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BIM技術在建筑消防工程的應用展望
專欄：消防科普
發布日期：2019-08-13
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BIM技術運用消防設計復核后，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，形成一個工程信息數據庫，并通過網絡充分共享，以達到信息的無損傳遞。
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，貫穿建筑設計、施工及運營維護整個生命周期，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，進而提高建筑的整體消防安全水平。
1.消防設計復核
傳統的消防設計復核首先要了解建筑的基本情況，這就需要復核建筑的總平面圖、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，這種傳統的復核方式是一種逆推式的重復工作，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，借助BIM模型，復核人員能夠將更多精力集中于技術性審查，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筑之間的防火間距，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，軟件就可以自動計算出相應參數指標并與設置的規范極限值進行比較并自動標注出不符合規定的設計，大大簡化復核流程，提高審批的效率。
BIM技術運用消防設計復核后，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，形成一個工程信息數據庫，并通過網絡充分共享，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筑外觀愈加復雜，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，并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，按照規范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，建筑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，避免后期設計顛覆。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，往往難以按照現行規范進行防火設計，此類建筑通常需要采用消防性能化設計的方法，通過軟件火災模擬來分析建筑的安全性。以往的火災模擬通常采用FDS程序來實現，FDS程序再借助其它三維造型軟件和網格生成工具如Pyrosim來處理較為復雜的幾何場景，但由于軟件本身的局限性，所有的模型和構件信息、建筑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模型是數字化的建筑中用虛擬建筑構件表達現實中建筑物的構件，所有內容都是以獨有的構件形式存在，比如墻、梁、樓板、屋頂、門、窗等。每個構件都有相應的尺寸與信息內容，將建筑信息模型直接轉換為火災模型以提高軟件模擬火災的精確性及可信度，并大大節省二次建模的時間提高建模效率。
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、電各專業在建筑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沖突之后，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，從而避免由于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筑工程三維模型，利用數字化技術，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筑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筑構件及裝修材料范圍，同時利用BIM數據庫還可以自動導出并生成構件/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筑各單項、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筑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于日后查看。
1.協助后期消防運營管理
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，對于大型的建筑單位如機場/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，在運營階段可根據具體運營方的管理要求創建基于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于BIM技術定制以下應用：
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采集建筑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
對建筑內火災發生的過程和人員疏散的模擬分析，是數字化預案制定的一個必要環節。建筑消防設計階段已對建筑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，建筑在使用過程中，如出現建筑結構、功能和建筑材料的變化，數據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虛擬現實技術，為數字化預案提供多維的表達方式。建筑火災模擬過程可直觀的顯示，便于公眾人員快速理解并熟悉預案。
2.輔助消防安全課題研究
BIM模型所包含的信息能滿足建筑全生命周期的需要，實現綠色理念。通過BIM平臺，可以展開虛擬現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。通過虛擬現實軟件，設計人員可在三維場景中任意漫游，人機交互，檢驗疏散通道的設計是否存在缺陷。基于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筑初期火災，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筑尤為重要。大型公共建筑作為消防重點單位，進入火災狀態后，城市消防指揮中心可在BIM數據庫中提取建筑空間結構后，在虛擬的城市平臺內顯示建筑所在地點、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率。
本文基于消防工程從業經驗對BIM在消防行業各階段技術應用提出了初步想法，結合目前BIM在建筑行業的應用現狀，BIM技術在建筑行業的成熟應用還依賴于我國建筑信息化政策的大力支持和技術標準的進一步規范統一。BIM本身是一個技術軟件，其推廣和市場化如其他軟件一樣應同時注重后臺服務器和前端用戶界面兩個層面的開發。本文主要討論了作為行業從業用戶的基本需求，后臺服務器支持還依賴于BIM軟件平臺的整體開發（留有消防及其他建筑細分工種的接口）及消防同行對基于BIM的火災專業軟件的二次開發。
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