BIM 技術在高層建筑消防設備安全管理中的應用研究

董文堂

（北京市豐臺區消防救援支隊，北京 100071）

近年來，我國高層住宅的快速發展給消防安全帶來了諸多問題。與單一的、低層的建筑相比，在同樣的防火要求下，高層建筑更有可能發生火災。對高層建筑結構特征及發生的各種消防安全事故的原因進行分析，總結出3 點：一是在高層建筑中發生的火災，傳播速度極快，傳播方式多種多樣。二是高層建筑結構比較復雜，人員的有序撤離比較困難，容易導致人員傷亡。三是高層住宅的消防工程比較煩瑣，一些消防設備和附屬設備還不完善。另外，高層建筑結構的復雜性和裝飾材料的多樣性，導致了其與低矮房屋相比，更容易發生火災，高層建筑物的消防安全問題就顯得尤為突出[1]。因此，把建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM） 技術應用到高層建筑消防安全管理中，具有重要的應用價值和實踐意義。

1 BIM 技術的特點

BIM 技術能夠建立一種完整的信息模型，然后將各階段的施工項目數據、資源和過程等的信息連接起來，能夠對施工項目的目標進行完整的描述，可以在建筑工程中推廣使用。BIM 技術有以下5 個特點。

1） 模型數據及模型信息具有全面性。BIM 技術能夠把工程對象的三維空間結構和設計、施工、維護等各個環節的信息，通過一個視角來展現工程的整體情況。建筑物的種類、建筑物的材質和建筑物的屬性是構成建筑物的重要因素。維護數據包含了項目的安全使用年限、物料使用年限等。另外，BIM 技術還能更好地體現出物體間的內在關聯性。

2） 模型數據及模型信息具有關聯性。在建筑物的信息模型中，物體可以被識別，物體之間具有關聯性。然后，運用BIM 技術對該項目的具體實施情況進行了統計與分析，得出了該項目的具體實施方案。隨著目標的改變，目標的相關信息也隨之改變，以保證目標的整體一致性。

3） 模型數據及模型信息具有一致性。在BIM模型建立中，BIM 技術保證了各環節信息的完整性和一致性。這種方法可以節省大量的時間，不必為一座建筑物重復地錄入同樣的資料。另外，模型將根據工程進度，對施工過程中的各環節進行優化，用戶只需要對各環節進行簡單的補充和修正，就能保證施工過程中各環節的信息一致，防止出現多重誤差。

4） 三維圖像的可視化。在此基礎上，提出了基于BIM 技術的一種可視化的建筑建模方法。利用BIM 技術，可以將建筑的外形、內部結構等三維影像展現，使建筑建設者、管理者等能夠對建筑本身的特征有一個更好的認識。

5） 三維模型的模擬。BIM 模型可以模擬出建筑進風口、照明、通風、應急疏散等。模擬功能能夠通過軟件操作的方式，避開常規模擬方式所產生的問題，還可以節約大量的人力、物力、財力等資源。BIM 技術可以將建筑設計與現實生活相結合，為建筑設計人員進行建筑設計提供了依據。

這些特點使BIM 技術在項目全過程中的運用能夠提高項目全過程的管理效能。BIM 技術在建筑工程中的有效應用，為建筑工程的規劃與管理提供了很大的方便。例如，可以加快工作進程，以便節省時間[2]。然后，通過對模型進行集成，加強了模型中各個部分的協作與配合，減少了錯誤的發生。此外，BIM 技術在項目施工中的運用，將會使項目的投資金額和成本大幅度下降。

2 BIM 技術在高層建筑消防安全管理應用模型的設計

BIM 技術在建筑領域的應用，是把整個建筑生命周期內的全部信息，通過數據的方式進行整合和存儲，并根據項目的進展進行更新和補充。各相關方不斷地完善模型信息，形成一個集成的數據庫，最終實現對工程項目信息數據的共享與利用。該技術平臺能夠實現對建筑物結構的可視化，可以更好地識別出潛在的危險源，進而對建筑物的消防安全隱患進行更深入的排查與判斷，并在發生火災或其他災害后，為救援人員提供更多更好的分析依據。同時，在BIM 系統軟件中，可以通過各種數據信息，將已發現的安全隱患與相應的整改方案標注在系統界面中，形成可作記錄的文字信息，并有利于組織基于BIM 技術的動態安全教育培訓[3]。

在此基礎上，將BIM 技術應用到高層建筑物的防火管理中，與傳統的防火管理方法相比，其更具科學性，更加智能化和可視化。

針對建筑消防安全管理存在的問題，運用BIM技術建立了3 個子模型（見圖1），并對它們進行了詳細的分析。3 個子模型分別為：防火設計計劃、防火應急預案、智能化防火系統。

圖1 BIM 技術在高層建筑消防安全管理的應用模型框架

2.1 BIM 技術應用在高層建筑防火設計計劃中的子模型

該模式包含主動消防及被動消防，見圖2。主動消防是指在建筑內部設置各類的消防設施，當出現火情時，可以及時地進行探測和撲救。例如，自動報警、防吸煙等。在發生火災時，有必要安裝疏散指示器之類的設備來疏散大樓里的人。被動消防指建筑的材質、結構的抗火能力、消防區域、消防走道、消防出口、消防安全措施等。它主要用于控制火災現場的煙霧和火勢的擴散，并配合主動消防，從而提高滅火效率。

圖2 BIM 技術應用在高層建筑防火設計計劃中的子模型

這種模式，除了能夠對營救工作進行指導之外，而且對碰撞檢測也起到了重要的作用。建設工程從設計到建設，經過多個階段，涉及建筑、結構、水電、機電等多個學科的設計，具有復雜性。除此之外，由于涉及的專業眾多，人員眾多，并且每個人的想法、習慣和思維都不盡相同，加之各個專業構成的幾何關系，還有管道布局同樣具有復雜性，因此造成了在進行設計的時侯，很可能會遇到許多矛盾和困難。例如，管道布局的矛盾、消防能力的要求等。

2.2 BIM 技術應用在高層建筑防火應急預案中的子模型

消防應急預案是必不可少的，其目標是使消防救援更有效，人員疏散更快，主要是根據建筑物防火分區、消防設施、構件防火等級等信息進行分析，從而制定救援計劃及相關工作計劃，見圖3。

圖3 BIM 技術應用在高層建筑防火應急預案中的子模型

通過運用BIM 技術對建筑物消防應急方案進行分析，能夠快速獲得各類平面圖、防火分區圖等建筑物的三維空間數據，并通過三維空間顯示，提高突發事件下的決策準確率。

與此同時，對火災進行了分析，并對其進行了仿真，在得到了對不同的消防情景設定的分析結果之后，將仿真的結果與實際的現場狀況相結合，可以更好地為消防救援人員的撤離提供依據。在此基礎上，提出一種新型的模型化設計理論，并將模型信息化，實現模型的分析與優化。另外，對于有可能出現的火災情況下的撤離，可以引進專門的撤離仿真軟件，根據建筑物的特征及人員撤離情況進行撤離仿真。例如，以消防演練為例，通過將BIM 模型中的部分信息與互聯網平臺相結合，在線上呈現出一種更清晰、更易于公眾理解的消防演練情景，并使消防演練的宣傳形式更多元化。

2.3 BIM 技術應用在高層建筑智能化防火系統中的子模型

本模式的運用重點是運作管理，將BIM 技術與大樓內的自動控制、傳感器、計算機等智能防火系統進行集成，進而實現了系統平臺的防火功能（見圖4）。時刻提示公司內部人員做好滅火器材的維護工作，BIM 系統對滅火器材維護和更換等相關資料進行及時的更新和完善。充分利用智能系統具有的全面、專業的優勢，和BIM 平臺具有的可視化、參數化、信息共享的優勢，建立起一套消防安全監測系統，可以及時地發現安全隱患，減少或預防事故的發生。

圖4 BIM 技術應用在高層建筑智能化防火系統中的子模型

當出現火情時，中央處理器可以從數據庫中獲得消防通道的布局、設施狀態、出口位置等信息，并可以根據火情和火災情況，對報警系統、防排煙設備、滅火設備和人員撤離設備等進行自動化處理，以達到對火情實時控制的目的，避免濃煙的蔓延。

3 基于BIM 技術的消防安全管理應用

首先，以實際案例為例，對基于BIM 技術的高層建筑火災仿真與人員疏散仿真進行驗證。利用BIM 仿真中的文件，通過格式轉換，再使用Pathfider 軟件來進行人員疏散仿真。其次，在此基礎上，對人群運動速度、人群類型等進行了設定，并給出了相關的仿真結果。最后，得到了從疏散模擬開始后，各個樓層在不同的時間點上逃生的人數和殘留的人數，以及疏散的起點所處的樓層或房間，見表1。

用3D 動畫的方式，直觀、生動地展示了在火災發生時所引起的煙霧與溫度的變化，從而為制定消防應急預案提供了依據。例如，對于不同區域發生的火災，給出了人員逃生的時間和路徑等數據。把建立好的模擬模型保存到數據庫中，便于以后的重新使用和修正。還可以將仿真的結果保存在火災信息管理系統中，并將仿真的結果制成圖片或視頻，供人們觀看，以此來增強人們的火災防范意識和提高自我救助的能力[4]。

由表1 可知，BIM 技術在高層建筑物消防安全中的運用，會取得明顯的消防成效。將此方法應用于具體的項目中，驗證了BIM 技術在該方面的可行性，進而顯示出其實用價值，為建筑的消防安全管理工作提供了數據參考和技術支持，提高了管理的效能。

4 結束語

由于高層建筑存在著很大的火災風險，必須采用行之有效的技術措施，才能使高層建筑的防火工作取得實效，因此，發揮高層建筑防火作用，將BIM 技術引入到高層建筑中勢在必行。本文分析總結了BIM 技術應用在高層建筑消防安全管理中的特點和可能出現的問題，對BIM 技術在建筑行業和消防安全管理中的應用做了一些探討，并提出了3 個理論模型，并通過具體的工程案例進行模擬應用，希望這些理論模型可以有效提高消防安全管理的工作效率。