BIM在消防行业中的应用展望

    4.BIM消防行业应用展望

 

    消防工程作为建筑工程的重要一环，贯穿建筑设计、施工及运营维护整个生命周期，笔者根据消防工程多年的实践经验围绕BIM技术特点展开探讨BIM技术在消防行业各阶段可能的应用，抛砖引玉，以利用BIM技术提升消防设计、施工验收、消防安全管理的精细水平，进而提高建筑的整体消防安全水平。

 

    4.1.消防设计阶段

 

    1.消防设计复核

 

    传统的消防设计复核首先要了解建筑的基本情况，这就需要复核建筑的总平面图、平面图、立面图、剖面图来获取建筑的二维信息，通过二维的图纸在脑海中想象出三维的建筑特征，再对建筑消防设计的合规性进行审查，拿一栋50层的超高层项目来说，其主要的图纸就多达200份，消防审批部门需要针对每张图纸进行审查，这种传统的复核方式是一种逆推式的重复工作，将二维图纸还原出三维的建筑几何体，不仅效率低下而且容易遗漏部分细节，导致先天性消防隐患的产生。与传统CAD绘图相比，BIM模型是一种高度可视化的工具，建设工程审核人员可以从任一角度查看专业的三维模型，直观地读取设计者的意图，借助BIM模型，复核人员能够将更多精力集中于技术性审查，提高设计审查的效率和准确性。如在进行总平面布局合规性检查时，传统审核模式需要逐一测量建筑之间的防火间距，消防车道宽度、转弯半径、场地坡度等等参数，BIM模式下，审核人员只需要合理设置审查规则，软件就可以自动计算出相应参数指标并与设置的规范极限值进行比较并自动标注出不符合规定的设计，大大简化复核流程，提高审批的效率。

图4：基于BIM的消防设计审核模式示意图 

 

    BIM技术运用消防设计复核后，还可以在工程设计的不同阶段（概念、方案、扩初）向模型中添加工程的所有相关信息，形成一个工程信息数据库，并通过网络充分共享，以达到信息的无损传递。

 

    2.消防设计优化

 

    随着人们对工程建设项目规模的需求日益扩大，追求的结构形式与建筑外观愈加复杂，企业和项目都面临着巨大的风险问题，尤其是消防风险。BIM技术的出现极大提高了设计质量和设计效率，并能有效克服上述风险。比如一些体量较大的商业综合体，其内部往往需要设置数目众多的中庭共享空间来营造宽敞明亮的购物空间，按照规范可以将这些共享空间设计为中庭或者带顶棚的室内步行街，通过BIM模型，建筑师可以在方案阶段提前对其进行比较和优化，选择最适合项目需求的方案，避免后期设计颠覆。而到了施工图阶段，设计师还可以利用BIM模型对防火分区划分，疏散走道宽度、楼梯位置等进行分析和优化，极大的提高了消防设计的质量和设计效率。

 

    3.特殊消防设计分析

 

    随着我国经济的快速发展，近年来出现了城市综合体、候机车船楼等大型交通枢纽，这些建筑因使用功能的需要，具有体量及空间巨大等特点，往往难以按照现行规范进行防火设计，此类建筑通常需要采用消防性能化设计的方法，通过软件火灾模拟来分析建筑的安全性。以往的火灾模拟通常采用FDS程序来实现，FDS程序再借助其它三维造型软件和网格生成工具如Pyrosim来处理较为复杂的几何场景，但由于软件本身的局限性，所有的模型和构件信息、建筑材料参数必须重新定义，往往还会进行一些简化，模型的精度直接影响模拟结果的可信度[4]。

 

    BIM模型是数字化的建筑中用虚拟建筑构件表达现实中建筑物的构件，所有内容都是以独有的构件形式存在，比如墙、梁、楼板、屋顶、门、窗等。每个构件都有相应的尺寸与信息内容，将建筑信息模型直接转换为火灾模型以提高软件模拟火灾的精确性及可信度，并大大节省二次建模的时间提高建模效率。

 

    4.2.消防施工验收阶段

 

    1.设计变更校核/碰撞检查

 

    消防工程是一个系统工程，包含水、暖、电等专业，传统的消防设计流程是水、暖、电各专业在建筑师初步设计图纸上进行设备施工图设计，各专业设计的图纸之间发生冲突之后，通过协调会等形式相互提条件修改最终生成二维施工图纸，这个阶段由于缺少承包方和施工方的参与，在施工中遇到的问题又将重新与设计单位进行协调沟通，整个过程的工作量大且容易出现错漏现象。而通过BIM的协同设计理念，各专业在同一个模型中进行设计，可以进行即时交流，同时，承包方和施工方能够在模型设计阶段参与，能够对变更方案进行校核评估，从而避免由于缺少沟通所造成的二次设计变更，提高设计效率，降低工程造价。

图5：BIM渲染图片    

图6：实际施工图片

 

    2.材料检测

 

    BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这一模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库，该信息库不仅完整包含了描述建筑物构件、装修材料的几何信息还包括这些材料的燃烧性能、发热量、产烟率等详细参数,通过这个模型可以协助材料检验机构对建筑各区域的火灾危险性进行分析，确定危险区域及需要进行燃烧性能测试的建筑构件及装修材料范围，同时利用BIM数据库还可以自动导出并生成构件/材料清单，该清单应包括材料的燃烧属性、使用位置以及使用量，这份清单还可以作为材料送检的依据，不仅提高了工作效率，还能帮助检验/审批机构加强对项目了解，降低消防审批风险。

 

    3.竣工验收

 

    传统的消防验收通常由验收人员对照竣工图纸根据消防验收评定规则对建筑各单项、分项工程按照一定的抽查比例进行验收，其过程主要依靠验收人员的工作经验进行现场评判，受场地及时间限制往往无法对建筑工程进行全面的验收检查，容易出现遗漏及误解的情况。通过BIM模型，消防验收人员可以指挥前方验收辅助人员达到指定位置，即可避免依靠二维图纸沟通容易出现误解的情况，又可直观进行实际消防施工情况画面与BIM模型的比对，对消防施工与设计的吻合度一目了然，而且该模型可作为验收资料进行存档便于日后查看。

 

    4.3.消防运营阶段

 

    1.协助后期消防运营管理

 

    现阶段消防运营管理存在最严重的两大问题：运营阶段与前期的“信息断流”问题，运维过程中的各数据之间“信息孤岛”问题。设计阶段一套消防设计理念及策略，运营阶段又是另一套理念及策略即存在“信息断流”问题，对于大型的建筑单位如机场/火车站/游乐场等人员密集场所，消防运营管理需要面对各式各样的部门，紧急情况下往往无法及时沟通，即存在“信息断流”问题。而BIM模型的所存储的建筑物信息，不仅包含建筑物的几何信息，还包含大量的建筑性能信息，是信息和模型结合，利用该模型可直接将运营前期的建筑信息直接传递到运营阶段，在运营阶段可根据具体运营方的管理要求创建基于BIM模型的操作平台，该平台储存了运营过程的全部数据信息，各部门可通过该平台共享数据信息，协同工作。消防运营管理部门可根据实际需求基于BIM技术定制以下应用[5]：

 

    1)消防设备状态监测联动控制

 

    通过第三方设备建立统一的通讯接口采集建筑内所有消防设备的运行参数及状态信息，如消防给水管网压力，消防供电设备，消防水泵/风机的运行参数及状态等，这些信息被完整准确的存储在BIM模型内，方便运营方各部门各专业人员通过统一平台进行监控管理，避免了“信息孤岛”问题。

 

    2)火灾工况模拟分析

 

    对建筑内火灾发生的过程和人员疏散的模拟分析，是数字化预案制定的一个必要环节。建筑消防设计阶段已对建筑进行了火灾场景仿真，仿真结果可直接使用，避免“信息断流”问题。同时，建筑在使用过程中，如出现建筑结构、功能和建筑材料的变化，数据库内的新兴可同步更新，再进行火灾场景仿真也变得较为便捷。

 

    3)数字预案表达与检验

 

    利用BIM虚拟现实技术，为数字化预案提供多维的表达方式。建筑火灾模拟过程可直观的显示，便于公众人员快速理解并熟悉预案。

 

    2.辅助消防安全课题研究

 

    BIM模型所包含的信息能满足建筑全生命周期的需要，实现绿色理念。通过BIM平台，可以展开虚拟现实及可视化的消防安全专题研究，比如人员密集场所紧急疏散策略研究。通过虚拟现实软件，设计人员可在三维场景中任意漫游，人机交互，检验疏散通道的设计是否存在缺陷。基于BIM模型，可针对节假日、赛事、集会等大型群众性活动进行可视化的疏散模拟，具有前瞻性，能够协助运营管理人员科学的编制疏散预案，而不用举行大规模的疏散演练对疏散预案进行检验。

 

    3.辅助消防救援指挥

 

    缩短火灾发生到消防人员到达现场的时间是扑灭大型公共建筑初期火灾，防止小火酿成大灾的关键，这一点对人员密集的大型公共建筑尤为重要。大型公共建筑作为消防重点单位，进入火灾状态后，城市消防指挥中心可在BIM数据库中提取建筑空间结构后，在虚拟的城市平台内显示建筑所在地点、周边路况、消防车道、消防水泵位置、火警所在位置等信息。信息的传递与提取均采用BIM数据格式，救援信息可在各个平台间快速、无损的传递，相关救援人员可通过BIM模型直接查看所需内容。各类信息快速准确的传递与查阅，进一步缩短了从火灾报警、消防部门接警出警、救援人员到达现场展开救援工作的时间，提高指挥中心的快速接警能力和消防部队的火灾救援效率。

 

    5.结语

 

    本文基于笔者消防工程从业经验对BIM在消防行业各阶段技术应用提出了初步想法，结合目前BIM在建筑行业的应用现状，笔者认为BIM技术在建筑行业的成熟应用还依赖于我国建筑信息化政策的大力支持和技术标准的进一步规范统一。BIM本身是一个技术软件，其推广和市场化如其他软件一样应同时注重后台服务器和前端用户界面两个层面的开发。本文主要讨论了作为行业从业用户的基本需求，后台服务器支持还依赖于BIM软件平台的整体开发（留有消防及其他建筑细分工种的接口）及消防同行对基于BIM的火灾专业软件的二次开发。