基于BIM 技術的建筑消防安全管理應用框架分析

■ 王盡飛 河北省廊坊市消防救援支隊香河縣大隊

城市化進程催生了大量高層和超高層建筑的建設，因而也就對建筑物的消防設計和火災防治提出了更高的要求，然而在這樣的形勢之下，消防安全管理卻沒有受到應有的重視。近年來，造成高額經濟損失和人員傷亡的火災事故層出不窮，BIM 技術作為建筑消防安全管理新的技術手段，其資源共享和協作的特點，使得傳統的消防設計和施工管理在信息時代背景下煥發出了新的生機。

國外相關研究表示，以發達國家為代表，國外已經建構了較為完善的消防安全管理體系，學者Fridrich J 典型的研究成果體現在“體制的建設、消防宣傳教育以及相關的應急措施處理”三方面，Fridrich J 表示，消防安全管理的重點在于消防體制的科學性，消防人員的安全意識來源于對待消防安全的宣傳教育，在應對火災時的有效應急措施[1]；國外研究學者Sari A A,Rafrita F K, Rahayuningsih T 等人根據BIM 技術模型，結合消防安全設計的適用性，建構了良好的消防安全體系，其中分別涉及疏散管理、逃生設計、相關教育、設施管理四方面[2]；Kincelova K, Boton C 等相關研究人員通過對計算機技術和BIM 技術的綜合運用，通過對“消防監督管理、預防防治措施、疏散管理”三個方面的深入研究，建構了以良好的監控系統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目的消防安全管理中及時發現了引發火災的相關問題，提出的火災應急疏散方案可以根據無線傳感器網絡來建構動態的疏散路徑[3]；

國內學者韋海輝認為，建筑消防安全風險評價是消防安全管理的突破口，他通過建立數學模型、運用層次分析法對消防安全管理進行了定性和定量的綜合評價，對不同種類的建筑物進行了初步的風險評價，并對風險等級進行劃分，將影響建筑火災的主要因素進行了區別，最后得出結論：據此建立的模型可以有效抑制火災的發生概率[4]。

文章通過對以上主要文獻的梳理，對建筑消防安全方面的內容進行了廣度和深度上的探索，以BIM 技術作為建筑物消防安全管理框架模型的主要核心，構建三個層次的子模型，深入研究了其作用和消防安全的管理方式中的不足和優勢，對BIM 技術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”的含義是消除災害的消極影響，預防隱患；“消防”的還有將災害事故進行消除、阻擋的內在蘊意，在“消防”中實現“安全管理”，就是利用相關的科學理論和方法來對項目中的人、財、物、時間和信息進行管控和協調，以實現項目的安全性為關鍵，從設計方法、管控手段到結果反饋都實現安全管理的目標，整個管理措施具備統一性和體系性；建立在對客觀火災規律的理解上，通過先進的設計方法、科學技術來有效減少火災蔓延，從而達到預定的消防安全目標，“消防”還包含對社會群體和個體的消防安全管理，具備較強的法規性、社會性、群眾性，是一項重要的社會公共安全管理事業。

本課題從狹義的消防安全概念和消防安全管理的角度來研究建筑消防安全的管理。即基于“負責和主管人”的原則，根據建筑管理部門的作用是預防建筑物的火災風險，采取各種方法從源頭上預防和消除火災，以保證建筑物的安全運行的角度進行研究。

（一）BIM 技術

BIM 技術是對參建方信息和資源的整合，與傳統的建設技術相比，BIM 技術是一個智能的數據庫，現在的建筑行業將BIM 定義為在建筑的設計、施工或運營維護階段進行信息交流的電子過程，BIM 并非指客觀存在的一個數字軟件，在建筑實施過程中 ，與傳統的設計建設項目不同，BIM 技術將所有的工程信息融合在一個數字的數據庫，作為設計實體和功能屬性的中心庫，BIM技術已經成為一個搭載建筑數據信息、融合施工單位、設計單位和監理單位的信息平臺，能夠為參建方進行建設需用，實現了信息共享，通過輸入不同的工程信息能夠將各專業實現協同作業的動態信息模型；現在的BIM技術更多強調的是一種合作方式，與維基百科對BIM 的定義頗為相似。

（二）基于BIM 技術的建筑消防安全管理應用框架

從BIM 技術的三維特性分析，相對于傳統的施工模型能夠直觀呈現出來建筑內部結構和相關的位置布局，在整個項目生命周期和每個領域的所有階段對防火屏障和其他消防安全要素的狀況進行建模。在實際的建筑空間提供滅火器、消防栓和火災探測器的特征信息，如圖1 所示；將不同消防設備的信息整合到BIM 模型中，對后續相應的消防員和消防救援工作的運維都能夠提供便利，消防安全和被動的消防功能的實現都依賴與BIM 平臺對于消防信息的融合。

BIM 模型能夠根據各個階段的應用軟件來實現對相關信息的交換需求的更新，BIM 模型不僅通過建立智能消防系統來減輕建筑工程領域上的信息丟失和孤島問題，還可以通過整體的消防設計和建立消防預案來進行4D 施工進度模擬，進行工程項目質量控制，根據BIM技術來建立消防安全管理應用框架，如圖1 所示。

圖1 建立BIM 和子模型關系的框架

首先，子模型設計可以根據火災或者相關隱患，對火災自動報警系統、抑煙/ 排煙系統、疏散探測系統和其他需要在建筑內安裝的裝置進行逐漸擴展，其次，再對火災自動滅火系統、消防給水系統進行更深層次的加工和統籌管理，可以及時地發現火災和救治火災，確保人民的生命安全和財產安全，隨之減少一系列的損失，以上都是三個設計子模型的主要構建內容。

其次，在消防預案中做好相關的防火設計，被動防火設計包括設計建筑物和建筑材料的耐火性，設計防火區，設計安全逃生通道，設計防煙屏障，均是為了控制火和煙在特定空間的蔓延，防止其擴散，并補充主動防火系統。BIM 技術則可以將結構和消防系統的主動和被動防火設計與建筑設計有機結合，在收集、存儲和管理消防安全信息上，可以將各種消防安全設計數據，包括建筑調查數據、內部消防安全設施和設備的調試數據、通風口和逃生通道等相關信息，統一整合到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 技術的消防預案可以通過BIM 模型中的參數信息、層面之間關系來直接獲得各層的平面圖和消防路徑規劃，不僅可以在原有路徑設置基礎之上實現更高層次的突破，而且更有利于提升消防預測的精準度，統籌規劃消防活動和人員疏散路徑。

要搭設BIM 模型，還可以結合Revit 和Pyrosim軟件來對建筑圖紙的相關參數數據進行核查，利用BIM模型來實現Revit 和Pyrosim 軟件數據格式的互通，在Pyrosim 軟件中對數據進行火災模擬，對于建筑中出現的網絡劃分、建筑物表面屬性以及模擬時間等關鍵數據進行科學的設置，實現為建筑居住用戶提供高效科學的火災模擬動態場景，如圖2 所示；Pathfinder 軟件可以用來分析建筑物內火災的燃燒情況，例如CO 濃度、溫度、能見度的變化情況等，對比三個危險判斷指標達到極限的時間，最短達到臨界值的時間視為人員安全疏散的可用時間，通過建立數學模型來對現場人員進行快速的疏散和管理。

最后，Pathfinder 軟件對火災疏散路徑的模擬能夠直接展現人員疏散，對多組人員進行圖形化模擬，更加真實地反映火災現場人員的流動和逃避路線。

圖 2 模擬火災逃生動畫

（三）基于BIM 的建筑消防安全管理的不足和優勢

1. 不足

（1）中國建筑的消防安全設計標準主要是指《建筑防火設計規范》，現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嚴重且尚未解決的問題。二次裝修改造嚴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計中有待解決的關鍵問題。

（2）建筑物的防火設計通常是按照初級設計、二級設計和詳細設計進行的，設計通常是由不同的設計部門和設計師進行的。這樣的設計不標準，在技術工藝和維修保護上無法進行統一。

2.優勢

BIM 模型能夠將消防設備基本信息導入到同一個技術平臺中，通過Revit 軟件和BIM 模型包括消防設備的基本信息，包括設備的名稱、型號、安裝日期、負責人、運行狀態等細節。BIM 技術能夠通過碰撞檢查來避免重新建模，實現建筑質量的提升，如圖3 所示：

圖3 BIM 技術碰撞檢查

BIM 技術提供三維可視化的環境，可以直觀地看到建筑物各專業之間的空間布局，如圖4 所示；若某個較為隱蔽的消防設備出現故障，BIM 技術更能夠實現技術細節的管控，可以更加準確地定位到消防設備的位置，為消防設備的維修提供可視化的指導，維修人員在不破壞其他設備的前提下，對整個消防系統有更加全面客觀的認識，不僅可以提升建設效率，加快維護的進程，還可以對建筑整體進行掌握，豐富了維修經驗，便于制定出更加科學的維修方案。

圖4 BIM 技術提供可視化環境

二、結語

總而言之，本文針對BIM 技術在建筑消防安全管理應用框架進行了重點研究，還對BIM 技術對于建筑消防設計子模型、消防應急預案子模型、智能消防系統子模型的優勢和不足進行了深入探討了，驗證了BIM 技術的實際可操性。BIM 技術作為信息技術的一種形式，如果能與其他信息技術相結合，當然將取得更好的結果，也將會成為未來一個重要的研究領域。