浅谈BIM在高层建筑消防安全管理中的应用

高烈

（务川县消防救援大队，贵州 务川 564300）

1 引言

随着我国经济快速发展以及城镇化进程不断加速，城市居住人口数量也不断增加，随之而来的便是人们对住宅的需求增加[1]。而由于城市地区普遍存在土地资源紧缺的问题，高层建筑逐渐成为城市建筑的主要形式。高层建筑由于其楼层高、楼中基础设施杂乱等情况，并不利于进行消防安全管理。在具有相同的防火设施情况下，相较单、低层建筑，高层建筑更容易发生火灾，且在火灾发生后，消防救援的难度更大[2]。近年来，高层建筑消防安全管理水平得到了进一步发展，但由于缺乏科学化、规范化管理方法，高层建筑广泛存在消防设施流于形式、消防预防措施不到位等问题[3]。据此，笔者提出基于BIM 模型的消防安全管理方法，并探讨该方法在高层建筑消防安全管理中的运用与意义。

2 高层建筑火灾预防的困境

目前，高层建筑火灾预防大体有以下困境。

一是高层建筑楼层数量多，火灾载荷大，在较高楼层发生火灾时，受限于楼层高度和消防设施运行完备程度，往往导致火灾扑救效果不佳。高层建筑内人员数量大，疏散距离远和逃生时间长，在人员瞬时集中的情况下，不仅互救自救难度大，还极易引发群死群伤事故。

二是高层建筑的消防设施设备复杂，特别是在投入使用后，往往缺乏定期的专业维护保养，同时还有不少高层建筑在投入使用前，其相关消防设施就不完善或存在先天性隐患，导致消防设施设备从一开始就带病运行，长时间不能在关键时刻发挥应有作用，使物防技防措施成为摆设，在发生火灾时往往会引发广泛的负面社会舆论。

三是高层建筑的消防设施设备体量大，类别繁多复杂，随着投入使用年限增加，导致建筑消防设施检修工作难度越来越大，维护成本越来越高，建筑的消防安全管理单位投入经费的动力愈加不足，逐渐形成消防设施维护管理的恶性循环。

四是高层建筑本身的基础档案信息缺失。主要表现在两方面：一方面由于建筑的消防安全管理单位变更频繁，对建筑的档案信息资料不重视，移交程序不规范等因素，导致相关信息资料缺失；另一方面则由于建筑楼盘烂尾、工程款项不到位等，导致与该建筑相关的原始图纸档案资料未能完善。最终导致在发生火灾时，无法通过消防控制室对建筑的起火部位进行了解和科学判断。

3 基于BIM模型的消防安全管理方法设计

BIM 可以被看作一个数据库，此模型能够将建筑内部的所有情况以数据的形式进行存储。根据建筑工程项目的进程，不断更新相关数据并补充新的信息数据。项目推进的过程中，各相关工作人员可以根据自己对建筑进行的改变，对模型进行完善。BIM 技术平台能够更为直观与清晰地展示建筑结构的所有信息，建筑管理人员也可根据BIM 判断建筑内部的危险源所在位置，进一步排查内部的安全隐患。BIM 模型中建筑管道可视化效果如图1 所示。

图1 BIM模型中管道的可视化

在火灾发生后，消防救援部门可通过模型获得建筑内部的信息，据此做出相应的科学判断以顺利开展救援工作。完成救援之后，建筑管理人员可根据实际情况对目前发现的安全隐患记录于BIM 模型中，并制订相应的整改方案标注于建筑内部相关信息中。

BIM 能够将建筑进行三维建模。而此三维模型能够使平时无法肉眼观测到的建筑内部管线布局等可视化。研究根据实际情况，针对高层建筑消防安全管理现状，构建基于BIM技术的消防安全管理应用模型。本模型分为3 个子模型，分别为消防建设规划模型、消防预案管理模型以及消防系统智能化模型。具体如图2 所示。

图2 基于BIM的消防安全管理模型结构

3.1 消防建设规划模型

本子模型的设计利用BIM 技术将被动防火与主动防火有效结合。建筑内部一般配备相应的报警系统与排烟装置以及消防通道等基础设施，可保证用户在火灾初期能够及时发现建筑内部存在的火灾风险并进行自救。建筑工人在建筑施工初期，需要将内部消防设备的损坏以及故障监测列入规划范围内，通过将建筑内部相关消防设施信息上传到BIM 模型中，实时更新工作人员开展排查后的各项消防设施设备情况。相关人员能够通过BIM 中相关信息数据对消防设施损坏与故障进行预测判断，并按需更换或修理设备，以此提高建筑消防设施的主被动防火能力。

3.2 消防预案管理模型

一是利用BIM 在高层建筑施工各个阶段以及后期运营维护阶段对建筑进行三维建模，将建筑中各部分以三维方式展现。使用软件在建筑不同阶段根据建筑内防火分区、消防设施、构件防火等已有信息自动计算火灾载荷。

二是在BIM 中导入逃生分析软件，利用此软件根据建筑内部的具体情况以及内部人员群体的逃生能力，对建筑内部发生火灾后人员的疏散情况进行模拟，这样能够帮助相关人员根据最终的模拟情况制订应急预案。

三是还可以将BIM 模型进行网络连接，将某建筑的模拟火灾演习投入网络，供社会群众进行查看，提高人们在火灾发生时的自防自救能力，全面增强社会公众的消防安全意识以及建筑管理人员的管理能力。

3.3 消防系统智能化模型

利用BIM 实时共享相关管理信息，建筑管理人员可通过本子管理模型，及时发现建筑中存在的安全隐患，并及时对隐患进行消除处理，避免火灾事故发生。发生火灾时，消防人员可通过中央处理器调取模型中的建筑信息，对建筑内部的起火部位、消防通道以及消防设施运行状况等进行初步了解。通过精准启用建筑内部的消防设施设备实时控制火灾火势，防止火势进一步扩大，最大限度地减少生命财产损失。通过模型对建筑内部的防排烟系统进行远程控制，最大限度地实现防烟排烟，减缓烟雾在消防人员到场处置前的扩散速度。通过物联控制系统和语音系统播报疏散逃生路径，同时启动相关自动消防设施，为受困人员自救和现场处置提供保障。根据BIM提供的实时信息及时调整救援方案，提高灭火救援成效。

4 消防安全管理模型案例应用分析

研究选用某小区楼栋A 作为分析目标，并利用消防安全管理模型对楼层进行消防设计规划。其主要户型为82~135 m2，是一类周边为商场、地铁站附近的高层建筑。建筑的耐火级别为一级。此建筑有28 层，每层有7 户，设有剪刀形楼梯，两部电梯。高层居民楼中涵盖成年人、老人和小孩等各类人群，对于火灾疏散能力要求较高。

该住宅楼采用混凝土核心柱与钢柱的设计样式，并使用防火材料对混凝土预制板进行包裹。为增强楼梯的牢固性，降低火势引起楼梯坍塌的概率，采用现浇钢筋混凝土结构。住宅楼中具有较为完备的消防工具以及自动报警系统，疏散设施，安全出口、防烟剪刀楼梯和消防电梯。研究利用AutoDesk Revit 软件建立建筑的BIM 模型，通过录入消防安全管理数据信息，关联建筑内部图元的方法，将其拓展为四维模型。BIM模型整体结构如图3 所示。

图3 BIM 模型整体结构

建筑在发生火灾时，人员承受能力的相关指标主要包括现场烟气浓度、室内温度大小以及疏散时间等，内部人员需在火势发生不可控情况以及超出受困人员承受能力之前完成全面撤离。为检验楼栋A 的消防建设是否完善，设计是否合理，研究对其进行火灾模拟，通过分析建筑内部的空气流动情况以及火源燃烧的变化参数等，得到最终模拟场景中的指标值。同时，将24~28 层的建筑模型导入PathFinder 软件中，添加建筑内部人员的行为，得到最终的疏散结果。如果能够保证人员在现场状态达到危险阈值之前安全完成疏散，那么可以初步判断建筑的消防设施布设较为合理规范。如果不能在此之前完成疏散，则该建筑需在现有基础上增设或完善相关消防设施并制订相应应急管理预案。

5 结语

由上述内容可以得出，基于BIM 模型研究所设计的消防安全管理模型能够为高层建筑的消防安全管理提供更加有力的安全保障。

1）在建筑建设初期，能够通过本管理模型测算建筑内部消防设施规划设计的合理性，为后续使用建筑提供消防安全保障。

2）在消防设备运维阶段，可利用本模型对建筑内部相关设施状况进行及时判断和维护，同时通过实时共享内部消防状况，能够更为高效精准地对消防安全隐患进行消除和防范。

3）发生灾情时。该模型能帮助消防救援人员通过模型准确判断救援情况，对救援工作进行实时调整，优化现场救援方案，提高被困人员生存率；同时通过对建筑内部相关重点消防设施设备进行远程控制，最大限度地降低受灾程度，提高灭火救援效率。

4）日常生活中，管理人员能够根据本模型设计的相关数据制订科学、合理的消防安全管理应急预案，提高日常消防安全管理效率。