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(duì)，貴州 務(wù)川 564300）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加速，城市居住人口數(shù)量也不斷增加，隨之而來(lái)的便是人們對(duì)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(jìn)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(lái)，高層建筑消防安全管理水平得到了進(jìn)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(yùn)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(shí)，受限于樓層高度和消防設(shè)施運(yùn)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(yuǎn)和逃生時(shí)間長(zhǎng)，在人員瞬時(shí)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(hù)保養(yǎng)，同時(shí)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(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間不能在關(guān)鍵時(shí)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(shí)往往會(huì)引發(fā)廣泛的負(fù)面社會(huì)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(lái)越大，維護(hù)成本越來(lái)越高，建筑的消防安全管理單位投入經(jīng)費(fèi)的動(dòng)力愈加不足，逐漸形成消防設(shè)施維護(hù)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(duì)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(xiàng)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(shí)，無(wú)法通過消防控制室對(duì)建筑的起火部位進(jìn)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(jì)

BIM 可以被看作一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，此模型能夠?qū)⒔ㄖ?nèi)部的所有情況以數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的進(jìn)程，不斷更新相關(guān)數(shù)據(jù)并補(bǔ)充新的信息數(shù)據(jù)。項(xiàng)目推進(jìn)的過程中，各相關(guān)工作人員可以根據(jù)自己對(duì)建筑進(jìn)行的改變，對(duì)模型進(jìn)行完善。BIM 技術(shù)平臺(tái)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(xiǎn)源所在位置，進(jìn)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(shí)際情況對(duì)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(jìn)行三維建模。而此三維模型能夠使平時(shí)無(wú)法肉眼觀測(cè)到的建筑內(nèi)部管線布局等可視化。研究根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)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(gè)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(jì)利用BIM 技術(shù)將被動(dòng)防火與主動(dòng)防火有效結(jié)合。建筑內(nèi)部一般配備相應(yīng)的報(bào)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(shí)發(fā)現(xiàn)建筑內(nèi)部存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)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(cè)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(shí)時(shí)更新工作人員開展排查后的各項(xiàng)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(duì)消防設(shè)施損壞與故障進(jìn)行預(yù)測(cè)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(dòng)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(gè)階段以及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段對(duì)建筑進(jìn)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(dòng)計(jì)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(duì)建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后人員的疏散情況進(jìn)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(jìn)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(huì)群眾進(jìn)行查看，提高人們?cè)诨馂?zāi)發(fā)生時(shí)的自防自救能力，全面增強(qiáng)社會(huì)公眾的消防安全意識(shí)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(shí)時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)建筑中存在的安全隱患，并及時(shí)對(duì)隱患進(jìn)行消除處理，避免火災(zāi)事故發(fā)生。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員可通過中央處理器調(diào)取模型中的建筑信息，對(duì)建筑內(nèi)部的起火部位、消防通道以及消防設(shè)施運(yùn)行狀況等進(jìn)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(shí)時(shí)控制火災(zāi)火勢(shì)，防止火勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，最大限度地減少生命財(cái)產(chǎn)損失。通過模型對(duì)建筑內(nèi)部的防排煙系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，最大限度地實(shí)現(xiàn)防煙排煙，減緩煙霧在消防人員到場(chǎng)處置前的擴(kuò)散速度。通過物聯(lián)控制系統(tǒng)和語(yǔ)音系統(tǒng)播報(bào)疏散逃生路徑，同時(shí)啟動(dòng)相關(guān)自動(dòng)消防設(shè)施，為受困人員自救和現(xiàn)場(chǎng)處置提供保障。根據(jù)BIM提供的實(shí)時(shí)信息及時(shí)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(duì)樓層進(jìn)行消防設(shè)計(jì)規(guī)劃。其主要戶型為82~135 m2，是一類周邊為商場(chǎng)、地鐵站附近的高層建筑。建筑的耐火級(jí)別為一級(jí)。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(duì)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(jì)樣式，并使用防火材料對(duì)混凝土預(yù)制板進(jìn)行包裹。為增強(qiáng)樓梯的牢固性，降低火勢(shì)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(dòng)報(bào)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(shí)，人員承受能力的相關(guān)指標(biāo)主要包括現(xiàn)場(chǎng)煙氣濃度、室內(nèi)溫度大小以及疏散時(shí)間等，內(nèi)部人員需在火勢(shì)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(yàn)樓棟A 的消防建設(shè)是否完善，設(shè)計(jì)是否合理，研究對(duì)其進(jìn)行火災(zāi)模擬，通過分析建筑內(nèi)部的空氣流動(dòng)情況以及火源燃燒的變化參數(shù)等，得到最終模擬場(chǎng)景中的指標(biāo)值。同時(shí)，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(chǎng)狀態(tài)達(dá)到危險(xiǎn)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(yǔ)

由上述內(nèi)容可以得出，基于BIM 模型研究所設(shè)計(jì)的消防安全管理模型能夠?yàn)楦邔咏ㄖ南腊踩芾硖峁└佑辛Φ陌踩Ｕ稀?/p>

1）在建筑建設(shè)初期，能夠通過本管理模型測(cè)算建筑內(nèi)部消防設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yùn)維階段，可利用本模型對(duì)建筑內(nèi)部相關(guān)設(shè)施狀況進(jìn)行及時(shí)判斷和維護(hù)，同時(shí)通過實(shí)時(shí)共享內(nèi)部消防狀況，能夠更為高效精準(zhǔn)地對(duì)消防安全隱患進(jìn)行消除和防范。

3）發(fā)生災(zāi)情時(shí)。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(duì)救援工作進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)救援方案，提高被困人員生存率；同時(shí)通過對(duì)建筑內(nèi)部相關(guān)重點(diǎn)消防設(shè)施設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(jì)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。