基于BIM 技术的建筑消防安全管理应用框架分析

■ 王尽飞 河北省廊坊市消防救援支队香河县大队

城市化进程催生了大量高层和超高层建筑的建设，因而也就对建筑物的消防设计和火灾防治提出了更高的要求，然而在这样的形势之下，消防安全管理却没有受到应有的重视。近年来，造成高额经济损失和人员伤亡的火灾事故层出不穷，BIM 技术作为建筑消防安全管理新的技术手段，其资源共享和协作的特点，使得传统的消防设计和施工管理在信息时代背景下焕发出了新的生机。

国外相关研究表示，以发达国家为代表，国外已经建构了较为完善的消防安全管理体系，学者Fridrich J 典型的研究成果体现在“体制的建设、消防宣传教育以及相关的应急措施处理”三方面，Fridrich J 表示，消防安全管理的重点在于消防体制的科学性，消防人员的安全意识来源于对待消防安全的宣传教育，在应对火灾时的有效应急措施[1]；国外研究学者Sari A A,Rafrita F K, Rahayuningsih T 等人根据BIM 技术模型，结合消防安全设计的适用性，建构了良好的消防安全体系，其中分别涉及疏散管理、逃生设计、相关教育、设施管理四方面[2]；Kincelova K, Boton C 等相关研究人员通过对计算机技术和BIM 技术的综合运用，通过对“消防监督管理、预防防治措施、疏散管理”三个方面的深入研究，建构了以良好的监控系统为核心的消防安全管理体系，除此之外，研究人员还在建筑项目的消防安全管理中及时发现了引发火灾的相关问题，提出的火灾应急疏散方案可以根据无线传感器网络来建构动态的疏散路径[3]；

国内学者韦海辉认为，建筑消防安全风险评价是消防安全管理的突破口，他通过建立数学模型、运用层次分析法对消防安全管理进行了定性和定量的综合评价，对不同种类的建筑物进行了初步的风险评价，并对风险等级进行划分，将影响建筑火灾的主要因素进行了区别，最后得出结论：据此建立的模型可以有效抑制火灾的发生概率[4]。

文章通过对以上主要文献的梳理，对建筑消防安全方面的内容进行了广度和深度上的探索，以BIM 技术作为建筑物消防安全管理框架模型的主要核心，构建三个层次的子模型，深入研究了其作用和消防安全的管理方式中的不足和优势，对BIM 技术的消防安全管理框架给出具体的探析。

一、建筑消防安全管理

“消防”的含义是消除灾害的消极影响，预防隐患；“消防”的还有将灾害事故进行消除、阻挡的内在蕴意，在“消防”中实现“安全管理”，就是利用相关的科学理论和方法来对项目中的人、财、物、时间和信息进行管控和协调，以实现项目的安全性为关键，从设计方法、管控手段到结果反馈都实现安全管理的目标，整个管理措施具备统一性和体系性；建立在对客观火灾规律的理解上，通过先进的设计方法、科学技术来有效减少火灾蔓延，从而达到预定的消防安全目标，“消防”还包含对社会群体和个体的消防安全管理，具备较强的法规性、社会性、群众性，是一项重要的社会公共安全管理事业。

本课题从狭义的消防安全概念和消防安全管理的角度来研究建筑消防安全的管理。即基于“负责和主管人”的原则，根据建筑管理部门的作用是预防建筑物的火灾风险，采取各种方法从源头上预防和消除火灾，以保证建筑物的安全运行的角度进行研究。

（一）BIM 技术

BIM 技术是对参建方信息和资源的整合，与传统的建设技术相比，BIM 技术是一个智能的数据库，现在的建筑行业将BIM 定义为在建筑的设计、施工或运营维护阶段进行信息交流的电子过程，BIM 并非指客观存在的一个数字软件，在建筑实施过程中 ，与传统的设计建设项目不同，BIM 技术将所有的工程信息融合在一个数字的数据库，作为设计实体和功能属性的中心库，BIM技术已经成为一个搭载建筑数据信息、融合施工单位、设计单位和监理单位的信息平台，能够为参建方进行建设需用，实现了信息共享，通过输入不同的工程信息能够将各专业实现协同作业的动态信息模型；现在的BIM技术更多强调的是一种合作方式，与维基百科对BIM 的定义颇为相似。

（二）基于BIM 技术的建筑消防安全管理应用框架

从BIM 技术的三维特性分析，相对于传统的施工模型能够直观呈现出来建筑内部结构和相关的位置布局，在整个项目生命周期和每个领域的所有阶段对防火屏障和其他消防安全要素的状况进行建模。在实际的建筑空间提供灭火器、消防栓和火灾探测器的特征信息，如图1 所示；将不同消防设备的信息整合到BIM 模型中，对后续相应的消防员和消防救援工作的运维都能够提供便利，消防安全和被动的消防功能的实现都依赖与BIM 平台对于消防信息的融合。

BIM 模型能够根据各个阶段的应用软件来实现对相关信息的交换需求的更新，BIM 模型不仅通过建立智能消防系统来减轻建筑工程领域上的信息丢失和孤岛问题，还可以通过整体的消防设计和建立消防预案来进行4D 施工进度模拟，进行工程项目质量控制，根据BIM技术来建立消防安全管理应用框架，如图1 所示。

图1 建立BIM 和子模型关系的框架

首先，子模型设计可以根据火灾或者相关隐患，对火灾自动报警系统、抑烟/ 排烟系统、疏散探测系统和其他需要在建筑内安装的装置进行逐渐扩展，其次，再对火灾自动灭火系统、消防给水系统进行更深层次的加工和统筹管理，可以及时地发现火灾和救治火灾，确保人民的生命安全和财产安全，随之减少一系列的损失，以上都是三个设计子模型的主要构建内容。

其次，在消防预案中做好相关的防火设计，被动防火设计包括设计建筑物和建筑材料的耐火性，设计防火区，设计安全逃生通道，设计防烟屏障，均是为了控制火和烟在特定空间的蔓延，防止其扩散，并补充主动防火系统。BIM 技术则可以将结构和消防系统的主动和被动防火设计与建筑设计有机结合，在收集、存储和管理消防安全信息上，可以将各种消防安全设计数据，包括建筑调查数据、内部消防安全设施和设备的调试数据、通风口和逃生通道等相关信息，统一整合到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，以便日后检索和使用。

基于BIM 技术的消防预案可以通过BIM 模型中的参数信息、层面之间关系来直接获得各层的平面图和消防路径规划，不仅可以在原有路径设置基础之上实现更高层次的突破，而且更有利于提升消防预测的精准度，统筹规划消防活动和人员疏散路径。

要搭设BIM 模型，还可以结合Revit 和Pyrosim软件来对建筑图纸的相关参数数据进行核查，利用BIM模型来实现Revit 和Pyrosim 软件数据格式的互通，在Pyrosim 软件中对数据进行火灾模拟，对于建筑中出现的网络划分、建筑物表面属性以及模拟时间等关键数据进行科学的设置，实现为建筑居住用户提供高效科学的火灾模拟动态场景，如图2 所示；Pathfinder 软件可以用来分析建筑物内火灾的燃烧情况，例如CO 浓度、温度、能见度的变化情况等，对比三个危险判断指标达到极限的时间，最短达到临界值的时间视为人员安全疏散的可用时间，通过建立数学模型来对现场人员进行快速的疏散和管理。

最后，Pathfinder 软件对火灾疏散路径的模拟能够直接展现人员疏散，对多组人员进行图形化模拟，更加真实地反映火灾现场人员的流动和逃避路线。

图 2 模拟火灾逃生动画

（三）基于BIM 的建筑消防安全管理的不足和优势

1. 不足

（1）中国建筑的消防安全设计标准主要是指《建筑防火设计规范》，现行的建筑消防安全管理在建筑后期的二次装修和翻新是一个严重且尚未解决的问题。二次装修改造严重影响了建筑的防火性能，如何保证建筑的防火性能是建筑防火设计中有待解决的关键问题。

（2）建筑物的防火设计通常是按照初级设计、二级设计和详细设计进行的，设计通常是由不同的设计部门和设计师进行的。这样的设计不标准，在技术工艺和维修保护上无法进行统一。

2.优势

BIM 模型能够将消防设备基本信息导入到同一个技术平台中，通过Revit 软件和BIM 模型包括消防设备的基本信息，包括设备的名称、型号、安装日期、负责人、运行状态等细节。BIM 技术能够通过碰撞检查来避免重新建模，实现建筑质量的提升，如图3 所示：

图3 BIM 技术碰撞检查

BIM 技术提供三维可视化的环境，可以直观地看到建筑物各专业之间的空间布局，如图4 所示；若某个较为隐蔽的消防设备出现故障，BIM 技术更能够实现技术细节的管控，可以更加准确地定位到消防设备的位置，为消防设备的维修提供可视化的指导，维修人员在不破坏其他设备的前提下，对整个消防系统有更加全面客观的认识，不仅可以提升建设效率，加快维护的进程，还可以对建筑整体进行掌握，丰富了维修经验，便于制定出更加科学的维修方案。

图4 BIM 技术提供可视化环境

二、结语

总而言之，本文针对BIM 技术在建筑消防安全管理应用框架进行了重点研究，还对BIM 技术对于建筑消防设计子模型、消防应急预案子模型、智能消防系统子模型的优势和不足进行了深入探讨了，验证了BIM 技术的实际可操性。BIM 技术作为信息技术的一种形式，如果能与其他信息技术相结合，当然将取得更好的结果，也将会成为未来一个重要的研究领域。