BIM 技术在高层建筑消防设备安全管理中的应用研究

董文堂

（北京市丰台区消防救援支队，北京 100071）

近年来，我国高层住宅的快速发展给消防安全带来了诸多问题。与单一的、低层的建筑相比，在同样的防火要求下，高层建筑更有可能发生火灾。对高层建筑结构特征及发生的各种消防安全事故的原因进行分析，总结出3 点：一是在高层建筑中发生的火灾，传播速度极快，传播方式多种多样。二是高层建筑结构比较复杂，人员的有序撤离比较困难，容易导致人员伤亡。三是高层住宅的消防工程比较烦琐，一些消防设备和附属设备还不完善。另外，高层建筑结构的复杂性和装饰材料的多样性，导致了其与低矮房屋相比，更容易发生火灾，高层建筑物的消防安全问题就显得尤为突出[1]。因此，把建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM） 技术应用到高层建筑消防安全管理中，具有重要的应用价值和实践意义。

1 BIM 技术的特点

BIM 技术能够建立一种完整的信息模型，然后将各阶段的施工项目数据、资源和过程等的信息连接起来，能够对施工项目的目标进行完整的描述，可以在建筑工程中推广使用。BIM 技术有以下5 个特点。

1） 模型数据及模型信息具有全面性。BIM 技术能够把工程对象的三维空间结构和设计、施工、维护等各个环节的信息，通过一个视角来展现工程的整体情况。建筑物的种类、建筑物的材质和建筑物的属性是构成建筑物的重要因素。维护数据包含了项目的安全使用年限、物料使用年限等。另外，BIM 技术还能更好地体现出物体间的内在关联性。

2） 模型数据及模型信息具有关联性。在建筑物的信息模型中，物体可以被识别，物体之间具有关联性。然后，运用BIM 技术对该项目的具体实施情况进行了统计与分析，得出了该项目的具体实施方案。随着目标的改变，目标的相关信息也随之改变，以保证目标的整体一致性。

3） 模型数据及模型信息具有一致性。在BIM模型建立中，BIM 技术保证了各环节信息的完整性和一致性。这种方法可以节省大量的时间，不必为一座建筑物重复地录入同样的资料。另外，模型将根据工程进度，对施工过程中的各环节进行优化，用户只需要对各环节进行简单的补充和修正，就能保证施工过程中各环节的信息一致，防止出现多重误差。

4） 三维图像的可视化。在此基础上，提出了基于BIM 技术的一种可视化的建筑建模方法。利用BIM 技术，可以将建筑的外形、内部结构等三维影像展现，使建筑建设者、管理者等能够对建筑本身的特征有一个更好的认识。

5） 三维模型的模拟。BIM 模型可以模拟出建筑进风口、照明、通风、应急疏散等。模拟功能能够通过软件操作的方式，避开常规模拟方式所产生的问题，还可以节约大量的人力、物力、财力等资源。BIM 技术可以将建筑设计与现实生活相结合，为建筑设计人员进行建筑设计提供了依据。

这些特点使BIM 技术在项目全过程中的运用能够提高项目全过程的管理效能。BIM 技术在建筑工程中的有效应用，为建筑工程的规划与管理提供了很大的方便。例如，可以加快工作进程，以便节省时间[2]。然后，通过对模型进行集成，加强了模型中各个部分的协作与配合，减少了错误的发生。此外，BIM 技术在项目施工中的运用，将会使项目的投资金额和成本大幅度下降。

2 BIM 技术在高层建筑消防安全管理应用模型的设计

BIM 技术在建筑领域的应用，是把整个建筑生命周期内的全部信息，通过数据的方式进行整合和存储，并根据项目的进展进行更新和补充。各相关方不断地完善模型信息，形成一个集成的数据库，最终实现对工程项目信息数据的共享与利用。该技术平台能够实现对建筑物结构的可视化，可以更好地识别出潜在的危险源，进而对建筑物的消防安全隐患进行更深入的排查与判断，并在发生火灾或其他灾害后，为救援人员提供更多更好的分析依据。同时，在BIM 系统软件中，可以通过各种数据信息，将已发现的安全隐患与相应的整改方案标注在系统界面中，形成可作记录的文字信息，并有利于组织基于BIM 技术的动态安全教育培训[3]。

在此基础上，将BIM 技术应用到高层建筑物的防火管理中，与传统的防火管理方法相比，其更具科学性，更加智能化和可视化。

针对建筑消防安全管理存在的问题，运用BIM技术建立了3 个子模型（见图1），并对它们进行了详细的分析。3 个子模型分别为：防火设计计划、防火应急预案、智能化防火系统。

图1 BIM 技术在高层建筑消防安全管理的应用模型框架

2.1 BIM 技术应用在高层建筑防火设计计划中的子模型

该模式包含主动消防及被动消防，见图2。主动消防是指在建筑内部设置各类的消防设施，当出现火情时，可以及时地进行探测和扑救。例如，自动报警、防吸烟等。在发生火灾时，有必要安装疏散指示器之类的设备来疏散大楼里的人。被动消防指建筑的材质、结构的抗火能力、消防区域、消防走道、消防出口、消防安全措施等。它主要用于控制火灾现场的烟雾和火势的扩散，并配合主动消防，从而提高灭火效率。

图2 BIM 技术应用在高层建筑防火设计计划中的子模型

这种模式，除了能够对营救工作进行指导之外，而且对碰撞检测也起到了重要的作用。建设工程从设计到建设，经过多个阶段，涉及建筑、结构、水电、机电等多个学科的设计，具有复杂性。除此之外，由于涉及的专业众多，人员众多，并且每个人的想法、习惯和思维都不尽相同，加之各个专业构成的几何关系，还有管道布局同样具有复杂性，因此造成了在进行设计的时侯，很可能会遇到许多矛盾和困难。例如，管道布局的矛盾、消防能力的要求等。

2.2 BIM 技术应用在高层建筑防火应急预案中的子模型

消防应急预案是必不可少的，其目标是使消防救援更有效，人员疏散更快，主要是根据建筑物防火分区、消防设施、构件防火等级等信息进行分析，从而制定救援计划及相关工作计划，见图3。

图3 BIM 技术应用在高层建筑防火应急预案中的子模型

通过运用BIM 技术对建筑物消防应急方案进行分析，能够快速获得各类平面图、防火分区图等建筑物的三维空间数据，并通过三维空间显示，提高突发事件下的决策准确率。

与此同时，对火灾进行了分析，并对其进行了仿真，在得到了对不同的消防情景设定的分析结果之后，将仿真的结果与实际的现场状况相结合，可以更好地为消防救援人员的撤离提供依据。在此基础上，提出一种新型的模型化设计理论，并将模型信息化，实现模型的分析与优化。另外，对于有可能出现的火灾情况下的撤离，可以引进专门的撤离仿真软件，根据建筑物的特征及人员撤离情况进行撤离仿真。例如，以消防演练为例，通过将BIM 模型中的部分信息与互联网平台相结合，在线上呈现出一种更清晰、更易于公众理解的消防演练情景，并使消防演练的宣传形式更多元化。

2.3 BIM 技术应用在高层建筑智能化防火系统中的子模型

本模式的运用重点是运作管理，将BIM 技术与大楼内的自动控制、传感器、计算机等智能防火系统进行集成，进而实现了系统平台的防火功能（见图4）。时刻提示公司内部人员做好灭火器材的维护工作，BIM 系统对灭火器材维护和更换等相关资料进行及时的更新和完善。充分利用智能系统具有的全面、专业的优势，和BIM 平台具有的可视化、参数化、信息共享的优势，建立起一套消防安全监测系统，可以及时地发现安全隐患，减少或预防事故的发生。

图4 BIM 技术应用在高层建筑智能化防火系统中的子模型

当出现火情时，中央处理器可以从数据库中获得消防通道的布局、设施状态、出口位置等信息，并可以根据火情和火灾情况，对报警系统、防排烟设备、灭火设备和人员撤离设备等进行自动化处理，以达到对火情实时控制的目的，避免浓烟的蔓延。

3 基于BIM 技术的消防安全管理应用

首先，以实际案例为例，对基于BIM 技术的高层建筑火灾仿真与人员疏散仿真进行验证。利用BIM 仿真中的文件，通过格式转换，再使用Pathfider 软件来进行人员疏散仿真。其次，在此基础上，对人群运动速度、人群类型等进行了设定，并给出了相关的仿真结果。最后，得到了从疏散模拟开始后，各个楼层在不同的时间点上逃生的人数和残留的人数，以及疏散的起点所处的楼层或房间，见表1。

用3D 动画的方式，直观、生动地展示了在火灾发生时所引起的烟雾与温度的变化，从而为制定消防应急预案提供了依据。例如，对于不同区域发生的火灾，给出了人员逃生的时间和路径等数据。把建立好的模拟模型保存到数据库中，便于以后的重新使用和修正。还可以将仿真的结果保存在火灾信息管理系统中，并将仿真的结果制成图片或视频，供人们观看，以此来增强人们的火灾防范意识和提高自我救助的能力[4]。

由表1 可知，BIM 技术在高层建筑物消防安全中的运用，会取得明显的消防成效。将此方法应用于具体的项目中，验证了BIM 技术在该方面的可行性，进而显示出其实用价值，为建筑的消防安全管理工作提供了数据参考和技术支持，提高了管理的效能。

4 结束语

由于高层建筑存在着很大的火灾风险，必须采用行之有效的技术措施，才能使高层建筑的防火工作取得实效，因此，发挥高层建筑防火作用，将BIM 技术引入到高层建筑中势在必行。本文分析总结了BIM 技术应用在高层建筑消防安全管理中的特点和可能出现的问题，对BIM 技术在建筑行业和消防安全管理中的应用做了一些探讨，并提出了3 个理论模型，并通过具体的工程案例进行模拟应用，希望这些理论模型可以有效提高消防安全管理的工作效率。