1.引言
傳統的建築消防設計主要是基於二維圖紙的方式，系統及設備管理也主要以二維平面圖形式在主機上顯示，無論設計和系統管理的效率，還是在緊急情況發生後設備的協調性、救援的準確性、人員逃避時路線的選擇等都大大滯後，利用目前的紙質圖紙及靜態存儲管理無法處理海量數據難以適應新型建築發展的需要。利用BIM技術建立可視化的消防管理平臺，將建築、結構、設備等多專業信息與消防日常管理和救援相結合，可提高消防管理的效率和水平，適應現代建築行業信息化發展的趨勢，加速整個行業的成長。
2.BIM技術起源及特點
2.1.BIM起源
BIM(Building Information Modelling)最早起源於美國，國內常見的叫法是：建築信息模型。建築信息模型的研究對象是建築物，它是一種提高管理效率的技術。BIM將從根本上解決規劃、設計、施工、運營各階段的信息斷層問題，實現工程信息在全壽命期內的有效利用與管理，謀求根本改變傳統設計方式以滿足建築信息化的市場需求。在歐美國家，BIM項目的數量已超過傳統項目，並形成了各自的設計標準，如美國的《BIM項目實施計劃指南》、英國《BIM行業應用標準》及澳大利亞的《國家數字模擬指南》。
2.2.BIM技術特點
BIM建築信息模型是以三維數位技術為基礎併集成建築工程項目各種相關信息的工程基礎數據模型，是對工程項目相關信息詳盡的數位化表達。建設項目的各參與方可以通過模型在項目全生命周期中獲取各自所需的管理信息並且可以更新、插入、提取、共享項目各項數據，從而實現協同管理，提高項目管理的效率。
BIM本質上是一個服務於建築工程及其相關行業的軟體，BIM未來的發展取決於技術的發展。BIM的技術支撐主要包括兩個方面：
統一的數據標準。BIM需要在建築整個壽命周期內的各種軟體間交換信息，如CAD軟體、性能分析軟體、施工管理軟體、運營管理軟體以及審核WEB平臺。這些軟體可能由不同的軟體商開發，並建立在不同的技術平臺上。要使這些軟體能相互提取有關數據，必須形成和採用統一的BIM數據標準。
強大的軟體平臺。為各種軟體提供整合接口。
圖1：BIM產生的市場需求背景
圖2：BIM數據架構
3.BIM建築行業應用現狀
3.1.在我國的應用背景
BIM技術對我國建築領域的發展來說，是一種」革命性「技術，是建築業信息化發展的基礎。2011年國家頒布《2011~2015建築業信息發展綱要》，明確提出要加快建築信息模型(BIM)等新技術在工程中的運用，目前各省市積極響應建築信息發展綱要要求，一方面頒布地方BIM執行標準推進BIM技術發展，另一方面積極開拓探索BIM技術在建築各工程領域內的應用[2]，一些大的城市基於行業及市場需要已頒布相應的BIM技術標準，如北京市地方標準《民用建築信息模型設計標(DB11/1063-2014)》、深圳市BIM實施指南《深圳市建築工務署BIM實施管理標準》及上海市BIM實施指南《上海市建築信息模型技術應用指南(2015版)》等。
3.2.建築行業引用現狀
BIM技術作為三維數位化信息技術，在圖形可視化、方案協調、施工模擬等方面具有顯著的優勢，其強大的功能理論上可以在建築工程尤其複雜建築領域得到大量應用，但是目前的BIM技術在我國消防領域的應用及發展還比較緩慢，主要體現在以下幾個方面：
圖3：各單位推動BIM應用的比例
1.BIM技術在建築工程領域的主要應用為噴淋管道的可視化設計及碰撞檢查，應用範圍相對比較狹隘;
2.BIM技術的實施離不開軟體的支持，目前BIM技術在消防領域缺少相關軟體的集成，難以向建築細分工程領域進一步擴展其應用;
3.BIM應用的主要推動方為設計單位，主要用於可視化三維設計、內部協調以及碰撞審查，其次為施工單位，用於工程量統計和施工模擬，難以推動BIM應用進一步擴展。
目前國內已經有不少建設項目嘗試在建築工程領域利用BIM技術協助進行消防設計、施工及運營維護，比如上海中心大廈和上海迪士尼度假旅遊區，均在項目建造的各個階段利用BIM技術解決設計和施工上的難點問題，上海迪士尼度假旅遊區還在嘗試將BIM技術運用於日常運營管理。總體上來說，國內建築行業信息化趨勢不可逆轉，BIM技術作為這場建築行業變革的關鍵技術必將越來越成熟規範。
4.BIM消防行業應用展望
消防工程作為建築工程的重要一環，貫穿建築設計、施工及運營維護整個生命周期，筆者根據消防工程多年的實踐經驗圍繞BIM技術特點展開探討BIM技術在消防行業各階段可能的應用，拋磚引玉，以利用BIM技術提升消防設計、施工驗收、消防安全管理的精細水平，進而提高建築的整體消防安全水平。
4.1.消防設計階段
1.消防設計覆核
傳統的消防設計覆核首先要了解建築的基本情況，這就需要覆核建築的總平面圖、平面圖、立面圖、剖面圖來獲取建築的二維信息，通過二維的圖紙在腦海中想像出三維的建築特徵，再對建築消防設計的合規性進行審查，拿一棟50層的超高層項目來說，其主要的圖紙就多達200份，消防審批部門需要針對每張圖紙進行審查，這種傳統的覆核方式是一種逆推式的重複工作，將二維圖紙還原出三維的建築幾何體，不僅效率低下而且容易遺漏部分細節，導致先天性消防隱患的產生。與傳統CAD繪圖相比，BIM模型是一種高度可視化的工具，建設工程審核人員可以從任一角度查看專業的三維模型，直觀地讀取設計者的意圖，藉助BIM模型，覆核人員能夠將更多精力集中於技術性審查，提高設計審查的效率和準確性。如在進行總平面布局合規性檢查時，傳統審核模式需要逐一測量建築之間的防火間距，消防車道寬度、轉彎半徑、場地坡度等等參數，BIM模式下，審核人員只需要合理設置審查規則，軟體就可以自動計算出相應參數指標並與設置的規範極限值進行比較並自動標註出不符合規定的設計，大大簡化覆核流程，提高審批的效率。
圖4：基於BIM的消防設計審核模式示意圖
BIM技術運用消防設計覆核後，還可以在工程設計的不同階段(概念、方案、擴初)向模型中添加工程的所有相關信息，形成一個工程信息資料庫，並通過網絡充分共享，以達到信息的無損傳遞。
2.消防設計優化
隨著人們對工程建設項目規模的需求日益擴大，追求的結構形式與建築外觀愈加複雜，企業和項目都面臨著巨大的風險問題，尤其是消防風險。BIM技術的出現極大提高了設計質量和設計效率，並能有效克服上述風險。比如一些體量較大的商業綜合體，其內部往往需要設置數目眾多的中庭共享空間來營造寬敞明亮的購物空間，按照規範可以將這些共享空間設計為中庭或者帶頂棚的室內步行街，通過BIM模型，建築師可以在方案階段提前對其進行比較和優化，選擇最適合項目需求的方案，避免後期設計顛覆。而到了施工圖階段，設計師還可以利用BIM模型對防火分區劃分，疏散走道寬度、樓梯位置等進行分析和優化，極大的提高了消防設計的質量和設計效率。
3.特殊消防設計分析
隨著我國經濟的快速發展，近年來出現了城市綜合體、候機車船樓等大型交通樞紐，這些建築因使用功能的需要，具有體量及空間巨大等特點，往往難以按照現行規範進行防火設計，此類建築通常需要採用消防性能化設計的方法，通過軟體火災模擬來分析建築的安全性。以往的火災模擬通常採用FDS程序來實現，FDS程序再藉助其它三維造型軟體和網格生成工具如Pyrosim來處理較為複雜的幾何場景，但由於軟體本身的局限性，所有的模型和構件信息、建築材料參數必須重新定義，往往還會進行一些簡化，模型的精度直接影響模擬結果的可信度。
BIM模型是數位化的建築中用虛擬建築構件表達現實中建築物的構件，所有內容都是以獨有的構件形式存在，比如牆、梁、樓板、屋頂、門、窗等。每個構件都有相應的尺寸與信息內容，將建築信息模型直接轉換為火災模型以提高軟體模擬火災的精確性及可信度，並大大節省二次建模的時間提高建模效率。
4.2.消防施工驗收階段
1.設計變更校核/碰撞檢查
消防工程是一個系統工程，包含水、暖、電等專業，傳統的消防設計流程是水、暖、電各專業在建築師初步設計圖紙上進行設備施工圖設計，各專業設計的圖紙之間發生衝突之後，通過協調會等形式相互提條件修改最終生成二維施工圖紙，這個階段由於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計單位進行協調溝通，整個過程的工作量大且容易出現錯漏現象。而通過BIM的協同設計理念，各專業在同一個模型中進行設計，可以進行即時交流，同時，承包方和施工方能夠在模型設計階段參與，能夠對變更方案進行校核評估，從而避免由於缺少溝通所造成的二次設計變更，提高設計效率，降低工程造價。
2.材料檢測
BIM技術的核心是通過建立虛擬的建築工程三維模型，利用數位化技術，為這一模型提供完整的、與實際情況一致的建築工程信息庫，該信息庫不僅完整包含了描述建築物構件、裝修材料的幾何信息還包括這些材料的燃燒性能、發熱量、產煙率等詳細參數,通過這個模型可以協助材料檢驗機構對建築各區域的火災危險性進行分析，確定危險區域及需要進行燃燒性能測試的建築構件及裝修材料範圍，同時利用BIM資料庫還可以自動導出並生成構件/材料清單，該清單應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，不僅提高了工作效率，還能幫助檢驗/審批機構加強對項目了解，降低消防審批風險。
3.竣工驗收
傳統的消防驗收通常由驗收人員對照竣工圖紙根據消防驗收評定規則對建築各單項、分項工程按照一定的抽查比例進行驗收，其過程主要依靠驗收人員的工作經驗進行現場評判，受場地及時間限制往往無法對建築工程進行全面的驗收檢查，容易出現遺漏及誤解的情況。通過BIM模型，消防驗收人員可以指揮前方驗收輔助人員達到指定位置，即可避免依靠二維圖紙溝通容易出現誤解的情況，又可直觀進行實際消防施工情況畫面與BIM模型的比對，對消防施工與設計的吻合度一目了然，而且該模型可作為驗收資料進行存檔便於日後查看。
4.3.消防運營階段
1.協助後期消防運營管理
現階段消防運營管理存在最嚴重的兩大問題：運營階段與前期的「信息斷流」問題，運維過程中的各數據之間「信息孤島」問題。設計階段一套消防設計理念及策略，運營階段又是另一套理念及策略即存在「信息斷流」問題，對於大型的建築單位如機場/火車站/遊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模型的所存儲的建築物信息，不僅包含建築物的幾何信息，還包含大量的建築性能信息，是信息和模型結合，利用該模型可直接將運營前期的建築信息直接傳遞到運營階段，在運營階段可根據具體運營方的管理要求創建基於BIM模型的操作平臺，該平臺儲存了運營過程的全部數據信息，各部門可通過該平臺共享數據信息，協同工作。消防運營管理部門可根據實際需求基於BIM技術定製以下應用[5]：
1)消防設備狀態監測聯動控制
通過第三方設備建立統一的通訊接口採集建築內所有消防設備的運行參數及狀態信息，如消防給水管網壓力，消防供電設備，消防水泵/風機的運行參數及狀態等，這些信息被完整準確的存儲在BIM模型內，方便運營方各部門各專業人員通過統一平臺進行監控管理，避免了「信息孤島」問題。
2)火災工況模擬分析
對建築內火災發生的過程和人員疏散的模擬分析，是數位化預案制定的一個必要環節。建築消防設計階段已對建築進行了火災場景仿真，仿真結果可直接使用，避免「信息斷流」問題。同時，建築在使用過程中，如出現建築結構、功能和建築材料的變化，資料庫內的新興可同步更新，再進行火災場景仿真也變得較為便捷。
3)數字預案表達與檢驗
利用BIM虛擬實境技術，為數位化預案提供多維的表達方式。建築火災模擬過程可直觀的顯示，便於公眾人員快速理解並熟悉預案。
2.輔助消防安全課題研究
BIM模型所包含的信息能滿足建築全生命周期的需要，實現綠色理念。通過BIM平臺，可以展開虛擬實境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。通過虛擬實境軟體，設計人員可在三維場景中任意漫遊，人機互動，檢驗疏散通道的設計是否存在缺陷。基於BIM模型，可針對節假日、賽事、集會等大型群眾性活動進行可視化的疏散模擬，具有前瞻性，能夠協助運營管理人員科學的編制疏散預案，而不用舉行大規模的疏散演練對疏散預案進行檢驗。
3.輔助消防救援指揮
縮短火災發生到消防人員到達現場的時間是撲滅大型公共建築初期火災，防止小火釀成大災的關鍵，這一點對人員密集的大型公共建築尤為重要。大型公共建築作為消防重點單位，進入火災狀態後，城市消防指揮中心可在BIM資料庫中提取建築空間結構後，在虛擬的城市平臺內顯示建築所在地點、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採用BIM數據格式，救援信息可在各個平臺間快速、無損的傳遞，相關救援人員可通過BIM模型直接查看所需內容。各類信息快速準確的傳遞與查閱，進一步縮短了從火災報警、消防部門接警出警、救援人員到達現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救援效。
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