BIM在消防工程全壽命周期管理中的應(yīng)用

曹露春 吳雅迪 張蓉

摘要：對目前消防工程全壽命周期中各階段存在的問題進行了分析，得出消防工程全壽命周期中信息化程度不足是制約其發(fā)展的重要原因，具體展現(xiàn)了BIM技術(shù)在消防工程全壽命周期各階段管理中的應(yīng)用前景及技術(shù)優(yōu)勢，并建立了消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的框架。

Abstract： This paper analyses the problems existing in all stages of the life cycle of fire engineering at present， and draws the conclusion that the lack of information in the life cycle of fire engineering is an important reason that restricts its development. It shows the application prospects and technical advantages of BIM technology in the management of all stages of the life cycle of fire engineering concretely， and establishes the framework of the life cycle management system of fire engineering.

關(guān)鍵詞：BIM;消防工程;全壽命周期管理

Key words： BIM;fire engineering;life cycle management

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0253-03

0? 引言

大型城市綜合體、交通樞紐（如高鐵站、機場等）中人員周轉(zhuǎn)密集、場所眾多、環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，極有可能造成較大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。消防工程作為建筑工程的重要組成部分，由于設(shè)計規(guī)范陳舊、施工建造難度高、驗收工作繁重、運維信息不暢等問題，在全壽命周期管理中正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而信息化程度不足是造成消防工程建造與管理困難的重要原因。消防工程全壽命周期包括設(shè)計階段、施工建造及驗收階段、運維管理階段，其全過程涉及信息廣泛，信息的傳輸和處理效率對消防工程的高效管理起著決定作用。BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用日漸成熟，其可視化、協(xié)同化等特性在促進建筑工程高效化的前提下，也帶來非?？捎^的社會經(jīng)濟效益。為此，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，分析其在消防工程全壽命周期中的應(yīng)用，對消防工程全壽命周期信息化程度及管理效率的提高提供一定的理論指導(dǎo)。

1? 傳統(tǒng)消防工程管理中存在的問題

消防工程從設(shè)計階段的設(shè)計、規(guī)范審查，到施工階段的成本、質(zhì)量、進度的控制，再到運營階段的運維管理，各階段的對象與目標(biāo)有著高度的統(tǒng)一性，但在實際工程中卻相互割裂。造成這一問題的主要原因是各階段信息化不足，導(dǎo)致工程實施過程中信息傳遞不暢、各參與方協(xié)作不足、效率低下。

1.1 設(shè)計階段存在的問題

隨著大型建筑的涌現(xiàn)，目前的消防工程設(shè)計規(guī)范難以完全適應(yīng)。為了適應(yīng)建筑本身的復(fù)雜設(shè)計，建筑消防設(shè)計與設(shè)計規(guī)范不符的情況越來越多。同時，消防工程各參與方之間缺乏溝通，進而出現(xiàn)消防工程的設(shè)計與業(yè)主需求不符的情況，消防工程施工人員不能準(zhǔn)確理解設(shè)計意圖，對后期施工造成影響。消防設(shè)計審查時，不能有效查出設(shè)計中的不足，導(dǎo)致施工過程中需要進行設(shè)計變更，增加不必要的成本。

1.2 施工建造及驗收階段存在的問題

在消防工程施工階段，施工過程中因為施工人員對設(shè)計圖紙的不熟悉，會花費很多時間去理解圖紙或者和設(shè)計人員進行溝通，進而影響施工進度。對于施工過程遇到的重難點，需要進行多方論證和技術(shù)交底，技術(shù)人員的工作量繁重。部分施工員對消防設(shè)計審查意見不夠重視，憑以往經(jīng)驗私自更改設(shè)計內(nèi)容，導(dǎo)致消防工程和相關(guān)規(guī)范不符，影響最后的消防驗收。在驗收階段，驗收人員因受到經(jīng)驗和精力的限制，不能高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)消防工程中存在的問題。

1.3 運營管理階段存在的問題

消防工程運營管理過程中存在的問題，主要來自于信息的不通暢。一方面，運營階段與施工階段形成了信息斷流，消防設(shè)備的信息在傳輸過程中可能出現(xiàn)遺漏，不能完整的錄入到運維管理系統(tǒng)中。另一方面，運維管理過程中各類數(shù)據(jù)未能形成有效地集成，例如某設(shè)備的空間信息與設(shè)備的屬性信息是分開存儲的，在火災(zāi)模擬過程中需要同時運用到這兩類信息時，就需要花費精力調(diào)取并集成這兩類數(shù)據(jù)。

2? BIM技術(shù)在消防工程中的優(yōu)勢

通過梳理消防工程各階段的BIM技術(shù)應(yīng)用點，針對性的解決傳統(tǒng)消防工程中存在的問題，展現(xiàn)BIM技術(shù)在整個消防工程應(yīng)用的連續(xù)性和高效性。

2.1 工程設(shè)計階段

2.1.1 可視化設(shè)計

可視化設(shè)計即將建筑及構(gòu)件在設(shè)計階段以三維方式呈現(xiàn)，以避免傳統(tǒng)二維圖紙表達抽象的缺點。傳統(tǒng)的圖紙設(shè)計需要設(shè)計者先構(gòu)思出所需設(shè)計的建筑及構(gòu)件的立體圖，然后再通過立體圖去設(shè)計二維圖紙。在圖紙審查或按圖施工時，工作人員需要對圖紙進行二次理解。不同人員對圖紙的理解或有偏差，施工成果很可能和設(shè)計意圖存在出入。而通過BIM技術(shù)直接進行三維設(shè)計，實現(xiàn)“所見即所得的”效果，既減少后續(xù)工作中人員對圖紙的理解偏差，又實現(xiàn)了施工中設(shè)計圖紙的精準(zhǔn)表達。在設(shè)計過程中，通過BIM的漫游功能，創(chuàng)建動畫演示，業(yè)主可以直觀地預(yù)覽消防工程的設(shè)計現(xiàn)狀，在虛擬空間三維可視圖紙中迅速找到不滿足需求的地方，及時提出修改意見，避免后期不必要的工程變更。

2.1.2 碰撞檢查

消防工程中碰撞的類型有兩種，第一種是設(shè)備內(nèi)部各專業(yè)的碰撞，例如管線與機電設(shè)備之間的碰撞，第二種是建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)與設(shè)備專業(yè)的碰撞，例如沒有預(yù)留孔洞，就會出現(xiàn)管道與墻體的碰撞。對于工程量大且涉及專業(yè)比較復(fù)雜的工程，僅通過人工審查，不可能準(zhǔn)確而高效地找出碰撞點。通過將建筑、結(jié)構(gòu)、機電、水暖等專業(yè)的BIM模型整合到一起，進行管線碰撞檢測，運用BIM軟件可以生成碰撞報告。根據(jù)碰撞報告確定碰撞部位，對碰撞部位進行優(yōu)化設(shè)計。

2.1.3 規(guī)范審查

隨著建筑的復(fù)雜化，傳統(tǒng)消防設(shè)計審查表現(xiàn)出了效率低、客觀性差等缺點，消防規(guī)范設(shè)計審查對于保障建筑消防安全具有十分重要的意義。運用BIM相關(guān)軟件，建立的三維模型，包含較為全面的建筑信息，如建筑構(gòu)件的材質(zhì)、尺寸、防火等級等信息。同時BIM可實時定位消防構(gòu)件及監(jiān)控其運行狀態(tài)。在軟件中依據(jù)規(guī)范設(shè)置審查條件，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，輸出審查報告，設(shè)計人員依據(jù)審查報告進行設(shè)計修繕，實現(xiàn)整個審查過程的高效性和完整性。

2.2 施工建造及驗收階段

2.2.1 模擬施工

模擬施工是指運用BIM技術(shù)對項目施工過程進行模擬。將建造過程、施工順序等信息導(dǎo)入信息模型，可以對施工過程進行可視化模擬，利用模擬過程對施工方案進行可行性驗證，優(yōu)化施工組織設(shè)計。技術(shù)交底中，BIM三維可視化技術(shù)有助于施工人員對整個施工過程的直觀理解。

2.2.2 工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計在施工過程中的應(yīng)用包括進度計量、中期付款等。BIM是一種綜合成本、材料和進度的建筑信息模型。利用REVIT和廣聯(lián)達軟件，可以實現(xiàn)一定時期、一定過程的數(shù)量、成本統(tǒng)計，并以報表形式呈現(xiàn)。（圖2）

2.2.3 進度計劃

將BIM與進度計劃相結(jié)合，可以模擬施工進度。在BIM模型中加入時間信息，可以形成一個直觀的4D模型，能夠準(zhǔn)確反映整個施工過程。BIM4D模型可以實現(xiàn)對整個項目的跟蹤管理，將項目的當(dāng)前進度與節(jié)點模型進行比較，當(dāng)進度滯后時，及時提出優(yōu)化方案，并通過仿真施工驗證方案的可行性。同時，BIM模型可以對施工管理過程中的材料準(zhǔn)備和人員安排提供精確的指導(dǎo)，實現(xiàn)施工材料的精確配置和人員的合理安排，從而實現(xiàn)施工過程的精細化管理。

2.2.4 竣工驗收

在消防工程竣工驗收階段，消防驗收人員應(yīng)根據(jù)消防驗收評定規(guī)則對消防工程各單項按比例抽檢。在工作量較大情況下，需要多名輔助驗收人員協(xié)同工作，這種情況下容易出現(xiàn)驗收項目的交叉和遺漏，導(dǎo)致驗收效率不高。驗收過程中因驗收人員的經(jīng)驗不足，容易出現(xiàn)誤判的情況。在驗收過程中消防驗收人員可以在BIM模型中提前確定好需要驗收的項目，然后指揮輔助驗收人員至現(xiàn)場進行實地驗收，輔助驗收人員通過將現(xiàn)場實際情況與BIM模型作比較，以判斷驗收項目是否符合設(shè)計規(guī)范，驗收人員同時對驗收項目進行拍照記錄，最終將驗收結(jié)果上傳云端，以備日后查驗。

2.3 運營管理階段

2.3.1 維護管理

大型建筑中包含的消防設(shè)施數(shù)量巨大，消防系統(tǒng)也較為復(fù)雜，將BIM技術(shù)應(yīng)用到消防設(shè)施的維護管理中，會顯著提高設(shè)施維護管理的效率和質(zhì)量。BIM模型中包含了消防設(shè)施的幾何信息和性能信息，利用該模型可以將施工階段的信息傳遞到運維管理階段。運營過程中產(chǎn)生的信息也可以存儲到該模型中，通過此平臺各部門可以共享數(shù)據(jù)信息，協(xié)同合作。

2.3.2 消防救援

BIM技術(shù)在火災(zāi)模擬、現(xiàn)場救援指揮、虛擬消防演習(xí)中有著重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的建筑火災(zāi)模擬都是通過FDS軟件進行的，此過程首先需要對待測試的建筑進行建模，建模過程中輸入的參數(shù)較為模糊，其精度與實際情況有較大的差異，不能準(zhǔn)確反應(yīng)火災(zāi)發(fā)生時建筑的真實情況。而BIM模型中包含著建筑的所有空間信息、材質(zhì)信息、周圍環(huán)境信息等，無需二次建模，只需將BIM模型直接轉(zhuǎn)化為火災(zāi)模型，就可以實現(xiàn)對火災(zāi)情況的模擬。再借助BIM的三維漫游功能可以實現(xiàn)救援路徑、疏散路徑的規(guī)劃。通過BIM模型對火災(zāi)的模擬，可以幫助人們了解火災(zāi)來臨時建筑的宏觀情況，對疏散路徑有一個正確的認(rèn)識，以提高人們應(yīng)對災(zāi)害的能力。

3? 基于BIM的消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的構(gòu)建

構(gòu)建基于BIM的消防工程管理全壽命周期管理系統(tǒng)首先要建立建筑信息模型，其次需要建立消防設(shè)施信息模型。建筑模型中包含著建筑的空間信息及材料信息，消防設(shè)施模型中包含著設(shè)施的屬性及運維信息，兩者的結(jié)合可以形成四維模型，再通過對豐富的信息數(shù)據(jù)進行提取處理，可為消防工程的管理提供可視化平臺及運維信息，從而有效提高消防工程管理的水平。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的組成包括數(shù)據(jù)層、模型層和應(yīng)用層。

3.1.1 數(shù)據(jù)層

消防工程平臺設(shè)計的基礎(chǔ)和核心是數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，其是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和前提。數(shù)據(jù)層借助數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對消防工程涉及的建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、消防設(shè)備信息等進行管理和存儲，為實現(xiàn)對象模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化，需要建立對象模型到關(guān)系模型的映射關(guān)系。其信息的來源主要是BIM模型信息的提取和運維信息的錄入。

3.1.2 模型層

模型層主要是BIM模型的建立，BIM數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢可以實現(xiàn)基于IFC的模型數(shù)據(jù)的提取和三維展示。在項目決策階段通常是通過Revit軟件建立概念體量模型，快速分析整個工程的相關(guān)指標(biāo)。在施工階段建立施工模型，實現(xiàn)對整個工程的可視化施工指導(dǎo)。在運營階段建立基于BIM的設(shè)施管理模型，實現(xiàn)對整個工程的可視化管理和維護。

3.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要由消防工程管理過程中所需要的系統(tǒng)、軟件和模型組成。其中的應(yīng)用包括全壽命周期各階段的應(yīng)用點，例如工程量統(tǒng)計、運維管理等。（圖4）

3.2 模型數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫的信息一部分產(chǎn)生于運維階段，但更多的部分來自于設(shè)計與施工階段，設(shè)計與施工階段的信息都可以以BIM模型的形式進行存儲。所以將BIM模型信息轉(zhuǎn)化成適用于消防工程管理的IFC格式的信息是建立數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵。消防工程中涉及的信息元素可分為建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、線路及管道信息、建筑材料信息、建筑消防設(shè)備信息等，具體分類參見表1。

4? 結(jié)論

本文研究了BIM技術(shù)在消防工程全壽命周期中各階段的應(yīng)用，得出了BIM技術(shù)對改善目前消防工程中存在問題、提升工作效率具有重要的技術(shù)優(yōu)勢，并建立了消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的框架。在未來建筑信息化程度日益提高的情境下，BIM技術(shù)在消防工程中的應(yīng)用優(yōu)勢將逐漸擴大。BIM技術(shù)對于提升消防工程各階段的信息化及信息流通，有著重要的戰(zhàn)略意義。但目前BIM技術(shù)在消防工程的應(yīng)用研究還僅僅局限于全壽命周期中各階段的應(yīng)用，還沒有形成一個系統(tǒng)的應(yīng)用流程，其各階段應(yīng)用的有效銜接，成為制約BIM技術(shù)在消防工程中應(yīng)用的瓶頸。

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