BIM在建筑安全疏散设计中的应用研究

李艳 张巍

摘 要：当前，紧急情况下的人员疏散越来越受到重视。BIM作为新型有效的多维度建筑信息模型，其强大的功能特性为建筑疏散模拟提供了趋于真实的场景。本文以BIM技术在建筑安全疏散设计中的应用为研究对象，借助计算机模拟软件，讨论BIM在建筑安全疏散设计应用的可能性，进而提出相应的设计改进措施，为制定安全疏散方案提供理论和实践依据。

关键词：BIM技术；建筑安全；疏散设计

中图分类号：TU998.1；TU17 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0110-02

随着我国建筑行业的发展，建筑火灾的发生也越来越频繁，大量事实证明紧急情况下建筑物内人员的无效疏散多是由疏散设计存在一定缺陷造成的[1]。因此，一种集建筑模型与人员疏散预测为一体的仿真技术将有效缓解建筑人员的疏散问题。BIM，Building Information Modeling，作为一种有效的虚拟建模工具，以三维技术为基础，通过创建、更新、存储构件的属性，建立项目实体与功能为一体的数字化模型，为疏散模拟提供可能，从而制定有效的疏散设计方案[2]。

1 BIM相关理论基础

1.1 BIM概念

BIM概念包含以下三种层面上的解释[3]：（1）建筑物理和建筑功能的综合表达；（2）基于互通性原则的资源共享储备库；（3）不同利益相关方进行协同作业的交流平台。由此可看出，BIM技术既是模型也是方法，既是过程也是结果。它集成应用于包括设计、施工、运维等阶段的项目全生命周期，在整个进程中不断地进行信息的管理和建设行为的管理，发挥合理范围内的最大效益。

1.2 BIM功能特点及在疏散设计中的应用优势

建筑信息模型以项目全生命周期的相关数据为依据，通过数字化技术建模，进而模拟出全面的建筑属性信息。通过信息传递和共享平台，BIM可被应用于建筑设计、施工、运维各个阶段的管理协调，是集进度—成本—质量管理为一体的数据化工具。

（1）可视化（Visualization）：不同于CAD图纸的抽象表达，可视化是BIM模型的直观体现。基于该特点，建筑的几何、物理及其构件属性如安装位置、材质甚至成本、使用年限等信息都可以在BIM模型中获得，为建筑疏散设计提供了强有力的空间视觉体验。

（2）协调性（Coordination）：由于建设项目需要多方参与，信息理解偏差和沟通碰撞问题不可避免。BIM模型可以对各构件进行碰撞检查，及时更改不良设计，为各利益方提供即时交流平台，减少由于信息不对称带来的不必要损失。

（3）模拟性（Simulation）：在设计阶段可以对建筑模型进行热能传导和日照模拟；在施工阶段进行4D进度控制、造价管理等模拟；在运维管理阶段模拟各种突发状况如地震逃生、火灾疏散等。

（4）优化性（Optimization）：BIM模型的可视化、可协调和模拟性为其优化特性提供了条件。其中：可视化提供了准确完整的建筑信息，方便设计人员进行设计方案比对；协调性特征帮助检查各构件联接是否合理，是否存在碰撞问题。

（5）可出图性（Documentation）：BIM模型中包含标准的样本和族，这些精确的定义大大提高了出图的时效性和准确性。BIM的生成结果并不只是简单的CAD图纸，而是通过可视、协调、模拟、优化以后三维动态模型。

2 人员疏散理论分析

2.1 人员疏散特点

人员疏散是行为反应和运动的复杂结合，是生理和心理状况的集中反映。仅就疏散速度来讲，它是由逃生人员的身体状况、心理素质、所属位置等多种因素决定的，难以准确估计。基于正常情况下人员疏散的多样性和不确定性，紧急情况下的疏散规律更是难以把握。大量疏散经验表明：在紧急疏散过程中，人员行为通常采用最短路径原则，并伴随着折返、暂避、从众等一系列行为特点。

2.2 消防疏散中BIM應用的技术实现

Revit是Autodesk公司专为构建建筑信息模型而开发的一系列软件，包括Architecture、Structure和MEP三大模块，分别对应于项目的建筑、结构和设备。这些软件改变了传统生硬的工程模式，很好的反映了建设人员的思维理念，为物理模型的构建提供了良好的平台。

BIM结构采用参数化的元素行为，主要包括模型元素、基本元素和视图特有元素三部分。其中，模型元素表示建筑的几何特征，为建筑实体；基本元素属于参考元素，用来定义其他元件；视图特有元素主要用于模型的描述和归档。这些元素行为通常由所需元件以及该元件与其他元件的关联性来决定。相应的建筑信息模型数据结构如图1。

2.3 BIM中建筑疏散技术

根据以上BIM技术的功能特性、组织结构和数据转换，结合人员逃生的行为特点，本文归纳出该软件在建筑疏散设计中的技术应用具体体现在以下两方面：

2.3.1 疏散设计

BIM能够轻松定义和分析各建筑元素，生成高质量的渲染效果图。其中，参数化的族编辑提供了开放式的设计平台，可以制作消防泵、消防台、管道等设备，用以满足干式和湿式系统的需要；支持多材质建模，如钢、现浇混凝土、砖、木材等，在火灾模拟软件中可进行材料防火区分；虚拟现实技术强化了建筑模型，可以实时有效地检测建筑设计是否符合安全疏散要求，在项目建设前进行设计修改，合理规划消防分区。

2.3.2 消防疏散管理

（1）消防设备管理。运用基于IFC标准的BIM技术从项目立项开始便可进行实时管控，消除信息盲区。如对每个消防设备包括型号、功能特征、安装位置以及技术指标等在内的信息进行编码分类，建立对应的信息档案，保证设备信息与管理信息同步进行。

（2）建筑信息管理。基于IFC标准的BIM技术包含建筑设计体的几何信息和构件属性信息，实现了信息化存储与管理，便于设计改动和后期施工，从而进行疏散设计方案的优化改进。

综上，该技术下的建筑模拟环境与实际物理环境基本保持一致。同时，该技术的数据结构、转换标准等逐渐趋于规范，能够实现与其他疏散软件之间的文件传输与转化，这为BIM在建筑安全疏散设计中的应用提供了技术条件。

2.4 基于BIM理念的安全疏散措施

2.4.1 合理的疏散设计

从设计角度出发，对出口位置、尺寸及数量等结构因素以及消防设施安装位置进行优化设计，综合考虑建筑物整体疏散，进行合理的区域规划，力求实用且导向性好。在疏散通道设置安全标识，或在显眼地方放置平面图，标明当前位置、疏散通道以及出口等关键信息。此外，还应设置必要的应急系统，如自动喷水系统、应急供电系统等。

2.4.2 严格的管理制度

严格的管理制度是安全疏散的根本，具体体现在：（1）制定消防应急管理规范，坚持日常防火检查；（2）对建筑物实行区域管理，明确安全责任制，便于疏散引导和责任追究，严惩违规违纪造成重大损失者；（3）制定合理应急预案，确保紧急情况下的实施。

2.4.3 专业的疏散培训

紧急情况下的疏散过程涉及建筑环境、人员心理以及消防管理等多种复杂因素，专业的疏散培训和消防演练可以增强人员的防火救火意识，掌握基本疏散技能，提高自救能力。此外，经常性的安全宣传和教育可以保证人员的有序疏散，达到安全疏散的效果。

2.4.4 先進的联动管理

建筑消防工程包含火灾勘测、灭火、人员救治等问题，是由一系列相互关联的系统甚至部门协同合作完成的，是以人、设备和制度为单元的联动系统。基于BIM的建筑疏散模型，统筹建筑物自身疏散需要，关联周围道路、地形乃至整个片区、城市进行联动管理，综合考虑建筑的社会性质，是建筑疏散设计的发展趋势。

3 结语

作为当前普遍认可的建模工具，BIM在建筑安全疏散设计中的应用确实存在很大优势。集中体现在：（1）提供了强大的空间视觉体验；（2）整合了多个独立设计成果；（3）可进行可视化的场景设计；（4）疏散设计方案的优化比对；（5）确保了高水平的纸质记录。

参考文献

[1]田玉敏.BuildingEXODUS在优化建筑安全疏散设计中的应用[J].消防科学与技术，2014，（4）：380-383.

[2]何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术，2011（4）：110-117.

[3]Kobes M， Helsloot I， de Vries B， et al. Building safety and human behaviour in fire：A literature review[J].Fire Safety Journal，2010，45（1）：1-11.