BIM技術在高層建筑防火監督中的應用研究

摘要：隨著高層建筑數量的增加，防火監督成為確保建筑安全的重要環節。本文探討了建筑信息模型（BIM）技術在高層建筑防火監督中的應用。通過分析BIM技術在防火設計、模擬和管理中的作用，揭示了其在提高建筑防火性能、降低風險和提升管理效率方面的潛力。研究表明，BIM技術可為防火監督提供可視化、實時性和多維數據支持，為決策制定和應急處理提供更為精準的依據。然而，BIM技術在防火監督中的應用還存在一些挑戰，如數據集成、標準化和技術培訓等方面需要進一步完善。本文旨在為促進BIM技術在高層建筑防火監督中的應用提供參考和啟示。

關鍵詞：BIM技術；高層建筑；防火監督；安全

隨著城市化進程的推進和人們對建筑安全的日益關注，高層建筑數量不斷增加。然而，高層建筑一旦發生火災，其帶來的災難性后果常常不可估量。因此，對高層建筑的防火監督顯得尤為重要。傳統的建筑設計和管理方式難以滿足對防火監督的需求，而BIM技術作為一種集成設計和管理工具，為提升建筑防火性能提供了新的思路和方法。

一、BIM技術概述

建筑信息模型（BIM）是一種數字化的建筑設計、施工和管理方法，基于一個全面、協同的數字化建模過程，涵蓋了建筑物或基礎設施的物理和功能特性。BIM通過整合建筑物的幾何形狀、空間關系、材料屬性和建筑元素之間的關聯性，為建筑行業的各個階段提供了數據和信息。BIM技術的核心是建模，用于建筑設計的三維模型更是一個包含了幾何信息、時間信息、成本信息、物理特性和功能特性等多維數據的虛擬模型，為設計師、工程師、施工人員和業主提供了一個共享的平臺，在整個項目生命周期中共同協作、溝通和管理。BIM的優勢在于提高了項目的協同性和效率。設計團隊可通過BIM，實時共享信息、協同工作并即時反饋，減少了信息傳遞和誤解的可能性[1]。

二、高層建筑消防隱患現狀

（一）高層建筑火災特征

高層建筑火災是一種極具挑戰性的災難，具有人員疏散難度大和救援難度大的特征，更涉及到諸多復雜因素，影響著火災蔓延、應對和救援效率。這些因素既包括建筑結構本身的特點，也涉及到人員行為、環境因素以及救援資源等多個層面。一方面，高層建筑由于其高度，人員疏散難度較大是顯而易見的。樓層高、人口密集，加之可能存在疏散通道不暢，使得火災發生時，大量居民面臨疏散困難的問題。有些居民可能身體有殘障或行動不便，這進一步加大了疏散的難度。同時，火災引發的恐慌和混亂也會影響人們冷靜有序逃生，甚至可能導致擁擠和踩踏等意外。另一方面，高層建筑火災的救援難度也較大。消防車輛抵達火災現場的困難、水壓不足、高空救援設備的使用等技術性問題都增加了救援的難度。此外，高層建筑存在著獨特的建筑結構，使得火災撲救難度加大。火勢可能在樓層間蔓延，傳統的滅火方式可能面臨局限性，需要更多專業化的技術和裝備來有效撲救。另外，環境因素也是影響高層建筑火災特征的重要因素之一。例如，風力和風向對火勢蔓延的影響很大。強風可能迅速推動火勢擴散，增加滅火難度，甚至使得救援難以進行。高層建筑周圍的交通和基礎設施也可能受到影響，進一步制約了救援的效率[2]。

（二）高層建筑消防安全隱患問題

高層建筑消防安全隱患問題一直備受關注，其中設計不達標和裝修材料不合理是兩個主要方面。這些問題的存在會導致災難性后果，因此深入了解其本質和影響至關重要。首先，設計不達標可能是高層建筑消防安全的根源之一。一些建筑在設計階段未考慮到充分的消防安全因素。這包括但不限于缺乏有效的疏散通道、消防設備配置不當、建筑結構不穩固等問題。設計不合理容易導致火災發生時疏散困難，甚至無法有效控制火勢，使得火災造成的損失更加嚴重[3]。其次，裝修材料不合理也是造成高層建筑消防安全隱患的重要原因。一些低質量或不符合消防安全標準的裝修材料存在火災蔓延速度快、釋放有毒氣體或煙霧的問題。例如，易燃材料的使用、裝修過程中的安全漏洞等都可能為火災的發生和蔓延提供更多機會。設計不符合標準會給火災發生時的疏散增加阻力，導致更多傷亡和財產損失。不合適的裝修材料可能助長火勢擴散，帶來更嚴重的后果。這些問題不僅危及居民的安全，還會給消防人員的救援工作帶來巨大困難，阻礙他們有效控制火勢。改善設計并選用合適的建材是減少火災傷害的關鍵，以確保人們及時安全逃生，并有利于消防人員更有效撲滅火勢，減少損失。

三、BIM技術在防火監督工作中的應用

（一）對消防設施局部平面進行調整更新

BIM技術通過三維建模和數據管理，使得消防設施局部平面的調整更新變得更加直觀和實時。在進行平面調整時，BIM技術能夠幫助實現以下目標：一是消防設施局部平面的實時更新。BIM中的實時協作功能可以確保多個團隊成員同時查看和編輯局部平面，以便及時更新消防設施布局。在BIM共享平臺上，消防人員、建筑設計師和其他相關專業人員可以實時協同工作，確保局部平面的準確性。二是消防通道和逃生路徑的優化。BIM技術可以模擬不同的消防通道和逃生路徑，考慮建筑的結構和布局。這有助于優化逃生路徑，確保在緊急情況下人員能夠快速而安全撤離。

具體來看，BIM技術可以結合建筑結構和管道系統的幾何信息，利用流體動力學原理計算管道內的流量，以進一步提升水管網壓力的適用性，增強火災監督效果。相關計算公式如下：

Q=A·V

其中，Q為流量，A為管道橫截面積，V為流速。

管網壓力是管道系統設計中的關鍵參數。BIM技術可以模擬管道網絡，考慮管道的直徑、長度、流速等因素，利用以下公式計算管網壓力：

P=ρ·g·h+（1/2）·ρ·V2+Pstatic+Pfriction

其中，P為管道內的總壓力，ρ為水密度，g為重力加速度，h為管道高度差，V為流速，Pstatic為靜壓，Pfriction為摩擦損失。

在建筑信息模型（BIM）技術的廣泛應用下，消防供電設備容量計算已經變得更加系統化和精確。通常情況下，消防供電設備的容量計算以公式S=IsUo為基礎。這里，S代表總供電設備的實際容量，Is表示實際需要的發電量，而Uo則是直流測量的空載體電壓。不過最終的計算公式更為復雜，表達為S=（S+SF+ΔS）/2。在這個公式中，S代表消防供電設備的總功率，SF代表其他設備的用電功率，而ΔS則表示牽引網絡的功率損失。

防火監督工作的核心是對整個容量計算進行檢驗，需要根據供電設備在運行過程中產生的有效電流，并充分利用牽引變壓器的過載能力，計算出校核容量的數值。這一步驟的目的在于確保變壓器能夠安全穩定運行[4]。同時，也需要考慮到變壓器負荷潛力出現的原因，這將最終決定變壓器負荷能力的依據。通過這些計算和檢驗步驟，能夠確保供電設備的可靠性和安全性，進而保障建筑物在火災情況下的電力供應穩定性，使得對消防供電設備容量的評估更加準確和可靠，從而為建筑物的安全性和防火能力提供了堅實基礎。

（二）實現技術交底

在傳統的建筑審批與監管中，消防設施的技術交底一直是一個繁瑣而耗時的過程。過去，審批后的圖紙和電子版需要傳遞給防火監督人員，而他們則需要耗費大量時間檢查消防設施的運行情況。然而，隨著高層建筑數量的不斷增加和設計難度的提升，傳統的審核方法顯得效率低下，監管人員的工作量也居高不下。在這一挑戰下，建筑信息模型（BIM）技術成為了解決問題的一項創新解決方案。

BIM技術通過數字化建立建筑模型，以包含建筑的各項構造和性能信息，實現信息內容與模型的完美結合。防火監督人員可以更直接觀察建筑的各種信息，從而更有效進行監督和審核。建立完善的建筑模型使監督人員能夠快速了解建筑的結構、消防設施布局等重要細節，有助于相關人員更迅速制訂各種防火預案。BIM技術的優勢在于它不僅提供了建筑的三維模型，還包含了豐富的數據和信息，例如建筑材料、設備規格、施工方法等。這些信息幫助監管人員更全面了解建筑的特性和構造，不再局限于傳統的二維圖紙。監管人員通過利用BIM技術能夠更準確評估建筑的安全性，并及時發現潛在的安全隱患，有效提高建筑審批與監管的效率和質量[5]。在BIM技術支持下，審批過程更加透明高效。防火監督人員可以直接在數字模型中查看建筑的消防設施配置，并實時了解其性能。消除了傳統審批中紙質文件傳遞和翻閱的繁瑣步驟，大大提高了審批效率。BIM技術除了在審批階段發揮作用，還為建筑的后續管理提供了強大的支持。一旦建筑完成，BIM模型可以作為一個動態的數據庫，記錄建筑的運行、維護和更新信息。這為監管人員提供了實時的建筑狀態，使得他們可以更主動進行監督和管理。同時也為建筑的日常運營提供了更精準的數據支持，有助于優化建筑的防火設施，提高整體的安全水平。

（三）利用FDS軟件相結合

FDS火災模擬軟件涵蓋兩個主要組成部分：FDS和SMOKEVIEW。FDS扮演核心角色，專注于建筑結構的構建與每個區域的精確定位計算。與之相對，SMOKEVIEW作為FDS計算結果的后處理程序，不僅分析防火設施的布置位置，還可展示火勢蔓延情形。利用BIM技術，這些數據能以2D或3D形式呈現。輸入數據包括建筑內部溫度、燃燒情況及煙霧蔓延等[6]。如今，眾多高層建筑日益重視FDS軟件在火災場景模擬中的運用。通過該軟件提供的實驗基礎數據，結合BIM技術，能為火災救援方案提供有力支持。FDS建立的建筑模型更為直觀，可輔助選擇相關數據，尤其在人員密集場所。防火監督人員利用虛擬現實軟件，在3D場景中靈活建模，提前規劃人員逃生通道、設計合理疏散路徑，并計算出準確的疏散時間，分析疏散過程的可行性，使實驗數據更加真實可靠，這種技術的應用效果顯著。利用FDS建立的建筑模型一方面提供直觀參考，另一方面能為數據選擇提供支持，尤其是在人員密集區域。借助虛擬現實軟件，防火監督人員能夠在3D場景中輕松建立模型，提前規劃人員逃生通道，設計出合理的疏散路徑，準確計算出疏散時間，并分析疏散過程的可行性，使得實驗數據更加真實可靠[7]。

（四）制訂較為完善的應急疏散預案

在建立應急疏散預案時，采用先進的工具和技術對建筑內部進行分析和規劃至關重要。需要用到PATHFINDER軟件。這款軟件能夠將建筑內各種大型活動數據導入其平臺，從而生成多種疏散路線并進行可視化模擬。該系統性的方法有助于制定全面且高效的應急疏散計劃。利用BIM技術展示人員疏散情況更是一項創新舉措，可以提前預測疏散所需的時間，而且能夠在最短時間內高效完成人員疏散，為緊急情況下的安全提供有力保障。PATHFINDER軟件不僅服務于預防火災的監督人員，還能為消防救援人員提供寶貴的信息，使其通過這款軟件可以迅速了解建筑物內部的情況，為應急疏散培訓和實際救援行動做好準備。這種全面、系統化的工具不僅使得預防措施更加有效，同時也提高了在緊急情況下的應對能力。在應急疏散預案制定過程中，技術手段的運用是必不可少的。它們為建筑物安全提供了深度的保障，能夠預測并應對潛在的風險。從防火監督到消防救援，這些工具為相關人員提供了一個全面的視角，使得他們能夠更加迅速、有效應對各類緊急情況[8]。

結語

綜上所述，BIM技術在高層建筑防火監督中具有巨大的潛力和發展前景。通過對建筑信息的數字化管理和實時監控，能夠更好預防火災風險，提高建筑安全水平。然而，要充分發揮BIM技術的優勢，需要行業各方共同努力，解決技術標準、數據共享、人才培養等方面的挑戰。相信隨著技術的不斷進步和應用經驗的積累，BIM技術將在高層建筑防火監督中發揮越來越重要的作用，為建筑安全保駕護航。

參考文獻

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[5]韋云霄.高層建筑消防隱患與防火監督對策研究[J].消防界（電子版），2022，8（22）：139-141.

[6]黃加懷.高層建筑消防隱患與防火監督工作[J].地球，2019（09）：97.

[7]王延尚.高層建筑消防隱患與防火監督工作探討[J].今日消防，2019，4（08）：30-31.

[8]劉軍.高層建筑消防隱患分析與防火監督管理[J].消防界（電子版），2019，5（13）：65-66.

作者簡介：徐盛夏（1990- ），女，漢族，江蘇南通人，研究生，助教，研究方向：土木工程。