BIM在消防工程全寿命周期管理中的应用

曹露春 吴雅迪 张蓉

摘要：对目前消防工程全寿命周期中各阶段存在的问题进行了分析，得出消防工程全寿命周期中信息化程度不足是制约其发展的重要原因，具体展现了BIM技术在消防工程全寿命周期各阶段管理中的应用前景及技术优势，并建立了消防工程全寿命周期管理系统的框架。

Abstract： This paper analyses the problems existing in all stages of the life cycle of fire engineering at present， and draws the conclusion that the lack of information in the life cycle of fire engineering is an important reason that restricts its development. It shows the application prospects and technical advantages of BIM technology in the management of all stages of the life cycle of fire engineering concretely， and establishes the framework of the life cycle management system of fire engineering.

關键词：BIM;消防工程;全寿命周期管理

Key words： BIM;fire engineering;life cycle management

中图分类号：TU17                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）18-0253-03

0  引言

大型城市综合体、交通枢纽（如高铁站、机场等）中人员周转密集、场所众多、环境复杂，一旦发生火灾，极有可能造成较大的经济损失和不良的社会影响。消防工程作为建筑工程的重要组成部分，由于设计规范陈旧、施工建造难度高、验收工作繁重、运维信息不畅等问题，在全寿命周期管理中正面临着严峻的挑战。而信息化程度不足是造成消防工程建造与管理困难的重要原因。消防工程全寿命周期包括设计阶段、施工建造及验收阶段、运维管理阶段，其全过程涉及信息广泛，信息的传输和处理效率对消防工程的高效管理起着决定作用。BIM技术在建筑工程中的应用日渐成熟，其可视化、协同化等特性在促进建筑工程高效化的前提下，也带来非常可观的社会经济效益。为此，以BIM技术为基础，分析其在消防工程全寿命周期中的应用，对消防工程全寿命周期信息化程度及管理效率的提高提供一定的理论指导。

1  传统消防工程管理中存在的问题

消防工程从设计阶段的设计、规范审查，到施工阶段的成本、质量、进度的控制，再到运营阶段的运维管理，各阶段的对象与目标有着高度的统一性，但在实际工程中却相互割裂。造成这一问题的主要原因是各阶段信息化不足，导致工程实施过程中信息传递不畅、各参与方协作不足、效率低下。

1.1 设计阶段存在的问题

随着大型建筑的涌现，目前的消防工程设计规范难以完全适应。为了适应建筑本身的复杂设计，建筑消防设计与设计规范不符的情况越来越多。同时，消防工程各参与方之间缺乏沟通，进而出现消防工程的设计与业主需求不符的情况，消防工程施工人员不能准确理解设计意图，对后期施工造成影响。消防设计审查时，不能有效查出设计中的不足，导致施工过程中需要进行设计变更，增加不必要的成本。

1.2 施工建造及验收阶段存在的问题

在消防工程施工阶段，施工过程中因为施工人员对设计图纸的不熟悉，会花费很多时间去理解图纸或者和设计人员进行沟通，进而影响施工进度。对于施工过程遇到的重难点，需要进行多方论证和技术交底，技术人员的工作量繁重。部分施工员对消防设计审查意见不够重视，凭以往经验私自更改设计内容，导致消防工程和相关规范不符，影响最后的消防验收。在验收阶段，验收人员因受到经验和精力的限制，不能高效准确地发现消防工程中存在的问题。

1.3 运营管理阶段存在的问题

消防工程运营管理过程中存在的问题，主要来自于信息的不通畅。一方面，运营阶段与施工阶段形成了信息断流，消防设备的信息在传输过程中可能出现遗漏，不能完整的录入到运维管理系统中。另一方面，运维管理过程中各类数据未能形成有效地集成，例如某设备的空间信息与设备的属性信息是分开存储的，在火灾模拟过程中需要同时运用到这两类信息时，就需要花费精力调取并集成这两类数据。

2  BIM技术在消防工程中的优势

通过梳理消防工程各阶段的BIM技术应用点，针对性的解决传统消防工程中存在的问题，展现BIM技术在整个消防工程应用的连续性和高效性。

2.1 工程设计阶段

2.1.1 可视化设计

可视化设计即将建筑及构件在设计阶段以三维方式呈现，以避免传统二维图纸表达抽象的缺点。传统的图纸设计需要设计者先构思出所需设计的建筑及构件的立体图，然后再通过立体图去设计二维图纸。在图纸审查或按图施工时，工作人员需要对图纸进行二次理解。不同人员对图纸的理解或有偏差，施工成果很可能和设计意图存在出入。而通过BIM技术直接进行三维设计，实现“所见即所得的”效果，既减少后续工作中人员对图纸的理解偏差，又实现了施工中设计图纸的精准表达。在设计过程中，通过BIM的漫游功能，创建动画演示，业主可以直观地预览消防工程的设计现状，在虚拟空间三维可视图纸中迅速找到不满足需求的地方，及时提出修改意见，避免后期不必要的工程变更。

2.1.2 碰撞检查

消防工程中碰撞的类型有两种，第一种是设备内部各专业的碰撞，例如管线与机电设备之间的碰撞，第二种是建筑、結构专业与设备专业的碰撞，例如没有预留孔洞，就会出现管道与墙体的碰撞。对于工程量大且涉及专业比较复杂的工程，仅通过人工审查，不可能准确而高效地找出碰撞点。通过将建筑、结构、机电、水暖等专业的BIM模型整合到一起，进行管线碰撞检测，运用BIM软件可以生成碰撞报告。根据碰撞报告确定碰撞部位，对碰撞部位进行优化设计。

2.1.3 规范审查

随着建筑的复杂化，传统消防设计审查表现出了效率低、客观性差等缺点，消防规范设计审查对于保障建筑消防安全具有十分重要的意义。运用BIM相关软件，建立的三维模型，包含较为全面的建筑信息，如建筑构件的材质、尺寸、防火等级等信息。同时BIM可实时定位消防构件及监控其运行状态。在软件中依据规范设置审查条件，经过数据对比，输出审查报告，设计人员依据审查报告进行设计修缮，实现整个审查过程的高效性和完整性。

2.2 施工建造及验收阶段

2.2.1 模拟施工

模拟施工是指运用BIM技术对项目施工过程进行模拟。将建造过程、施工顺序等信息导入信息模型，可以对施工过程进行可视化模拟，利用模拟过程对施工方案进行可行性验证，优化施工组织设计。技术交底中，BIM三维可视化技术有助于施工人员对整个施工过程的直观理解。

2.2.2 工程量统计

工程量统计在施工过程中的应用包括进度计量、中期付款等。BIM是一种综合成本、材料和进度的建筑信息模型。利用REVIT和广联达软件，可以实现一定时期、一定过程的数量、成本统计，并以报表形式呈现。（图2）

2.2.3 进度计划

将BIM与进度计划相结合，可以模拟施工进度。在BIM模型中加入时间信息，可以形成一个直观的4D模型，能够准确反映整个施工过程。BIM4D模型可以实现对整个项目的跟踪管理，将项目的当前进度与节点模型进行比较，当进度滞后时，及时提出优化方案，并通过仿真施工验证方案的可行性。同时，BIM模型可以对施工管理过程中的材料准备和人员安排提供精确的指导，实现施工材料的精确配置和人员的合理安排，从而实现施工过程的精细化管理。

2.2.4 竣工验收

在消防工程竣工验收阶段，消防验收人员应根据消防验收评定规则对消防工程各单项按比例抽检。在工作量较大情况下，需要多名辅助验收人员协同工作，这种情况下容易出现验收项目的交叉和遗漏，导致验收效率不高。验收过程中因验收人员的经验不足，容易出现误判的情况。在验收过程中消防验收人员可以在BIM模型中提前确定好需要验收的项目，然后指挥辅助验收人员至现场进行实地验收，辅助验收人员通过将现场实际情况与BIM模型作比较，以判断验收项目是否符合设计规范，验收人员同时对验收项目进行拍照记录，最终将验收结果上传云端，以备日后查验。

2.3 运营管理阶段

2.3.1 维护管理

大型建筑中包含的消防设施数量巨大，消防系统也较为复杂，将BIM技术应用到消防设施的维护管理中，会显著提高设施维护管理的效率和质量。BIM模型中包含了消防设施的几何信息和性能信息，利用该模型可以将施工阶段的信息传递到运维管理阶段。运营过程中产生的信息也可以存储到该模型中，通过此平台各部门可以共享数据信息，协同合作。

2.3.2 消防救援

BIM技术在火灾模拟、现场救援指挥、虚拟消防演习中有着重要的应用。传统的建筑火灾模拟都是通过FDS软件进行的，此过程首先需要对待测试的建筑进行建模，建模过程中输入的参数较为模糊，其精度与实际情况有较大的差异，不能准确反应火灾发生时建筑的真实情况。而BIM模型中包含着建筑的所有空间信息、材质信息、周围环境信息等，无需二次建模，只需将BIM模型直接转化为火灾模型，就可以实现对火灾情况的模拟。再借助BIM的三维漫游功能可以实现救援路径、疏散路径的规划。通过BIM模型对火灾的模拟，可以帮助人们了解火灾来临时建筑的宏观情况，对疏散路径有一个正确的认识，以提高人们应对灾害的能力。

3  基于BIM的消防工程全寿命周期管理系统的构建

构建基于BIM的消防工程管理全寿命周期管理系统首先要建立建筑信息模型，其次需要建立消防设施信息模型。建筑模型中包含着建筑的空间信息及材料信息，消防设施模型中包含着设施的属性及运维信息，两者的结合可以形成四维模型，再通过对丰富的信息数据进行提取处理，可为消防工程的管理提供可视化平台及运维信息，从而有效提高消防工程管理的水平。

3.1 系统架构

消防工程全寿命周期管理系统的组成包括数据层、模型层和应用层。

3.1.1 数据层

消防工程平台设计的基础和核心是数据库的构建，其是实现系统功能的基础和前提。数据层借助数据库技术，对消防工程涉及的建筑信息、结构信息、消防设备信息等进行管理和存储，为实现对象模型到关系模型的转化，需要建立对象模型到关系模型的映射关系。其信息的来源主要是BIM模型信息的提取和运维信息的录入。

3.1.2 模型层

模型层主要是BIM模型的建立，BIM数据集成的优势可以实现基于IFC的模型数据的提取和三维展示。在项目决策阶段通常是通过Revit软件建立概念体量模型，快速分析整个工程的相关指标。在施工阶段建立施工模型，实现对整个工程的可视化施工指导。在运营阶段建立基于BIM的设施管理模型，实现对整个工程的可视化管理和维护。

3.1.3 应用层

应用层主要由消防工程管理过程中所需要的系统、软件和模型组成。其中的应用包括全寿命周期各阶段的应用点，例如工程量统计、运维管理等。（图4）

3.2 模型数据库的建立

数据库的信息一部分产生于运维阶段，但更多的部分来自于设计与施工阶段，设计与施工阶段的信息都可以以BIM模型的形式进行存储。所以将BIM模型信息转化成适用于消防工程管理的IFC格式的信息是建立数据库的关键。消防工程中涉及的信息元素可分为建筑信息、结构信息、线路及管道信息、建筑材料信息、建筑消防设备信息等，具体分类参见表1。

4  结论

本文研究了BIM技术在消防工程全寿命周期中各阶段的应用，得出了BIM技术对改善目前消防工程中存在问题、提升工作效率具有重要的技术优势，并建立了消防工程全寿命周期管理系统的框架。在未来建筑信息化程度日益提高的情境下，BIM技术在消防工程中的应用优势将逐渐扩大。BIM技术对于提升消防工程各阶段的信息化及信息流通，有着重要的战略意义。但目前BIM技术在消防工程的应用研究还仅仅局限于全寿命周期中各阶段的应用，还没有形成一个系统的应用流程，其各阶段应用的有效衔接，成为制约BIM技术在消防工程中应用的瓶颈。

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