BI M技術在高層建筑防火監督中的應用研究

王國祥

（江蘇省太倉市消防救援大隊，江蘇 蘇州 215400）

1 引言

BIM技術與傳統防火監督技術相比有一定的優勢，是一種基于三維數字化的信息技術，以各種信息數據為基礎建立模型，實現對信息的整合。另一方面，通過對BIM技術的應用可以實現對高層建筑行政審批的三維可視化數據審查，清晰顯示高層建筑消防設施的位置以及疏通通道等。目前來看，我國高層建筑在防火監督措施中對BIM技術應用較少，與國外有一定的差距。本文通過對BIM技術具體應用的闡述實現BIM技術與防火監督的有效結合，具有一定的創新意義。

2 高層建筑消防隱患現狀分析

2.1 高層建筑火災的特征

2.1.1 人員疏散難度較大

高層建筑的高度較高，一旦發生較為嚴重的火災，會導致內部居民逃生過程難度很大。現如今，許多高層建筑通常只設置一個消防通道，因此，在人員疏散方式方面比較單一，再加上各種不確定風險因素的影響，在發生嚴重火災事故后，造成了非常嚴重的生命財產損失。另外，高層建筑內部空間設計往往具有特殊性，火災事故出現后，各種有害氣體會在短時間內凝聚起來，并擴散到所有空間。由此可以看出，發生火災時，高層建筑內部人員疏散工作難度較大。

2.1.2 救援難度較大

高層建筑內部往往安裝著很多智能化設備，以此來滿足建筑的各種功能需求。發生火災事故后，火勢會通過設備迅速蔓延其他建筑群體，對火災救援工作產生更大的影響。再加上一些消防救援車輛受到各種功能的限制，難以達到建筑物的高度需求，使高層建筑滅火效果受到影響。而且高層建筑內部樓層較多，救援人員無法在短時間迅速趕到樓層位置，影響了救援效率[1]。

2.2 高層建筑消防安全隱患問題分析

2.2.1 設計不達標

受現代審美觀念的影響，許多設計人員在設計過程中往往注重著建筑物的觀賞性，對消防安全問題不夠重視，沒有將消防安全問題擺在首要位置。另外，在裝修設計過程中，室內裝修占用面積較大，許多消防設施和用具沒有及時進行安裝，在真正面對火災事故時，會直接導致影響滅火效率，造成火災事故進一步擴大。

2.2.2 裝修材料不合理

許多高層建筑物在建設的過程中會大量使用易燃易爆等材料，進一步提高了火災事故發生的概率。這些材料不僅會助長火勢的蔓延，還會產生大量有毒氣體，對人們的生活與健康造成極大的威脅，為此要特別重視材料的選用，加強對材料防火性能的重視。

3 BI M技術在防火監督工作中的應用

目前，在對高層建筑消防設施進行檢查的過程中通常會面臨兩種問題，一種是監督人員對消防設施審批情況不夠了解，導致防火信息出現脫節的現象；另一種是在使用過程中無法得到優化升級，導致信息出現缺漏現象。針對上述問題，本文主要提出了以下解決方法。

3.1 對消防設施局部平面進行調整更新

消防設施在高層建筑物投入使用后，由于本身使用功能的調整，需要對消防設施的平面布局進行調整。在調整過程中，消防設施因受到外力的作用容易出現偏移的現象，嚴重時會改變建筑物內防火分區以及疏散樓梯的內部調整。為此，需要結合BIM技術建立完善的操作平臺，利用操作平臺對建筑物內所有的消防設備運行參數以及狀態信息進行統一規劃管理。本文主要對水管網壓力參數調整以及消防供電設備調整進行分析研究。

3.1.1 利用BIM技術計算管網壓力

在高層建筑防火監督過程中，可以利用BIM技術中的內容對水管網壓力進行計算，以便于提高水管網壓力的適用性，使防火監督效果進一步改善。水管網壓力計算一般以PIPENET軟件為基礎，對建筑物內的水管系統進行水力計算，以此得出管線的水擊壓力。

當水流沿水平方向流動時，利用BIM技術建立的模型將水管閥門關閉起來，管線產生的水波會沿著X軸方向移動，產生的水擊壓力為：

式中，Fx為水流擊打過程中產生的總壓力；Fe為外部承受壓力；Fp為水管網不同截面之間所產生的靜態力；Fk為水流在流動過程中產生的動態力。

在計算常規水擊壓力的過程中，如果水管控制開關處于關閉狀態，那么水管的波形長度Lw會出現明顯的衰減，具體計算公式為：

式中，a為水流波動速度；tc為水管閥門的運行衰減。

計算完Lw值后，水管線中波長傳播速度的壓力與流量呈正比關系，具體內容如圖1、圖2所示。

圖1 水管壓力-距離關系曲線圖

圖2 水管流量-距離關系曲線圖

從圖1、圖2可以看出，利用BIM技術所提供的蒸汽管線模型，能夠使各個水管網線在有效監督控制下運行，保證水管壓力始終處于良好的運行狀態。利用BIM技術中的蒸汽管線模型所提供的水流波動速度以及水管閥門運行速度，在完成對數值的計算后，采取相對應的解決措施不斷提高水管質量，有效提高水管的防火能力。

3.1.2 利用BIM技術對消防供電設備運行參數計算

在BIM技術的影響下，消防供電設備容量計算一般以S=IsUo為基本計算公式（S為總供電設備的實際容量；Is為實際需要發電量；Uo為直流測空載體電壓），那么最終的計算公式為S=（S+SF+ΔS）/2（S為消防供電設備的總功率；SF為其他設備用電功率；ΔS為牽引網絡功率損失）。在開展防火監督的工作中，主要是對整個容量計算進行檢驗，根據供電設備在運行過程中產生的有效電流以及充分利用牽引變壓器中的過載能力，計算出校核容量的數值，從而確保變壓器能夠安全運行下去，同時需要考慮變壓器負荷潛力所出現的原因，最終決定出變壓器負荷能力的依據。

3.2 實現技術交底

通過對BIM技術的有效利用，能夠實現建筑審批與監管環節中對建筑消防設施部分的技術交底問題。以往在這些工作環節中，需要將審批后的圖紙以及電子版傳給防火監督人員，并且對消防設施的運行情況進行檢查。隨著高層建筑數量的不斷增多，設計難度也逐漸增加。如果還在沿用傳統的審核方法，采用紙質查閱的方式，那么會直接提升審核人員的工作量，降低工作效率。而BIM技術建立的建筑模型包含建筑的各項構造及性能信息，是信息內容與模型的結合體。通過建立完善的建筑模型，可以讓防火監督人員更加直接地觀看到各種建筑信息，有利于監督人員快速制訂各種防火預案[2]。

3.3 利用FDS軟件相結合

FDS火災模擬軟件具體分為兩個部分，分別為FDS以及SOMKERVIEW。其中，FDS為主要部分，主要對建筑物結構進行構建，并且計算每個部位的具體位置。而SOMKERVIEW是FDS計算結果后的處理程序，除了能分析防火設施的安放位置，還能顯示火勢蔓延的情況，通過BIM技術可以將這些數據通過2D或者3D的形式顯示出來。輸入的數據包括建筑物的室內環境溫度、建筑物室內燃燒情況以及煙霧蔓延情況等。現如今許多高層建筑都加強了對FDS軟件的火災現場模擬，利用該軟件提供的實驗基礎數據，與BIM技術產生一定關聯，可以利用BIM虛擬現實技術為火災制訂救援方案提供思維指導。從應用效果來看，利用FDS建立的建筑模型更加直觀，可以為相關數據的選擇提供參考，尤其是在人員密集場所，通過對虛擬現實軟件利用，使防火監督人員能夠在3D場景中任意建立模型，提前規劃人員逃生通道，設計出合理的疏散路徑，計算出正確合理的疏散時間，并分析疏散過程的可行性，使實驗數據更加真實可靠。

3.4 制訂較為完善的應急疏散預案

在制訂應急疏散預案的過程中，需要利用應急疏散預案軟件PATHFINDER。將建筑物內各種存在的大型活動導入該軟件的數據平臺中，可以生成的各種疏散路線，然后進行可視化的疏散模擬，具有很好的導向性，其中最為重要的是可以幫助防火監督人員制訂合理的疏散預案。利用BIM技術進行人員疏散展示，可以提前計算出疏散時間，盡可能在最少的時間內完成人員疏散。另外，該軟件還可以幫助消防救援人員快速了解建筑物內的情況，為相關人員展開應急疏散培訓[3]。

4 結語

綜上所述，本文主要對高層建筑消防隱患問題類型以及BIM技術在防火監督工作中的應用進行分析研究。我國對BIM技術的研究有很大的提升，但是在建筑防火設計以及防火監督領域中仍然有很大的發展空間。為此，防火監督人員需要加強對BIM技術的應用，加強對數據模塊的使用，不斷整合建筑資源，加強對消防設備的管理，建立更加完善的綜合應用平臺，增強高層建筑的安全屬性，保證人民群眾的人身與財產安全。