活力的重要載體，有著時間短和容載量巨大等特點，但因為特殊的地下工作環境，對于突發事件的預測、處理與修復的特殊和復雜性有著很大的挑戰難度，在我國的地鐵車站應急管理的工作中有著諸多單層次技術問題，如技術手段的滯后、信息化的程度普遍較低。因此為了應對地鐵車站的應急管理，利用BIM技術可以建立地鐵車站的三維結構模型，實現信息傳遞以及數據共享，減少應對突發事件應急管理的步驟，提高管理效率，縮短反應時間，減少人員傷亡以及財產損失。利用BIM技術的優點應用到應急管理體系中可以完善現有的管理體系，并帶來技術上的改革，應用前景廣闊。

2 BIM技術在地鐵車站應急管理方面的優勢

1)BIM技術,可對地鐵的動態情況進行全面的監控,對應急預案的完善和車站人員應急處理技能的加強具有重要作用。

2)因為地鐵站人流量大、結構復雜多變的特點，使得應急管理工作難度加大，以前二維時代的CAD圖紙對于地鐵車站結構的表現和分析往往給人一種不直觀且復雜的現象，導致了識圖困難、文件量大容易引發錯誤，然而利用BIM技術對地鐵車站進行建模形成的應急管理方案是對地鐵車站全面的真實化的體現。它的優點是可以清晰明了、直觀的表現地鐵整體的結構，無論是外部的還是內部的結構都能夠清楚的展示，并且可以儲存各種構件的信息，在需要時方便查看，使得模型的可視化表達更加精準，給應急管理工作提供了強有力的保障。

3)BIM技術在地鐵車站應急管理應用中可與第三方軟件基于4D的火災模擬和人員疏散模擬進行模擬分析，將火災的發生到蔓延、人員的疏散等過程進行了動態展示，利用軟件的模擬可以減少實際演習中的人員損傷，避免財產和資源的浪費，且模擬分析出來的結果更為精確可以為編制應急管理方案和優化應急管理的措施提供強有力的保障。

4)BIM技術的主要特點是全生命周期中的資源共享和信息的傳遞，然而現如今的地鐵車站的火災模擬和人員的疏散模擬分析往往是單獨存在的，兩種軟件的模擬分析的結果不能導入到BIM平臺中保存，使得兩種模擬的結果分散存在，出現了信息不完整、斷裂的現象，不利于管理人員在處理應急管理工作時對于信息的搜索與查找，降低了處理應急管理工作時的效率。

利用以參數化、信息化、協同化、輕量化為核心的BIM技術，可以參與到地鐵車站全生命周期的管理工作中，為傳統的地鐵車站管理模式帶來了新的動力，從結構層次上提高了車站應急管理的水平。

3 當前存在的問題

3.1 應急預案的演練落實不到位

對于預防突發事件的產生這一問題，應急準備工作中城市軌道交通突發事件應急預案的演練合格到位程度，對城市軌道交通從業人員應急能力與業務技能的提升有著很大的影響，急救時救援人員的反應速度決定了事態的控制程序，但是一些部門單位在現實的管理中，缺乏對于應急準備工作正確的認識，進一步導致了應急預案的實戰演練與專業培訓不合格，不到位。

3.2 應急監控存在極大的弊端

在日常的生活中，雖然地鐵對于箱包基本上都會進行安檢，但是并不能全面地、嚴謹地對乘客提供安全保障，因此就有極大可能出現漏洞，以至于不法分子將危險物品帶入地鐵，造成無法彌補的后果，但如果在地鐵實行全身安檢，就會大幅降低特別是早晚高峰的通過效率，進而引發一些如擁擠、踩踏等安全事故。

3.3 資源共享不便

即使每個部門在工作性質上有所不同，但是在地鐵應急管理方面有許多相通的內容，可以相互借鑒學習，互相補充完善，但由于部門種類過多，導致資源流通不便利。

3.4 突擊事件導致大客流量混亂

有時因為天氣的原因、地面交通早晚高峰的堵塞以及車輛限號等原因引發地鐵出現大客流量。然而發生大客流量秩序混亂導致意外事故的發生，引起了踩踏事件增加了風險的等級。地下交通與地上交通關系密切，如果一方出現問題必會導致另一方客流量增大。

4 基于BIM技術的地鐵應急管理解決方案

4.1 基于BIM技術對地鐵站應急管理模型構建的研究

由于BIM技術普遍用于房屋構造和室內設計方面，從而缺乏在地鐵應急管理方面的涉及。為滿足BIM模型的建模范圍、標準及要求，所以需要研究一個符合建模范圍廣，標準和要求嚴格的應急處理系統，在此基礎上，使用Revit軟件建立一個完整的BIM地鐵站應急管理模型，它可以做到：

1)查看已建模型的圖形以及參數數值；

2)建立、刪除、修改模型圖形；

3)創建插件來實現自動化工作；

4)集成第三方應用完成分析；

5)自動建立項目文檔；

6)進行BIM模型的分析。

地鐵車站模型的構建一般由梁、板、柱、墻體等基礎元素構成，在創建模型時需要知道車站的相關尺寸、空間布局以及材料信息等，以某個地下2層的地鐵車站為例創建了BIM模型，在軟件中可以對模型進行平、立、剖面以及局部的細節進行展示，可以任意的縮放、修改以及查看構件信息。車站的整體BIM模型如圖1所示。有時，還要對必要的基礎構件，例如：防火分區墻，添加耐火等級，以對后期的火災模擬分析提供方便。

單獨存在的梁、板、柱、墻體對于疏散時間影響不大，但是由它們組成的站臺、站廳、過道、樓梯等空間布局會影響到疏散的進程。圖2是站臺空間的展示。通過軟件可以查看站臺面積、柱子的尺寸以及材質等與應急管理相關的信息。

4.2 對于地鐵站火災的BIM模型分析

在此階段我們分析了基于BIM技術的地鐵車站火災模擬兩種不同計劃的實施，篩選出了BIM 技術與Pyrosim火災模擬軟件互相結合的計劃，并結合此計劃進行了實地考察，利用典型火災情況發生時的產出數據，在軟件中進行模擬，由此獲取了此情況下發生時緊急疏散的時間，以及人員疏散的情況，但在模擬過程中我們發現Revit軟件和火災模擬軟件之間提升數據傳遞交流的速度效率存在著問題，針對此問題我們互相討論并得出了解決方案，從而確立了具體的以BIM模型為基礎的火災模擬方案。運用三維圖形化的特點，進行火災動態模擬,模擬出不同火災場景下的情況，得出的數據分析結果同時也為論文的后期應急優化措施的提出作了支撐。整體流程如圖3所示。

當地鐵車站發生火災時，煙氣的發展過程：在34 s時，車站內產生大量的煙氣；在53 s時由火源附近的樓梯口迅速的蔓延到了站廳層；在73 s左右，站廳內充滿了煙氣；在159 s時，站臺與站廳的公共區域充滿了煙氣。

溫度的變化過程：在161 s左右站臺層中間的樓梯口附近溫度較高處于危險狀態，在疏散時應盡量選擇兩邊的樓梯；在236 s時左側的樓梯和中間樓梯口都處于危險狀態，因此在疏散時工作人員應該避免這兩個通道讓人員從右邊的樓梯進行疏散；在425 s時站臺的疏散通道附近道路的溫度達到了60 ℃，對于人員的逃生存在著高溫影響。

能見程度的變化過程：在40 s時火源周圍的能見度下降；在50 s時站廳中間的樓梯口能見度下降；在161 s時左側、右側的樓梯口和中間的樓梯口能見度降低到11 m以內，影響著人員疏散；在245 s時站廳和站臺層大部分地方的能見度降低到11 m以內；在329 s時左右兩邊的出入口能見度不能滿足逃生要求。

有害氣體CO濃度的變化過程：當火災剛發生時的很短時間范圍內，就會產生大量的有害氣體CO。在352 s左右時，站臺左邊的CO濃度比較高，對人員疏散造成影響。

4.3 基于BIM模型的疏散模擬分析

利用已經建好的車站BIM模型，模擬了當地鐵火災發生時人員的疏散情況，以及關鍵疏散路徑所需要的最短時間，和最大限度下的疏散時間進行對比，經過具體數據模擬分析后的結果發現其中存在著諸多的安全隱患以及地鐵站關鍵性位置的安全性缺陷，因此針對這些問題提出了應急優化措施，并結合車站BIM環境下三維火災煙氣彌漫過程和人員的疏散的模型對于應急管理工作進行優化提升，由此證明了在火災發生時BIM技術可以提高疏散結果的準確性和工作效率，隨著BIM技術在地鐵全生命周期中的全面落實，應急管理體系有著巨大的市場前景和應用價值，BIM清晰明了、直觀的、可視化程度高的優點使得人們更容易接受。

為了實驗的嚴謹，進行了火災等情況下的疏散模擬和地鐵站內各個關鍵位置人員疏散時安全性的判定，對此設置了2 000人的疏散人數，發現絕大部分乘客會遵循就近的原則，向離自己近的逃生通道跑去，而一小部分乘客會向離自己遠的逃生通道跑去，待全部人員疏散完成后，發現乘客在逃生過程中會出現滯留的現象，針對這個問題反復思考后，認為可能由于一部分乘客并不熟悉地鐵內的設施和結構，所以我們選擇優化應急疏散警示系統，此方案有利于在慌亂環境下為地鐵乘客提供火災警示作用，減少火災反應時間；在逃生過程中還可以為乘客提供指示作用，減少逃生時間，提高了應急工作的效率，并且還可以將應急疏散警示系統與排煙和噴淋裝置連接起來，當火災發生時立即啟動，力爭在最短的時間內將火災撲滅。

4.4 BIM應急管理模塊的設計及其實現的研究

研究如何把工作信息與BIM相融合，開發出“應急管理”插件，通過前面的模擬分析及操作為了方便用戶的使用，開發的“應急管理”模塊的界面使用四個簡潔的控件，如圖4所示。并分析了基于BIM平臺在其效率方面的實用性，基于此研究證明了BIM技術在提高管理工作效率的實用性和優越性，其實用價值在于為部門之間提供了一個信息互通的平臺，方便了用戶的數據調用。避免了繁瑣的提取信息的過程，有效地縮短了管理工作中的時長，使得作業效率更進一步的提高。該插件在應用中的實用性價值，還主要影響了三個方面：提供應急管理數據；提高工作效率；方便教育宣傳。

5 結語

通過對于地鐵應急管理體系的研究，可以有效地提高了面對突發事件處理事情的效率，盡可能的減少人員傷亡以及財產的損失。BIM技術的應用，為信息化、數字化的地鐵模型提供強有力的技術保障，讓地鐵應急管理體系更加完善。