基于BIM的地铁车站火灾疏散应用研究

张野 单妥 王晓磊 刘国奇

摘要：当今地铁以其经济性、快速性、准时性、低碳性等诸多优势，逐渐从各大城市公共交通发展中脱颖而出，因此得到广泛普及和应用。然而，随着地铁建设与运营规模不断扩大，人流量也越来越大，如果发生火灾等突发事故，地铁车站的疏散工作必然会面临巨大挑战。由此可见，加强对地铁车站火灾安全疏散的研究就显得尤为重要。基于此，本文简要阐述了基于BIM技术的地铁车站火灾疏散具体应用，以供参考。

关键词：BIM；地铁车站；火灾疏散

地铁作为重要的城市交通工具，人员密集且通行量较大，一旦发生火灾，后果将不堪设想。近些年来，社会各界愈发关注地铁火灾以及人员安全疏散等方面问题。从目前来看，已经有一些研究利用建筑信息模型（BIM）技术对地铁车站的火灾疏散进行模拟分析，这些研究主要通过模拟火灾发生时人员疏散情况，探究关键疏散路径所需最短时间以及最大限度下的疏散时间，并与实际情况进行对比。通过这些研究，可以证明在火灾发生时，BIM技术可以有效提高疏散结果的准确性和工作效率。^[1]

一、火灾疏散的重要性

火灾疏散在地铁车站的安全管理中具有极其重要的地位和作用。地铁车站作为城市交通的重要枢纽，每天都承载着大量乘客，一旦发生火灾，如果没有有效的疏散策略和应对措施，势必会给人们的生命和财产安全带来严重威胁。

首先，火灾疏散可以保障乘客的生命安全。地铁车站通常是高峰时刻人流密集的地方，人员聚集程度较高，一旦发生火灾，乘客在较短时间内必须快速有效疏散出车站，以确保每个人的生命安全。因此，制定科学的火灾疏散策略，对于提高乘客疏散速度和减少人员伤亡具有重要意义。其次，火灾疏散能减少财产损失。地铁车站通常设有许多重要设备、设施，比如电梯、自动扶梯、通风系统等，一旦发生火灾，如果没有及时有效疏散人员，火势可能会迅速蔓延，很容易损坏设备设施。而通过科学的火灾疏散，可以提高车站疏散效率，减少火势蔓延时间，有效降低财产损失。最后，火灾疏散还能够保障城市交通的正常运行。地铁车站是城市交通的一个重要节点，倘若出现火灾，可能会导致车站封闭，列车停运，给整个城市的交通系统带来严重影响，而通过科学的火灾疏散，可以最大程度减少对交通运行的干扰，以确保城市交通正常运行。

二、地铁站火灾应急疏散分析

（一）地铁站火灾安全分析

1.地铁站火灾安全隐患。地铁车站发生火灾事故其实是由很多因素共同影响造成的，如车站自身的应急管理系统、建筑材料属性、人员密集度、车站内部的设施设备、人员自身特性等。^[2]目前来看，地铁火灾发生的类型主要有三种：一是站厅火灾，主要是由于车站服务设施发生故障、旅客行李着火等原因导致。二是站台火灾，主要是设施设备出现故障。三是区间隧道火灾，主要是由于列车着火且无法运行、列车着火且可以运行至最近车站而导致。

2.地铁站火灾安全疏散条件。在地铁车站火灾安全疏散过程中，应在遵循“疏散规范”要求的前提下，明确“可用疏散时间”与“实际安全疏散所需时间”。^[3]一般情况下，当可用疏散时间大于实际安全疏散所需时间时，就表明车站人员都安全撤离至安全区域。因此，在疏散人员时，我们应尽可能延长可用疏散时间，缩短实际安全疏散所需时间。

（二）地铁站火灾疏散人员结构分析

地铁车站人员结构相对比较复杂，当火灾发生时，需要疏散的人员主要可以分为三类：第一类，乘车旅客。在地铁车站内，人数占比最多的就是乘车旅客，我们需要综合考虑人员出行高峰期等影响因素，通过相关算法计算出列车进站人员的最大客流量。第二类，站台层人员。在地铁正常运行情况下，可将站台人员列为候车人员，并根据相关算法计算出地铁车站高峰期站台上的最大候车人数。第三类，站厅层人员。相对来说，站厅层人员结构比较复杂，如刚刚进入车站的旅客、工作人员以及还尚未明确流向的人群（如推销人员、流浪人员等），这类人群在火灾疏散时往往会在一定程度上增加人员疏散难度。总之，对地铁车站火灾疏散人员结构进行分析，从而更好为火灾疏散提供保障。

三、BIM技术应用于安全疏散模拟的优势与可行性

（一）优势

首先，BIM可以为安全疏散工作的开展提供全面、准确的建筑物信息，其核心主要是对相关数据信息的管理，包括对数据信息的采集、创建、管理、使用以及共享等。一般情况下，BIM主要是通过数字信息来展示某项建筑物工程的具体信息：一方面，BIM技术支持下所构建的疏散环境模型与实际安全疏散环境一样，先利用该模型进行安全疏散模拟演练，势必可以提高疏散效果。另一方面，BIM模型中也可以包含建筑材料信息等非几何信息，这对于火灾安全疏散模拟也发挥着至关重要的作用。其次，BIM可以包含建筑物所有数据及属性，而且兼具可视化、模拟性等特点。^[4]一方面，可以让人们在安全疏散时迅速熟悉周围疏散环境，也能够帮助救援人员快速了解火灾现场情况。另一方面，BIM技术可以支持各种逼真的虚拟特效，如火焰、烟雾等，能够让人们置身其中，真正感受到火灾场景，对于调查真实火灾情况下人们的疏散行为特点是有极大助益的，从而保证调查数据更真实。最后，BIM技术支持下的模型构建还可以做到实时更新。该模型系统可以利用最新的信息采集技术随时随地采集建筑物以及周围环境所有数据信息，这些数据信息不但包括建筑物里边的“静物”，如设备、机械构件等，还包括一些动态数据，如流动人群、流动设施、火场温度等，以保证火灾情境下人们的安全疏散。

（二）可行性

从理论来讲，将BIM技术应用于安全疏散模拟有两种模式。^[5]第一種是基于BIM技术的建模软件，如在Revit中增加疏散BIM模拟模块，其主要目的是为了模拟人员安全疏散过程。具体操作如下：首先，在Revit软件中添加计算机仿真模拟程序，然后在其中设置BIM疏散模型，最后通过设置不同的参数数据来进行人员安全疏散模拟。总的来看，这种模式可以很好实现人员疏散结果与BIM模型“无缝对接”，当模型信息一旦发生修改时，相应的疏散结果也会自动发生改变，反之亦然。不过，长此以往，这种情况可能会导致BIM模型中所承载的信息会越来越多，非常容易超出计算机的硬件计算能力。因此，软件技术还是需要不断提高。第二种是疏散模拟与BIM疏散模型分离的模式。具体操作如下：首先将疏散模型中的数据信息提取出来，并将其导入到相关的计算软件或算法当中，形成数据链接，然后进行人员安全疏散过程的模拟演练。倘若需要可视化呈现，还需要将疏散的结果在BIM模型中展示出来。相较于第一种模型，后者优势更明显，对软件计算、人员操作等方面的要求比较简单，但其不足就是需要在二者之间建立一个沟通桥梁。

四、基于BIM的地铁车站火灾疏散应用

（一）利用BIM构建平台架构

为促进地铁车站智能消防的建设与发展，可利用BIM技术+GIS作为信息载体来构建智慧平台架构。其中，该平台架构主要包括以下几个模块。

1.GIS地图模块。该模块可以将整个城市地铁站地理信息位置与周边地理信息位置进行“联动交互”，可以为地铁车站的消防安全管理打下坚实基础。在地图上，我们可以看到每一个地铁站点的具体位置，并按照等级对一些重要控制点、火灾报警点等进行标注。通过缩放地图，我们可以观察到具体站点的BIM模型以及周围的道路状况、基础设施等各项环境信息，周边的消防、公安、医院等一些重要的单位也可以在地图上标注出来。利用该模块，各方均可以根据自身对信息互享的实际需求在BIM平台上相互联动、交互。

2.可视化管理模块。该模块允许我们在GIS地图上点击单个站点，并进入到某个单位地铁车站站点的BIM模型当中。透过这个模型，我们可以具体看到车站内与消防有关的数据信息，如位置、数量、注意事项、属性以及可采取的灭火措施等。为了突出和强调，我们还可以在设计BIM模型时，对一些防火设施、灭火设备等进行特殊标注，以便于更好为火灾救援、人员安全疏散做准备。

3.監测预警模块。一般情况下，该模块系统会与BIM模型绑定到一起，即：通常都是在BIM模型当中对一些重要的火灾监测预警点进行突出性标注。当火灾发生时，平台中该模块就会自动向相关人员推送火灾预警信息，并且还会自动定位着火点。与此同时，地铁车站指挥台中心也可以通过观察BIM模型所绑定的视频监控，及时准确地了解地铁车站内部的火灾情况以及周围环境情况，并做好火情通知、人员安全疏散、火势扑灭等工作，从而为后续的人员救援工作开展提供先行支援保障。

4.消防资产维护模块。该模块主要是用于地铁车站内部消防资产清点与运营维护管理，通过平台中BIM模型实现可视化运维管理，其目的主要是为了更好保证维保数据的溯源性。

5.应急联动模块。该模块具有一定分类功能，可以将可能发生的火灾进行提前分类，并按照不同的火灾类别去设置更具有针对性的应急联动流程，还可以将这些流程上传至平台，以用于地铁车站消防日常的戒备演练。

（二）利用BIM进行火灾模拟与疏散仿真

火灾模拟与疏散仿真也是基于BIM的地铁车站火灾安全疏散应用的有效手段。通过借助BIM技术构建出地铁车站详细模型，并在模型中添加火灾源、烟气流动、人员行为等多个影响要素，然后再模拟火灾发生及其发展过程、人员安全疏散的动态情况等，我们可以对地铁车站的人员疏散能力、安全性等做出相对准确评估，从而可以帮助我们制定更加科学的地铁火灾疏散方案。其具体应用主要有以下几个方面：第一，可利用BIM技术模拟和分析地铁车站内部的火灾场景，得出不同火灾情况下的疏散时间和路线信息，这些模拟结果可以用于评估和比较不同疏散方案的效果，从而为制定最优的火灾疏散方案提供参考依据。例如，在火灾情况下，可以利用BIM技术进行人员密度、疏散路径和疏散时间等关键指标的模拟分析，帮助决策者更好了解疏散过程的瓶颈和风险点，制定合理疏散方案。第二，可利用BIM技术在实施火灾疏散过程中提供实时性数据支持。通过与智能感知设备结合，BIM技术可以实时监测人员位置、疏散速度等信息，并将这些数据反馈到车站内的疏散指挥中心，使指挥人员能够及时掌握疏散进展情况。我们还可以利用BIM技术与消防设备和安全设施进行联动，实现智能化疏散指导，比如可以在火灾现场实时展示最短疏散路径、提供应急门位置等信息，以提高疏散效率和安全性。第三，借助BIM技术，可以实现地铁车站火灾疏散策略可视化展示。通过将地铁车站的建筑信息与火灾疏散策略相结合，可以在虚拟环境中直观展示疏散过程和路径，这不仅有助于疏散参与者更好理解疏散指导，提高疏散效率，还可以为疏散演练和培训提供有力支持。

（三）BIM技术在消防安全管理中的应用

BIM技术在消防安全管理中的应用主要体现在消防安全模拟演练环节，在BIM模型中，我们可以设置好可以移动的虚拟人，通过借助电脑算法计算出不同位置虚拟人距离最近的出口，以便更快速、准确实现火灾疏散模拟演练。除此之外，我们还可以将提前制定好的火灾应急方案在BIM模型中进行虚拟动画模拟演练，从中发现实际操作中可能会出现的问题，然后再改进和完善方案，以便于更好地指导实际火灾逃生与疏散工作。

（四）基于BIM的地铁车站火灾应急处理

当火灾发生时，基于BIM技术的地铁火灾应急处理系统可以在模型的支持下，快速、准确定位火灾发生点，并获取火灾具体详情及其发展趋势，从而为灭火救援提供更科学合理的决策依据。除此之外，地铁车站还可以利用BIM模型系统与当地的消防部门、交通部门等合作，以实现人员引导、交通调度。当火灾发生时，该系统可以迅速响应并为火灾救援工作提供信息数据支持，从而进一步提高火灾应急处理效率。不仅如此，该系统还可以根据不同地铁车站的具体情况灵活调整和优化应急处理方案，适用性较强，能够更好满足不同地铁车站实际需求。

结语

综上所述，BIM技术在地铁车站火灾安全疏散与管理中有着较大的应用前景和价值。在实际应用中，我们可以将BIM应用于平台架构构建、火灾模拟与疏散仿真、消防安全管理以及火灾应急处理等环节，以保障地铁车站火灾疏散效率和质量。

参考文献

[1]杨洲，邓朗妮，孔令虎.基于BIM的地铁车站火灾模拟与安全疏散研究[J].广西科技大学学报，2022，33（04）：23-30.

[2]李晓秋.基于BIM的地铁火灾人员疏散路径仿真及优化研究[D].沈阳建筑大学，2022.

[3]周方，张丽，柏萍等.基于BIM的地铁车站火灾安全疏散研究[J].中国高新科技，2021（12）：26-27.

[4]白娇娇.基于BIM的地铁车站火灾模拟与疏散研究[D].石家庄铁道大学，2020.

[5]黄静怡.基于BIM的地铁车站施工阶段火灾安全预警可视化及疏散研究[D].广西科技大学，2019.

作者简介：张野（1990- ），男，蒙古族，辽宁锦州人，硕士研究生，助理研究员，研究方向：安全工程。

基金项目：本文系辽宁省教育厅自然基金项目课题“城市地下空间环境中人群疏散的若干关键技术研究”（项目编号：LJKZ0595）的阶段性成果。