基于BIM 技術(shù)的建筑消防安全管理應(yīng)用框架分析

■ 王盡飛 河北省廊坊市消防救援支隊(duì)香河縣大隊(duì)

城市化進(jìn)程催生了大量高層和超高層建筑的建設(shè)，因而也就對(duì)建筑物的消防設(shè)計(jì)和火災(zāi)防治提出了更高的要求，然而在這樣的形勢(shì)之下，消防安全管理卻沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。近年來(lái)，造成高額經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的火災(zāi)事故層出不窮，BIM 技術(shù)作為建筑消防安全管理新的技術(shù)手段，其資源共享和協(xié)作的特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)和施工管理在信息時(shí)代背景下煥發(fā)出了新的生機(jī)。

國(guó)外相關(guān)研究表示，以發(fā)達(dá)國(guó)家為代表，國(guó)外已經(jīng)建構(gòu)了較為完善的消防安全管理體系，學(xué)者Fridrich J 典型的研究成果體現(xiàn)在“體制的建設(shè)、消防宣傳教育以及相關(guān)的應(yīng)急措施處理”三方面，F(xiàn)ridrich J 表示，消防安全管理的重點(diǎn)在于消防體制的科學(xué)性，消防人員的安全意識(shí)來(lái)源于對(duì)待消防安全的宣傳教育，在應(yīng)對(duì)火災(zāi)時(shí)的有效應(yīng)急措施[1]；國(guó)外研究學(xué)者Sari A A,Rafrita F K, Rahayuningsih T 等人根據(jù)BIM 技術(shù)模型，結(jié)合消防安全設(shè)計(jì)的適用性，建構(gòu)了良好的消防安全體系，其中分別涉及疏散管理、逃生設(shè)計(jì)、相關(guān)教育、設(shè)施管理四方面[2]；Kincelova K, Boton C 等相關(guān)研究人員通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和BIM 技術(shù)的綜合運(yùn)用，通過(guò)對(duì)“消防監(jiān)督管理、預(yù)防防治措施、疏散管理”三個(gè)方面的深入研究，建構(gòu)了以良好的監(jiān)控系統(tǒng)為核心的消防安全管理體系，除此之外，研究人員還在建筑項(xiàng)目的消防安全管理中及時(shí)發(fā)現(xiàn)了引發(fā)火災(zāi)的相關(guān)問(wèn)題，提出的火災(zāi)應(yīng)急疏散方案可以根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)建構(gòu)動(dòng)態(tài)的疏散路徑[3]；

國(guó)內(nèi)學(xué)者韋海輝認(rèn)為，建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是消防安全管理的突破口，他通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、運(yùn)用層次分析法對(duì)消防安全管理進(jìn)行了定性和定量的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)不同種類(lèi)的建筑物進(jìn)行了初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，將影響建筑火災(zāi)的主要因素進(jìn)行了區(qū)別，最后得出結(jié)論：據(jù)此建立的模型可以有效抑制火災(zāi)的發(fā)生概率[4]。

文章通過(guò)對(duì)以上主要文獻(xiàn)的梳理，對(duì)建筑消防安全方面的內(nèi)容進(jìn)行了廣度和深度上的探索，以BIM 技術(shù)作為建筑物消防安全管理框架模型的主要核心，構(gòu)建三個(gè)層次的子模型，深入研究了其作用和消防安全的管理方式中的不足和優(yōu)勢(shì)，對(duì)BIM 技術(shù)的消防安全管理框架給出具體的探析。

一、建筑消防安全管理

“消防”的含義是消除災(zāi)害的消極影響，預(yù)防隱患；“消防”的還有將災(zāi)害事故進(jìn)行消除、阻擋的內(nèi)在蘊(yùn)意，在“消防”中實(shí)現(xiàn)“安全管理”，就是利用相關(guān)的科學(xué)理論和方法來(lái)對(duì)項(xiàng)目中的人、財(cái)、物、時(shí)間和信息進(jìn)行管控和協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的安全性為關(guān)鍵，從設(shè)計(jì)方法、管控手段到結(jié)果反饋都實(shí)現(xiàn)安全管理的目標(biāo)，整個(gè)管理措施具備統(tǒng)一性和體系性；建立在對(duì)客觀(guān)火災(zāi)規(guī)律的理解上，通過(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、科學(xué)技術(shù)來(lái)有效減少火災(zāi)蔓延，從而達(dá)到預(yù)定的消防安全目標(biāo)，“消防”還包含對(duì)社會(huì)群體和個(gè)體的消防安全管理，具備較強(qiáng)的法規(guī)性、社會(huì)性、群眾性，是一項(xiàng)重要的社會(huì)公共安全管理事業(yè)。

本課題從狹義的消防安全概念和消防安全管理的角度來(lái)研究建筑消防安全的管理。即基于“負(fù)責(zé)和主管人”的原則，根據(jù)建筑管理部門(mén)的作用是預(yù)防建筑物的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，采取各種方法從源頭上預(yù)防和消除火災(zāi)，以保證建筑物的安全運(yùn)行的角度進(jìn)行研究。

（一）BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是對(duì)參建方信息和資源的整合，與傳統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)相比，BIM 技術(shù)是一個(gè)智能的數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)在的建筑行業(yè)將BIM 定義為在建筑的設(shè)計(jì)、施工或運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段進(jìn)行信息交流的電子過(guò)程，BIM 并非指客觀(guān)存在的一個(gè)數(shù)字軟件，在建筑實(shí)施過(guò)程中 ，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目不同，BIM 技術(shù)將所有的工程信息融合在一個(gè)數(shù)字的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為設(shè)計(jì)實(shí)體和功能屬性的中心庫(kù)，BIM技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)搭載建筑數(shù)據(jù)信息、融合施工單位、設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位的信息平臺(tái)，能夠?yàn)閰⒔ǚ竭M(jìn)行建設(shè)需用，實(shí)現(xiàn)了信息共享，通過(guò)輸入不同的工程信息能夠?qū)⒏鲗?zhuān)業(yè)實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)的動(dòng)態(tài)信息模型；現(xiàn)在的BIM技術(shù)更多強(qiáng)調(diào)的是一種合作方式，與維基百科對(duì)BIM 的定義頗為相似。

（二）基于BIM 技術(shù)的建筑消防安全管理應(yīng)用框架

從BIM 技術(shù)的三維特性分析，相對(duì)于傳統(tǒng)的施工模型能夠直觀(guān)呈現(xiàn)出來(lái)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)的位置布局，在整個(gè)項(xiàng)目生命周期和每個(gè)領(lǐng)域的所有階段對(duì)防火屏障和其他消防安全要素的狀況進(jìn)行建模。在實(shí)際的建筑空間提供滅火器、消防栓和火災(zāi)探測(cè)器的特征信息，如圖1 所示；將不同消防設(shè)備的信息整合到BIM 模型中，對(duì)后續(xù)相應(yīng)的消防員和消防救援工作的運(yùn)維都能夠提供便利，消防安全和被動(dòng)的消防功能的實(shí)現(xiàn)都依賴(lài)與BIM 平臺(tái)對(duì)于消防信息的融合。

BIM 模型能夠根據(jù)各個(gè)階段的應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的交換需求的更新，BIM 模型不僅通過(guò)建立智能消防系統(tǒng)來(lái)減輕建筑工程領(lǐng)域上的信息丟失和孤島問(wèn)題，還可以通過(guò)整體的消防設(shè)計(jì)和建立消防預(yù)案來(lái)進(jìn)行4D 施工進(jìn)度模擬，進(jìn)行工程項(xiàng)目質(zhì)量控制，根據(jù)BIM技術(shù)來(lái)建立消防安全管理應(yīng)用框架，如圖1 所示。

圖1 建立BIM 和子模型關(guān)系的框架

首先，子模型設(shè)計(jì)可以根據(jù)火災(zāi)或者相關(guān)隱患，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、抑煙/ 排煙系統(tǒng)、疏散探測(cè)系統(tǒng)和其他需要在建筑內(nèi)安裝的裝置進(jìn)行逐漸擴(kuò)展，其次，再對(duì)火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)進(jìn)行更深層次的加工和統(tǒng)籌管理，可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和救治火災(zāi)，確保人民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，隨之減少一系列的損失，以上都是三個(gè)設(shè)計(jì)子模型的主要構(gòu)建內(nèi)容。

其次，在消防預(yù)案中做好相關(guān)的防火設(shè)計(jì)，被動(dòng)防火設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)建筑物和建筑材料的耐火性，設(shè)計(jì)防火區(qū)，設(shè)計(jì)安全逃生通道，設(shè)計(jì)防煙屏障，均是為了控制火和煙在特定空間的蔓延，防止其擴(kuò)散，并補(bǔ)充主動(dòng)防火系統(tǒng)。BIM 技術(shù)則可以將結(jié)構(gòu)和消防系統(tǒng)的主動(dòng)和被動(dòng)防火設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，在收集、存儲(chǔ)和管理消防安全信息上，可以將各種消防安全設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括建筑調(diào)查數(shù)據(jù)、內(nèi)部消防安全設(shè)施和設(shè)備的調(diào)試數(shù)據(jù)、通風(fēng)口和逃生通道等相關(guān)信息，統(tǒng)一整合到BIM 模型中，使消防安全管理信息更加完整，并保持清晰的定位，以便日后檢索和使用。

基于BIM 技術(shù)的消防預(yù)案可以通過(guò)BIM 模型中的參數(shù)信息、層面之間關(guān)系來(lái)直接獲得各層的平面圖和消防路徑規(guī)劃，不僅可以在原有路徑設(shè)置基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)更高層次的突破，而且更有利于提升消防預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，統(tǒng)籌規(guī)劃消防活動(dòng)和人員疏散路徑。

要搭設(shè)BIM 模型，還可以結(jié)合Revit 和Pyrosim軟件來(lái)對(duì)建筑圖紙的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，利用BIM模型來(lái)實(shí)現(xiàn)Revit 和Pyrosim 軟件數(shù)據(jù)格式的互通，在Pyrosim 軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行火災(zāi)模擬，對(duì)于建筑中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)劃分、建筑物表面屬性以及模擬時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)為建筑居住用戶(hù)提供高效科學(xué)的火災(zāi)模擬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，如圖2 所示；Pathfinder 軟件可以用來(lái)分析建筑物內(nèi)火災(zāi)的燃燒情況，例如CO 濃度、溫度、能見(jiàn)度的變化情況等，對(duì)比三個(gè)危險(xiǎn)判斷指標(biāo)達(dá)到極限的時(shí)間，最短達(dá)到臨界值的時(shí)間視為人員安全疏散的可用時(shí)間，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行快速的疏散和管理。

最后，Pathfinder 軟件對(duì)火災(zāi)疏散路徑的模擬能夠直接展現(xiàn)人員疏散，對(duì)多組人員進(jìn)行圖形化模擬，更加真實(shí)地反映火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員的流動(dòng)和逃避路線(xiàn)。

圖 2 模擬火災(zāi)逃生動(dòng)畫(huà)

（三）基于BIM 的建筑消防安全管理的不足和優(yōu)勢(shì)

1. 不足

（1）中國(guó)建筑的消防安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要是指《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》，現(xiàn)行的建筑消防安全管理在建筑后期的二次裝修和翻新是一個(gè)嚴(yán)重且尚未解決的問(wèn)題。二次裝修改造嚴(yán)重影響了建筑的防火性能，如何保證建筑的防火性能是建筑防火設(shè)計(jì)中有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

（2）建筑物的防火設(shè)計(jì)通常是按照初級(jí)設(shè)計(jì)、二級(jí)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行的，設(shè)計(jì)通常是由不同的設(shè)計(jì)部門(mén)和設(shè)計(jì)師進(jìn)行的。這樣的設(shè)計(jì)不標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)工藝和維修保護(hù)上無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一。

2.優(yōu)勢(shì)

BIM 模型能夠?qū)⑾涝O(shè)備基本信息導(dǎo)入到同一個(gè)技術(shù)平臺(tái)中，通過(guò)Revit 軟件和BIM 模型包括消防設(shè)備的基本信息，包括設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)、安裝日期、負(fù)責(zé)人、運(yùn)行狀態(tài)等細(xì)節(jié)。BIM 技術(shù)能夠通過(guò)碰撞檢查來(lái)避免重新建模，實(shí)現(xiàn)建筑質(zhì)量的提升，如圖3 所示：

圖3 BIM 技術(shù)碰撞檢查

BIM 技術(shù)提供三維可視化的環(huán)境，可以直觀(guān)地看到建筑物各專(zhuān)業(yè)之間的空間布局，如圖4 所示；若某個(gè)較為隱蔽的消防設(shè)備出現(xiàn)故障，BIM 技術(shù)更能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)的管控，可以更加準(zhǔn)確地定位到消防設(shè)備的位置，為消防設(shè)備的維修提供可視化的指導(dǎo)，維修人員在不破壞其他設(shè)備的前提下，對(duì)整個(gè)消防系統(tǒng)有更加全面客觀(guān)的認(rèn)識(shí)，不僅可以提升建設(shè)效率，加快維護(hù)的進(jìn)程，還可以對(duì)建筑整體進(jìn)行掌握，豐富了維修經(jīng)驗(yàn)，便于制定出更加科學(xué)的維修方案。

圖4 BIM 技術(shù)提供可視化環(huán)境

二、結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文針對(duì)BIM 技術(shù)在建筑消防安全管理應(yīng)用框架進(jìn)行了重點(diǎn)研究，還對(duì)BIM 技術(shù)對(duì)于建筑消防設(shè)計(jì)子模型、消防應(yīng)急預(yù)案子模型、智能消防系統(tǒng)子模型的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行了深入探討了，驗(yàn)證了BIM 技術(shù)的實(shí)際可操性。BIM 技術(shù)作為信息技術(shù)的一種形式，如果能與其他信息技術(shù)相結(jié)合，當(dāng)然將取得更好的結(jié)果，也將會(huì)成為未來(lái)一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。