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BIM技術(shù)在建筑消防工程的應(yīng)用展望
專欄：消防科普
發(fā)布日期：2019-08-13
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BIM技術(shù)運用消防設(shè)計復(fù)核后，還可以在工程設(shè)計的不同階段（概念、方案、擴(kuò)初）向模型中添加工程的所有相關(guān)信息，形成一個工程信息數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)充分共享，以達(dá)到信息的無損傳遞。
中山建安2019年08月13日訊--消防工程作為建筑工程的重要一環(huán)，貫穿建筑設(shè)計、施工及運營維護(hù)整個生命周期，根據(jù)消防工程多年的實踐經(jīng)驗圍繞BIM技術(shù)特點展開探討B(tài)IM技術(shù)在消防行業(yè)各階段可能的應(yīng)用，拋磚引玉，以利用BIM技術(shù)提升消防設(shè)計、施工驗收、消防安全管理的精細(xì)水平，進(jìn)而提高建筑的整體消防安全水平。
1.消防設(shè)計復(fù)核
傳統(tǒng)的消防設(shè)計復(fù)核首先要了解建筑的基本情況，這就需要復(fù)核建筑的總平面圖、平面圖、立面圖、剖面圖來獲取建筑的二維信息，通過二維的圖紙在腦海中想象出三維的建筑特征，再對建筑消防設(shè)計的合規(guī)性進(jìn)行審查，拿一棟50層的超高層項目來說，其主要的圖紙就多達(dá)200份，消防審批部門需要針對每張圖紙進(jìn)行審查，這種傳統(tǒng)的復(fù)核方式是一種逆推式的重復(fù)工作，將二維圖紙還原出三維的建筑幾何體，不僅效率低下而且容易遺漏部分細(xì)節(jié)，導(dǎo)致先天性消防隱患的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)CAD繪圖相比，BIM模型是一種高度可視化的工具，建設(shè)工程審核人員可以從任一角度查看專業(yè)的三維模型，直觀地讀取設(shè)計者的意圖，借助BIM模型，復(fù)核人員能夠?qū)⒏嗑杏诩夹g(shù)性審查，提高設(shè)計審查的效率和準(zhǔn)確性。如在進(jìn)行總平面布局合規(guī)性檢查時，傳統(tǒng)審核模式需要逐一測量建筑之間的防火間距，消防車道寬度、轉(zhuǎn)彎半徑、場地坡度等等參數(shù)，BIM模式下，審核人員只需要合理設(shè)置審查規(guī)則，軟件就可以自動計算出相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)并與設(shè)置的規(guī)范極限值進(jìn)行比較并自動標(biāo)注出不符合規(guī)定的設(shè)計，大大簡化復(fù)核流程，提高審批的效率。
BIM技術(shù)運用消防設(shè)計復(fù)核后，還可以在工程設(shè)計的不同階段（概念、方案、擴(kuò)初）向模型中添加工程的所有相關(guān)信息，形成一個工程信息數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)充分共享，以達(dá)到信息的無損傳遞。
2.消防設(shè)計優(yōu)化
隨著人們對工程建設(shè)項目規(guī)模的需求日益擴(kuò)大，追求的結(jié)構(gòu)形式與建筑外觀愈加復(fù)雜，企業(yè)和項目都面臨著巨大的風(fēng)險問題，尤其是消防風(fēng)險。BIM技術(shù)的出現(xiàn)極大提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，并能有效克服上述風(fēng)險。比如一些體量較大的商業(yè)綜合體，其內(nèi)部往往需要設(shè)置數(shù)目眾多的中庭共享空間來營造寬敞明亮的購物空間，按照規(guī)范可以將這些共享空間設(shè)計為中庭或者帶頂棚的室內(nèi)步行街，通過BIM模型，建筑師可以在方案階段提前對其進(jìn)行比較和優(yōu)化，選擇最適合項目需求的方案，避免后期設(shè)計顛覆。而到了施工圖階段，設(shè)計師還可以利用BIM模型對防火分區(qū)劃分，疏散走道寬度、樓梯位置等進(jìn)行分析和優(yōu)化，極大的提高了消防設(shè)計的質(zhì)量和設(shè)計效率。
3.特殊消防設(shè)計分析
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來出現(xiàn)了城市綜合體、候機(jī)車船樓等大型交通樞紐，這些建筑因使用功能的需要，具有體量及空間巨大等特點，往往難以按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行防火設(shè)計，此類建筑通常需要采用消防性能化設(shè)計的方法，通過軟件火災(zāi)模擬來分析建筑的安全性。以往的火災(zāi)模擬通常采用FDS程序來實現(xiàn)，F(xiàn)DS程序再借助其它三維造型軟件和網(wǎng)格生成工具如Pyrosim來處理較為復(fù)雜的幾何場景，但由于軟件本身的局限性，所有的模型和構(gòu)件信息、建筑材料參數(shù)必須重新定義，往往還會進(jìn)行一些簡化，模型的精度直接影響模擬結(jié)果的可信度。
BIM模型是數(shù)字化的建筑中用虛擬建筑構(gòu)件表達(dá)現(xiàn)實中建筑物的構(gòu)件，所有內(nèi)容都是以獨有的構(gòu)件形式存在，比如墻、梁、樓板、屋頂、門、窗等。每個構(gòu)件都有相應(yīng)的尺寸與信息內(nèi)容，將建筑信息模型直接轉(zhuǎn)換為火災(zāi)模型以提高軟件模擬火災(zāi)的精確性及可信度，并大大節(jié)省二次建模的時間提高建模效率。
1.設(shè)計變更校核/碰撞檢查
消防工程是一個系統(tǒng)工程，包含水、暖、電等專業(yè)，傳統(tǒng)的消防設(shè)計流程是水、暖、電各專業(yè)在建筑師初步設(shè)計圖紙上進(jìn)行設(shè)備施工圖設(shè)計，各專業(yè)設(shè)計的圖紙之間發(fā)生沖突之后，通過協(xié)調(diào)會等形式相互提條件修改最終生成二維施工圖紙，這個階段由于缺少承包方和施工方的參與，在施工中遇到的問題又將重新與設(shè)計單位進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，整個過程的工作量大且容易出現(xiàn)錯漏現(xiàn)象。而通過BIM的協(xié)同設(shè)計理念，各專業(yè)在同一個模型中進(jìn)行設(shè)計，可以進(jìn)行即時交流，同時，承包方和施工方能夠在模型設(shè)計階段參與，能夠?qū)ψ兏桨高M(jìn)行校核評估，從而避免由于缺少溝通所造成的二次設(shè)計變更，提高設(shè)計效率，降低工程造價。
2.材料檢測
BIM技術(shù)的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這一模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，該信息庫不僅完整包含了描述建筑物構(gòu)件、裝修材料的幾何信息還包括這些材料的燃燒性能、發(fā)熱量、產(chǎn)煙率等詳細(xì)參數(shù),通過這個模型可以協(xié)助材料檢驗機(jī)構(gòu)對建筑各區(qū)域的火災(zāi)危險性進(jìn)行分析，確定危險區(qū)域及需要進(jìn)行燃燒性能測試的建筑構(gòu)件及裝修材料范圍，同時利用BIM數(shù)據(jù)庫還可以自動導(dǎo)出并生成構(gòu)件/材料清單，該清單應(yīng)包括材料的燃燒屬性、使用位置以及使用量，這份清單還可以作為材料送檢的依據(jù)，不僅提高了工作效率，還能幫助檢驗/審批機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對項目了解，降低消防審批風(fēng)險。
3.竣工驗收
傳統(tǒng)的消防驗收通常由驗收人員對照竣工圖紙根據(jù)消防驗收評定規(guī)則對建筑各單項、分項工程按照一定的抽查比例進(jìn)行驗收，其過程主要依靠驗收人員的工作經(jīng)驗進(jìn)行現(xiàn)場評判，受場地及時間限制往往無法對建筑工程進(jìn)行全面的驗收檢查，容易出現(xiàn)遺漏及誤解的情況。通過BIM模型，消防驗收人員可以指揮前方驗收輔助人員達(dá)到指定位置，即可避免依靠二維圖紙溝通容易出現(xiàn)誤解的情況，又可直觀進(jìn)行實際消防施工情況畫面與BIM模型的比對，對消防施工與設(shè)計的吻合度一目了然，而且該模型可作為驗收資料進(jìn)行存檔便于日后查看。
1.協(xié)助后期消防運營管理
現(xiàn)階段消防運營管理存在最嚴(yán)重的兩大問題：運營階段與前期的“信息斷流”問題，運維過程中的各數(shù)據(jù)之間“信息孤島”問題。設(shè)計階段一套消防設(shè)計理念及策略，運營階段又是另一套理念及策略即存在“信息斷流”問題，對于大型的建筑單位如機(jī)場/火車站/游樂場等人員密集場所，消防運營管理需要面對各式各樣的部門，緊急情況下往往無法及時溝通，即存在“信息斷流”問題。而BIM模型的所存儲的建筑物信息，不僅包含建筑物的幾何信息，還包含大量的建筑性能信息，是信息和模型結(jié)合，利用該模型可直接將運營前期的建筑信息直接傳遞到運營階段，在運營階段可根據(jù)具體運營方的管理要求創(chuàng)建基于BIM模型的操作平臺，該平臺儲存了運營過程的全部數(shù)據(jù)信息，各部門可通過該平臺共享數(shù)據(jù)信息，協(xié)同工作。消防運營管理部門可根據(jù)實際需求基于BIM技術(shù)定制以下應(yīng)用：
1)消防設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測聯(lián)動控制
通過第三方設(shè)備建立統(tǒng)一的通訊接口采集建筑內(nèi)所有消防設(shè)備的運行參數(shù)及狀態(tài)信息，如消防給水管網(wǎng)壓力，消防供電設(shè)備，消防水泵/風(fēng)機(jī)的運行參數(shù)及狀態(tài)等，這些信息被完整準(zhǔn)確的存儲在BIM模型內(nèi)，方便運營方各部門各專業(yè)人員通過統(tǒng)一平臺進(jìn)行監(jiān)控管理，避免了“信息孤島”問題。
2)火災(zāi)工況模擬分析
對建筑內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的過程和人員疏散的模擬分析，是數(shù)字化預(yù)案制定的一個必要環(huán)節(jié)。建筑消防設(shè)計階段已對建筑進(jìn)行了火災(zāi)場景仿真，仿真結(jié)果可直接使用，避免“信息斷流”問題。同時，建筑在使用過程中，如出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、功能和建筑材料的變化，數(shù)據(jù)庫內(nèi)的新興可同步更新，再進(jìn)行火災(zāi)場景仿真也變得較為便捷。
3)數(shù)字預(yù)案表達(dá)與檢驗
利用BIM虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為數(shù)字化預(yù)案提供多維的表達(dá)方式。建筑火災(zāi)模擬過程可直觀的顯示，便于公眾人員快速理解并熟悉預(yù)案。
2.輔助消防安全課題研究
BIM模型所包含的信息能滿足建筑全生命周期的需要，實現(xiàn)綠色理念。通過BIM平臺，可以展開虛擬現(xiàn)實及可視化的消防安全專題研究，比如人員密集場所緊急疏散策略研究。通過虛擬現(xiàn)實軟件，設(shè)計人員可在三維場景中任意漫游，人機(jī)交互，檢驗疏散通道的設(shè)計是否存在缺陷。基于BIM模型，可針對節(jié)假日、賽事、集會等大型群眾性活動進(jìn)行可視化的疏散模擬，具有前瞻性，能夠協(xié)助運營管理人員科學(xué)的編制疏散預(yù)案，而不用舉行大規(guī)模的疏散演練對疏散預(yù)案進(jìn)行檢驗。
3.輔助消防救援指揮
縮短火災(zāi)發(fā)生到消防人員到達(dá)現(xiàn)場的時間是撲滅大型公共建筑初期火災(zāi)，防止小火釀成大災(zāi)的關(guān)鍵，這一點對人員密集的大型公共建筑尤為重要。大型公共建筑作為消防重點單位，進(jìn)入火災(zāi)狀態(tài)后，城市消防指揮中心可在BIM數(shù)據(jù)庫中提取建筑空間結(jié)構(gòu)后，在虛擬的城市平臺內(nèi)顯示建筑所在地點、周邊路況、消防車道、消防水泵位置、火警所在位置等信息。信息的傳遞與提取均采用BIM數(shù)據(jù)格式，救援信息可在各個平臺間快速、無損的傳遞，相關(guān)救援人員可通過BIM模型直接查看所需內(nèi)容。各類信息快速準(zhǔn)確的傳遞與查閱，進(jìn)一步縮短了從火災(zāi)報警、消防部門接警出警、救援人員到達(dá)現(xiàn)場展開救援工作的時間，提高指揮中心的快速接警能力和消防部隊的火災(zāi)救援效率。
本文基于消防工程從業(yè)經(jīng)驗對BIM在消防行業(yè)各階段技術(shù)應(yīng)用提出了初步想法，結(jié)合目前BIM在建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的成熟應(yīng)用還依賴于我國建筑信息化政策的大力支持和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步規(guī)范統(tǒng)一。BIM本身是一個技術(shù)軟件，其推廣和市場化如其他軟件一樣應(yīng)同時注重后臺服務(wù)器和前端用戶界面兩個層面的開發(fā)。本文主要討論了作為行業(yè)從業(yè)用戶的基本需求，后臺服務(wù)器支持還依賴于BIM軟件平臺的整體開發(fā)（留有消防及其他建筑細(xì)分工種的接口）及消防同行對基于BIM的火災(zāi)專業(yè)軟件的二次開發(fā)。
