淺談BIM在高層建筑消防安全管理中的應(yīng)用

高烈

（務(wù)川縣消防救援大隊，貴州 務(wù)川 564300）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進程不斷加速，城市居住人口數(shù)量也不斷增加，隨之而來的便是人們對住宅的需求增加[1]。而由于城市地區(qū)普遍存在土地資源緊缺的問題，高層建筑逐漸成為城市建筑的主要形式。高層建筑由于其樓層高、樓中基礎(chǔ)設(shè)施雜亂等情況，并不利于進行消防安全管理。在具有相同的防火設(shè)施情況下，相較單、低層建筑，高層建筑更容易發(fā)生火災(zāi)，且在火災(zāi)發(fā)生后，消防救援的難度更大[2]。近年來，高層建筑消防安全管理水平得到了進一步發(fā)展，但由于缺乏科學(xué)化、規(guī)范化管理方法，高層建筑廣泛存在消防設(shè)施流于形式、消防預(yù)防措施不到位等問題[3]。據(jù)此，筆者提出基于BIM 模型的消防安全管理方法，并探討該方法在高層建筑消防安全管理中的運用與意義。

2 高層建筑火災(zāi)預(yù)防的困境

目前，高層建筑火災(zāi)預(yù)防大體有以下困境。

一是高層建筑樓層數(shù)量多，火災(zāi)載荷大，在較高樓層發(fā)生火災(zāi)時，受限于樓層高度和消防設(shè)施運行完備程度，往往導(dǎo)致火災(zāi)撲救效果不佳。高層建筑內(nèi)人員數(shù)量大，疏散距離遠和逃生時間長，在人員瞬時集中的情況下，不僅互救自救難度大，還極易引發(fā)群死群傷事故。

二是高層建筑的消防設(shè)施設(shè)備復(fù)雜，特別是在投入使用后，往往缺乏定期的專業(yè)維護保養(yǎng)，同時還有不少高層建筑在投入使用前，其相關(guān)消防設(shè)施就不完善或存在先天性隱患，導(dǎo)致消防設(shè)施設(shè)備從一開始就帶病運行，長時間不能在關(guān)鍵時刻發(fā)揮應(yīng)有作用，使物防技防措施成為擺設(shè)，在發(fā)生火災(zāi)時往往會引發(fā)廣泛的負面社會輿論。

三是高層建筑的消防設(shè)施設(shè)備體量大，類別繁多復(fù)雜，隨著投入使用年限增加，導(dǎo)致建筑消防設(shè)施檢修工作難度越來越大，維護成本越來越高，建筑的消防安全管理單位投入經(jīng)費的動力愈加不足，逐漸形成消防設(shè)施維護管理的惡性循環(huán)。

四是高層建筑本身的基礎(chǔ)檔案信息缺失。主要表現(xiàn)在兩方面：一方面由于建筑的消防安全管理單位變更頻繁，對建筑的檔案信息資料不重視，移交程序不規(guī)范等因素，導(dǎo)致相關(guān)信息資料缺失；另一方面則由于建筑樓盤爛尾、工程款項不到位等，導(dǎo)致與該建筑相關(guān)的原始圖紙檔案資料未能完善。最終導(dǎo)致在發(fā)生火災(zāi)時，無法通過消防控制室對建筑的起火部位進行了解和科學(xué)判斷。

3 基于BIM模型的消防安全管理方法設(shè)計

BIM 可以被看作一個數(shù)據(jù)庫，此模型能夠?qū)⒔ㄖ?nèi)部的所有情況以數(shù)據(jù)的形式進行存儲。根據(jù)建筑工程項目的進程，不斷更新相關(guān)數(shù)據(jù)并補充新的信息數(shù)據(jù)。項目推進的過程中，各相關(guān)工作人員可以根據(jù)自己對建筑進行的改變，對模型進行完善。BIM 技術(shù)平臺能夠更為直觀與清晰地展示建筑結(jié)構(gòu)的所有信息，建筑管理人員也可根據(jù)BIM 判斷建筑內(nèi)部的危險源所在位置，進一步排查內(nèi)部的安全隱患。BIM 模型中建筑管道可視化效果如圖1 所示。

圖1 BIM模型中管道的可視化

在火災(zāi)發(fā)生后，消防救援部門可通過模型獲得建筑內(nèi)部的信息，據(jù)此做出相應(yīng)的科學(xué)判斷以順利開展救援工作。完成救援之后，建筑管理人員可根據(jù)實際情況對目前發(fā)現(xiàn)的安全隱患記錄于BIM 模型中，并制訂相應(yīng)的整改方案標(biāo)注于建筑內(nèi)部相關(guān)信息中。

BIM 能夠?qū)⒔ㄖM行三維建模。而此三維模型能夠使平時無法肉眼觀測到的建筑內(nèi)部管線布局等可視化。研究根據(jù)實際情況，針對高層建筑消防安全管理現(xiàn)狀，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的消防安全管理應(yīng)用模型。本模型分為3 個子模型，分別為消防建設(shè)規(guī)劃模型、消防預(yù)案管理模型以及消防系統(tǒng)智能化模型。具體如圖2 所示。

圖2 基于BIM的消防安全管理模型結(jié)構(gòu)

3.1 消防建設(shè)規(guī)劃模型

本子模型的設(shè)計利用BIM 技術(shù)將被動防火與主動防火有效結(jié)合。建筑內(nèi)部一般配備相應(yīng)的報警系統(tǒng)與排煙裝置以及消防通道等基礎(chǔ)設(shè)施，可保證用戶在火災(zāi)初期能夠及時發(fā)現(xiàn)建筑內(nèi)部存在的火災(zāi)風(fēng)險并進行自救。建筑工人在建筑施工初期，需要將內(nèi)部消防設(shè)備的損壞以及故障監(jiān)測列入規(guī)劃范圍內(nèi)，通過將建筑內(nèi)部相關(guān)消防設(shè)施信息上傳到BIM 模型中，實時更新工作人員開展排查后的各項消防設(shè)施設(shè)備情況。相關(guān)人員能夠通過BIM 中相關(guān)信息數(shù)據(jù)對消防設(shè)施損壞與故障進行預(yù)測判斷，并按需更換或修理設(shè)備，以此提高建筑消防設(shè)施的主被動防火能力。

3.2 消防預(yù)案管理模型

一是利用BIM 在高層建筑施工各個階段以及后期運營維護階段對建筑進行三維建模，將建筑中各部分以三維方式展現(xiàn)。使用軟件在建筑不同階段根據(jù)建筑內(nèi)防火分區(qū)、消防設(shè)施、構(gòu)件防火等已有信息自動計算火災(zāi)載荷。

二是在BIM 中導(dǎo)入逃生分析軟件，利用此軟件根據(jù)建筑內(nèi)部的具體情況以及內(nèi)部人員群體的逃生能力，對建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后人員的疏散情況進行模擬，這樣能夠幫助相關(guān)人員根據(jù)最終的模擬情況制訂應(yīng)急預(yù)案。

三是還可以將BIM 模型進行網(wǎng)絡(luò)連接，將某建筑的模擬火災(zāi)演習(xí)投入網(wǎng)絡(luò)，供社會群眾進行查看，提高人們在火災(zāi)發(fā)生時的自防自救能力，全面增強社會公眾的消防安全意識以及建筑管理人員的管理能力。

3.3 消防系統(tǒng)智能化模型

利用BIM 實時共享相關(guān)管理信息，建筑管理人員可通過本子管理模型，及時發(fā)現(xiàn)建筑中存在的安全隱患，并及時對隱患進行消除處理，避免火災(zāi)事故發(fā)生。發(fā)生火災(zāi)時，消防人員可通過中央處理器調(diào)取模型中的建筑信息，對建筑內(nèi)部的起火部位、消防通道以及消防設(shè)施運行狀況等進行初步了解。通過精準(zhǔn)啟用建筑內(nèi)部的消防設(shè)施設(shè)備實時控制火災(zāi)火勢，防止火勢進一步擴大，最大限度地減少生命財產(chǎn)損失。通過模型對建筑內(nèi)部的防排煙系統(tǒng)進行遠程控制，最大限度地實現(xiàn)防煙排煙，減緩煙霧在消防人員到場處置前的擴散速度。通過物聯(lián)控制系統(tǒng)和語音系統(tǒng)播報疏散逃生路徑，同時啟動相關(guān)自動消防設(shè)施，為受困人員自救和現(xiàn)場處置提供保障。根據(jù)BIM提供的實時信息及時調(diào)整救援方案，提高滅火救援成效。

4 消防安全管理模型案例應(yīng)用分析

研究選用某小區(qū)樓棟A 作為分析目標(biāo)，并利用消防安全管理模型對樓層進行消防設(shè)計規(guī)劃。其主要戶型為82~135 m2，是一類周邊為商場、地鐵站附近的高層建筑。建筑的耐火級別為一級。此建筑有28 層，每層有7 戶，設(shè)有剪刀形樓梯，兩部電梯。高層居民樓中涵蓋成年人、老人和小孩等各類人群，對于火災(zāi)疏散能力要求較高。

該住宅樓采用混凝土核心柱與鋼柱的設(shè)計樣式，并使用防火材料對混凝土預(yù)制板進行包裹。為增強樓梯的牢固性，降低火勢引起樓梯坍塌的概率，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。住宅樓中具有較為完備的消防工具以及自動報警系統(tǒng)，疏散設(shè)施，安全出口、防煙剪刀樓梯和消防電梯。研究利用AutoDesk Revit 軟件建立建筑的BIM 模型，通過錄入消防安全管理數(shù)據(jù)信息，關(guān)聯(lián)建筑內(nèi)部圖元的方法，將其拓展為四維模型。BIM模型整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 BIM 模型整體結(jié)構(gòu)

建筑在發(fā)生火災(zāi)時，人員承受能力的相關(guān)指標(biāo)主要包括現(xiàn)場煙氣濃度、室內(nèi)溫度大小以及疏散時間等，內(nèi)部人員需在火勢發(fā)生不可控情況以及超出受困人員承受能力之前完成全面撤離。為檢驗樓棟A 的消防建設(shè)是否完善，設(shè)計是否合理，研究對其進行火災(zāi)模擬，通過分析建筑內(nèi)部的空氣流動情況以及火源燃燒的變化參數(shù)等，得到最終模擬場景中的指標(biāo)值。同時，將24~28 層的建筑模型導(dǎo)入PathFinder 軟件中，添加建筑內(nèi)部人員的行為，得到最終的疏散結(jié)果。如果能夠保證人員在現(xiàn)場狀態(tài)達到危險閾值之前安全完成疏散，那么可以初步判斷建筑的消防設(shè)施布設(shè)較為合理規(guī)范。如果不能在此之前完成疏散，則該建筑需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增設(shè)或完善相關(guān)消防設(shè)施并制訂相應(yīng)應(yīng)急管理預(yù)案。

5 結(jié)語

由上述內(nèi)容可以得出，基于BIM 模型研究所設(shè)計的消防安全管理模型能夠為高層建筑的消防安全管理提供更加有力的安全保障。

1）在建筑建設(shè)初期，能夠通過本管理模型測算建筑內(nèi)部消防設(shè)施規(guī)劃設(shè)計的合理性，為后續(xù)使用建筑提供消防安全保障。

2）在消防設(shè)備運維階段，可利用本模型對建筑內(nèi)部相關(guān)設(shè)施狀況進行及時判斷和維護，同時通過實時共享內(nèi)部消防狀況，能夠更為高效精準(zhǔn)地對消防安全隱患進行消除和防范。

3）發(fā)生災(zāi)情時。該模型能幫助消防救援人員通過模型準(zhǔn)確判斷救援情況，對救援工作進行實時調(diào)整，優(yōu)化現(xiàn)場救援方案，提高被困人員生存率；同時通過對建筑內(nèi)部相關(guān)重點消防設(shè)施設(shè)備進行遠程控制，最大限度地降低受災(zāi)程度，提高滅火救援效率。

4）日常生活中，管理人員能夠根據(jù)本模型設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)制訂科學(xué)、合理的消防安全管理應(yīng)急預(yù)案，提高日常消防安全管理效率。