基于BIM的地鐵站應(yīng)急管理模型構(gòu)建及體系研究★

王 格 張淞昱 呂 明

(北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院，北京 100023)

1 研究背景和意義

由于惡性事件在城市軌道交通中頻頻發(fā)生，已經(jīng)對大眾的生命和財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅，這無疑是嚴(yán)重警示著我國的城市軌道安全問題。地鐵作為一個(gè)維持城市生命活力的重要載體，有著時(shí)間短和容載量巨大等特點(diǎn)，但因?yàn)樘厥獾牡叵鹿ぷ鳝h(huán)境，對于突發(fā)事件的預(yù)測、處理與修復(fù)的特殊和復(fù)雜性有著很大的挑戰(zhàn)難度，在我國的地鐵車站應(yīng)急管理的工作中有著諸多單層次技術(shù)問題，如技術(shù)手段的滯后、信息化的程度普遍較低。因此為了應(yīng)對地鐵車站的應(yīng)急管理，利用BIM技術(shù)可以建立地鐵車站的三維結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)信息傳遞以及數(shù)據(jù)共享，減少應(yīng)對突發(fā)事件應(yīng)急管理的步驟，提高管理效率，縮短反應(yīng)時(shí)間，減少人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。利用BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到應(yīng)急管理體系中可以完善現(xiàn)有的管理體系，并帶來技術(shù)上的改革，應(yīng)用前景廣闊。

2 BIM技術(shù)在地鐵車站應(yīng)急管理方面的優(yōu)勢

1)BIM技術(shù),可對地鐵的動態(tài)情況進(jìn)行全面的監(jiān)控,對應(yīng)急預(yù)案的完善和車站人員應(yīng)急處理技能的加強(qiáng)具有重要作用。

2)因?yàn)榈罔F站人流量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變的特點(diǎn)，使得應(yīng)急管理工作難度加大，以前二維時(shí)代的CAD圖紙對于地鐵車站結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)和分析往往給人一種不直觀且復(fù)雜的現(xiàn)象，導(dǎo)致了識圖困難、文件量大容易引發(fā)錯(cuò)誤，然而利用BIM技術(shù)對地鐵車站進(jìn)行建模形成的應(yīng)急管理方案是對地鐵車站全面的真實(shí)化的體現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以清晰明了、直觀的表現(xiàn)地鐵整體的結(jié)構(gòu)，無論是外部的還是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都能夠清楚的展示，并且可以儲存各種構(gòu)件的信息，在需要時(shí)方便查看，使得模型的可視化表達(dá)更加精準(zhǔn)，給應(yīng)急管理工作提供了強(qiáng)有力的保障。

3)BIM技術(shù)在地鐵車站應(yīng)急管理應(yīng)用中可與第三方軟件基于4D的火災(zāi)模擬和人員疏散模擬進(jìn)行模擬分析，將火災(zāi)的發(fā)生到蔓延、人員的疏散等過程進(jìn)行了動態(tài)展示，利用軟件的模擬可以減少實(shí)際演習(xí)中的人員損傷，避免財(cái)產(chǎn)和資源的浪費(fèi)，且模擬分析出來的結(jié)果更為精確可以為編制應(yīng)急管理方案和優(yōu)化應(yīng)急管理的措施提供強(qiáng)有力的保障。

4)BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)是全生命周期中的資源共享和信息的傳遞，然而現(xiàn)如今的地鐵車站的火災(zāi)模擬和人員的疏散模擬分析往往是單獨(dú)存在的，兩種軟件的模擬分析的結(jié)果不能導(dǎo)入到BIM平臺中保存，使得兩種模擬的結(jié)果分散存在，出現(xiàn)了信息不完整、斷裂的現(xiàn)象，不利于管理人員在處理應(yīng)急管理工作時(shí)對于信息的搜索與查找，降低了處理應(yīng)急管理工作時(shí)的效率。

利用以參數(shù)化、信息化、協(xié)同化、輕量化為核心的BIM技術(shù)，可以參與到地鐵車站全生命周期的管理工作中，為傳統(tǒng)的地鐵車站管理模式帶來了新的動力，從結(jié)構(gòu)層次上提高了車站應(yīng)急管理的水平。

3 當(dāng)前存在的問題

3.1 應(yīng)急預(yù)案的演練落實(shí)不到位

對于預(yù)防突發(fā)事件的產(chǎn)生這一問題，應(yīng)急準(zhǔn)備工作中城市軌道交通突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的演練合格到位程度，對城市軌道交通從業(yè)人員應(yīng)急能力與業(yè)務(wù)技能的提升有著很大的影響，急救時(shí)救援人員的反應(yīng)速度決定了事態(tài)的控制程序，但是一些部門單位在現(xiàn)實(shí)的管理中，缺乏對于應(yīng)急準(zhǔn)備工作正確的認(rèn)識，進(jìn)一步導(dǎo)致了應(yīng)急預(yù)案的實(shí)戰(zhàn)演練與專業(yè)培訓(xùn)不合格，不到位。

3.2 應(yīng)急監(jiān)控存在極大的弊端

在日常的生活中，雖然地鐵對于箱包基本上都會進(jìn)行安檢，但是并不能全面地、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙Τ丝吞峁┌踩Ｕ?，因此就有極大可能出現(xiàn)漏洞，以至于不法分子將危險(xiǎn)物品帶入地鐵，造成無法彌補(bǔ)的后果，但如果在地鐵實(shí)行全身安檢，就會大幅降低特別是早晚高峰的通過效率，進(jìn)而引發(fā)一些如擁擠、踩踏等安全事故。

3.3 資源共享不便

即使每個(gè)部門在工作性質(zhì)上有所不同，但是在地鐵應(yīng)急管理方面有許多相通的內(nèi)容，可以相互借鑒學(xué)習(xí)，互相補(bǔ)充完善，但由于部門種類過多，導(dǎo)致資源流通不便利。

3.4 突擊事件導(dǎo)致大客流量混亂

有時(shí)因?yàn)樘鞖獾脑颉⒌孛娼煌ㄔ缤砀叻宓亩氯约败囕v限號等原因引發(fā)地鐵出現(xiàn)大客流量。然而發(fā)生大客流量秩序混亂導(dǎo)致意外事故的發(fā)生，引起了踩踏事件增加了風(fēng)險(xiǎn)的等級。地下交通與地上交通關(guān)系密切，如果一方出現(xiàn)問題必會導(dǎo)致另一方客流量增大。

4 基于BIM技術(shù)的地鐵應(yīng)急管理解決方案

4.1 基于BIM技術(shù)對地鐵站應(yīng)急管理模型構(gòu)建的研究

由于BIM技術(shù)普遍用于房屋構(gòu)造和室內(nèi)設(shè)計(jì)方面，從而缺乏在地鐵應(yīng)急管理方面的涉及。為滿足BIM模型的建模范圍、標(biāo)準(zhǔn)及要求，所以需要研究一個(gè)符合建模范圍廣，標(biāo)準(zhǔn)和要求嚴(yán)格的應(yīng)急處理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，使用Revit軟件建立一個(gè)完整的BIM地鐵站應(yīng)急管理模型，它可以做到：

1)查看已建模型的圖形以及參數(shù)數(shù)值；

2)建立、刪除、修改模型圖形；

3)創(chuàng)建插件來實(shí)現(xiàn)自動化工作；

4)集成第三方應(yīng)用完成分析；

5)自動建立項(xiàng)目文檔；

6)進(jìn)行BIM模型的分析。

地鐵車站模型的構(gòu)建一般由梁、板、柱、墻體等基礎(chǔ)元素構(gòu)成，在創(chuàng)建模型時(shí)需要知道車站的相關(guān)尺寸、空間布局以及材料信息等，以某個(gè)地下2層的地鐵車站為例創(chuàng)建了BIM模型，在軟件中可以對模型進(jìn)行平、立、剖面以及局部的細(xì)節(jié)進(jìn)行展示，可以任意的縮放、修改以及查看構(gòu)件信息。車站的整體BIM模型如圖1所示。有時(shí)，還要對必要的基礎(chǔ)構(gòu)件，例如：防火分區(qū)墻，添加耐火等級，以對后期的火災(zāi)模擬分析提供方便。

單獨(dú)存在的梁、板、柱、墻體對于疏散時(shí)間影響不大，但是由它們組成的站臺、站廳、過道、樓梯等空間布局會影響到疏散的進(jìn)程。圖2是站臺空間的展示。通過軟件可以查看站臺面積、柱子的尺寸以及材質(zhì)等與應(yīng)急管理相關(guān)的信息。

4.2 對于地鐵站火災(zāi)的BIM模型分析

在此階段我們分析了基于BIM技術(shù)的地鐵車站火災(zāi)模擬兩種不同計(jì)劃的實(shí)施，篩選出了BIM 技術(shù)與Pyrosim火災(zāi)模擬軟件互相結(jié)合的計(jì)劃，并結(jié)合此計(jì)劃進(jìn)行了實(shí)地考察，利用典型火災(zāi)情況發(fā)生時(shí)的產(chǎn)出數(shù)據(jù)，在軟件中進(jìn)行模擬，由此獲取了此情況下發(fā)生時(shí)緊急疏散的時(shí)間，以及人員疏散的情況，但在模擬過程中我們發(fā)現(xiàn)Revit軟件和火災(zāi)模擬軟件之間提升數(shù)據(jù)傳遞交流的速度效率存在著問題，針對此問題我們互相討論并得出了解決方案，從而確立了具體的以BIM模型為基礎(chǔ)的火災(zāi)模擬方案。運(yùn)用三維圖形化的特點(diǎn)，進(jìn)行火災(zāi)動態(tài)模擬,模擬出不同火災(zāi)場景下的情況，得出的數(shù)據(jù)分析結(jié)果同時(shí)也為論文的后期應(yīng)急優(yōu)化措施的提出作了支撐。整體流程如圖3所示。

當(dāng)?shù)罔F車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣的發(fā)展過程：在34 s時(shí)，車站內(nèi)產(chǎn)生大量的煙氣；在53 s時(shí)由火源附近的樓梯口迅速的蔓延到了站廳層；在73 s左右，站廳內(nèi)充滿了煙氣；在159 s時(shí)，站臺與站廳的公共區(qū)域充滿了煙氣。

溫度的變化過程：在161 s左右站臺層中間的樓梯口附近溫度較高處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在疏散時(shí)應(yīng)盡量選擇兩邊的樓梯；在236 s時(shí)左側(cè)的樓梯和中間樓梯口都處于危險(xiǎn)狀態(tài)，因此在疏散時(shí)工作人員應(yīng)該避免這兩個(gè)通道讓人員從右邊的樓梯進(jìn)行疏散；在425 s時(shí)站臺的疏散通道附近道路的溫度達(dá)到了60 ℃，對于人員的逃生存在著高溫影響。

能見程度的變化過程：在40 s時(shí)火源周圍的能見度下降；在50 s時(shí)站廳中間的樓梯口能見度下降；在161 s時(shí)左側(cè)、右側(cè)的樓梯口和中間的樓梯口能見度降低到11 m以內(nèi)，影響著人員疏散；在245 s時(shí)站廳和站臺層大部分地方的能見度降低到11 m以內(nèi)；在329 s時(shí)左右兩邊的出入口能見度不能滿足逃生要求。

有害氣體CO濃度的變化過程：當(dāng)火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)的很短時(shí)間范圍內(nèi)，就會產(chǎn)生大量的有害氣體CO。在352 s左右時(shí)，站臺左邊的CO濃度比較高，對人員疏散造成影響。

4.3 基于BIM模型的疏散模擬分析

利用已經(jīng)建好的車站BIM模型，模擬了當(dāng)?shù)罔F火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員的疏散情況，以及關(guān)鍵疏散路徑所需要的最短時(shí)間，和最大限度下的疏散時(shí)間進(jìn)行對比，經(jīng)過具體數(shù)據(jù)模擬分析后的結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中存在著諸多的安全隱患以及地鐵站關(guān)鍵性位置的安全性缺陷，因此針對這些問題提出了應(yīng)急優(yōu)化措施，并結(jié)合車站BIM環(huán)境下三維火災(zāi)煙氣彌漫過程和人員的疏散的模型對于應(yīng)急管理工作進(jìn)行優(yōu)化提升，由此證明了在火災(zāi)發(fā)生時(shí)BIM技術(shù)可以提高疏散結(jié)果的準(zhǔn)確性和工作效率，隨著BIM技術(shù)在地鐵全生命周期中的全面落實(shí)，應(yīng)急管理體系有著巨大的市場前景和應(yīng)用價(jià)值，BIM清晰明了、直觀的、可視化程度高的優(yōu)點(diǎn)使得人們更容易接受。

為了實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)，進(jìn)行了火災(zāi)等情況下的疏散模擬和地鐵站內(nèi)各個(gè)關(guān)鍵位置人員疏散時(shí)安全性的判定，對此設(shè)置了2 000人的疏散人數(shù)，發(fā)現(xiàn)絕大部分乘客會遵循就近的原則，向離自己近的逃生通道跑去，而一小部分乘客會向離自己遠(yuǎn)的逃生通道跑去，待全部人員疏散完成后，發(fā)現(xiàn)乘客在逃生過程中會出現(xiàn)滯留的現(xiàn)象，針對這個(gè)問題反復(fù)思考后，認(rèn)為可能由于一部分乘客并不熟悉地鐵內(nèi)的設(shè)施和結(jié)構(gòu)，所以我們選擇優(yōu)化應(yīng)急疏散警示系統(tǒng)，此方案有利于在慌亂環(huán)境下為地鐵乘客提供火災(zāi)警示作用，減少火災(zāi)反應(yīng)時(shí)間；在逃生過程中還可以為乘客提供指示作用，減少逃生時(shí)間，提高了應(yīng)急工作的效率，并且還可以將應(yīng)急疏散警示系統(tǒng)與排煙和噴淋裝置連接起來，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)立即啟動，力爭在最短的時(shí)間內(nèi)將火災(zāi)撲滅。

4.4 BIM應(yīng)急管理模塊的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)的研究

研究如何把工作信息與BIM相融合，開發(fā)出“應(yīng)急管理”插件，通過前面的模擬分析及操作為了方便用戶的使用，開發(fā)的“應(yīng)急管理”模塊的界面使用四個(gè)簡潔的控件，如圖4所示。并分析了基于BIM平臺在其效率方面的實(shí)用性，基于此研究證明了BIM技術(shù)在提高管理工作效率的實(shí)用性和優(yōu)越性，其實(shí)用價(jià)值在于為部門之間提供了一個(gè)信息互通的平臺，方便了用戶的數(shù)據(jù)調(diào)用。避免了繁瑣的提取信息的過程，有效地縮短了管理工作中的時(shí)長，使得作業(yè)效率更進(jìn)一步的提高。該插件在應(yīng)用中的實(shí)用性價(jià)值，還主要影響了三個(gè)方面：提供應(yīng)急管理數(shù)據(jù)；提高工作效率；方便教育宣傳。

5 結(jié)語

通過對于地鐵應(yīng)急管理體系的研究，可以有效地提高了面對突發(fā)事件處理事情的效率，盡可能的減少人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)的損失。BIM技術(shù)的應(yīng)用，為信息化、數(shù)字化的地鐵模型提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，讓地鐵應(yīng)急管理體系更加完善。