BI M技術(shù)在高層建筑防火監(jiān)督中的應(yīng)用研究

王國祥

（江蘇省太倉市消防救援大隊，江蘇 蘇州 215400）

1 引言

BIM技術(shù)與傳統(tǒng)防火監(jiān)督技術(shù)相比有一定的優(yōu)勢，是一種基于三維數(shù)字化的信息技術(shù)，以各種信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立模型，實現(xiàn)對信息的整合。另一方面，通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)對高層建筑行政審批的三維可視化數(shù)據(jù)審查，清晰顯示高層建筑消防設(shè)施的位置以及疏通通道等。目前來看，我國高層建筑在防火監(jiān)督措施中對BIM技術(shù)應(yīng)用較少，與國外有一定的差距。本文通過對BIM技術(shù)具體應(yīng)用的闡述實現(xiàn)BIM技術(shù)與防火監(jiān)督的有效結(jié)合，具有一定的創(chuàng)新意義。

2 高層建筑消防隱患現(xiàn)狀分析

2.1 高層建筑火災(zāi)的特征

2.1.1 人員疏散難度較大

高層建筑的高度較高，一旦發(fā)生較為嚴(yán)重的火災(zāi)，會導(dǎo)致內(nèi)部居民逃生過程難度很大?，F(xiàn)如今，許多高層建筑通常只設(shè)置一個消防通道，因此，在人員疏散方式方面比較單一，再加上各種不確定風(fēng)險因素的影響，在發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)事故后，造成了非常嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。另外，高層建筑內(nèi)部空間設(shè)計往往具有特殊性，火災(zāi)事故出現(xiàn)后，各種有害氣體會在短時間內(nèi)凝聚起來，并擴(kuò)散到所有空間。由此可以看出，發(fā)生火災(zāi)時，高層建筑內(nèi)部人員疏散工作難度較大。

2.1.2 救援難度較大

高層建筑內(nèi)部往往安裝著很多智能化設(shè)備，以此來滿足建筑的各種功能需求。發(fā)生火災(zāi)事故后，火勢會通過設(shè)備迅速蔓延其他建筑群體，對火災(zāi)救援工作產(chǎn)生更大的影響。再加上一些消防救援車輛受到各種功能的限制，難以達(dá)到建筑物的高度需求，使高層建筑滅火效果受到影響。而且高層建筑內(nèi)部樓層較多，救援人員無法在短時間迅速趕到樓層位置，影響了救援效率[1]。

2.2 高層建筑消防安全隱患問題分析

2.2.1 設(shè)計不達(dá)標(biāo)

受現(xiàn)代審美觀念的影響，許多設(shè)計人員在設(shè)計過程中往往注重著建筑物的觀賞性，對消防安全問題不夠重視，沒有將消防安全問題擺在首要位置。另外，在裝修設(shè)計過程中，室內(nèi)裝修占用面積較大，許多消防設(shè)施和用具沒有及時進(jìn)行安裝，在真正面對火災(zāi)事故時，會直接導(dǎo)致影響滅火效率，造成火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.2.2 裝修材料不合理

許多高層建筑物在建設(shè)的過程中會大量使用易燃易爆等材料，進(jìn)一步提高了火災(zāi)事故發(fā)生的概率。這些材料不僅會助長火勢的蔓延，還會產(chǎn)生大量有毒氣體，對人們的生活與健康造成極大的威脅，為此要特別重視材料的選用，加強對材料防火性能的重視。

3 BI M技術(shù)在防火監(jiān)督工作中的應(yīng)用

目前，在對高層建筑消防設(shè)施進(jìn)行檢查的過程中通常會面臨兩種問題，一種是監(jiān)督人員對消防設(shè)施審批情況不夠了解，導(dǎo)致防火信息出現(xiàn)脫節(jié)的現(xiàn)象；另一種是在使用過程中無法得到優(yōu)化升級，導(dǎo)致信息出現(xiàn)缺漏現(xiàn)象。針對上述問題，本文主要提出了以下解決方法。

3.1 對消防設(shè)施局部平面進(jìn)行調(diào)整更新

消防設(shè)施在高層建筑物投入使用后，由于本身使用功能的調(diào)整，需要對消防設(shè)施的平面布局進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整過程中，消防設(shè)施因受到外力的作用容易出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會改變建筑物內(nèi)防火分區(qū)以及疏散樓梯的內(nèi)部調(diào)整。為此，需要結(jié)合BIM技術(shù)建立完善的操作平臺，利用操作平臺對建筑物內(nèi)所有的消防設(shè)備運行參數(shù)以及狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理。本文主要對水管網(wǎng)壓力參數(shù)調(diào)整以及消防供電設(shè)備調(diào)整進(jìn)行分析研究。

3.1.1 利用BIM技術(shù)計算管網(wǎng)壓力

在高層建筑防火監(jiān)督過程中，可以利用BIM技術(shù)中的內(nèi)容對水管網(wǎng)壓力進(jìn)行計算，以便于提高水管網(wǎng)壓力的適用性，使防火監(jiān)督效果進(jìn)一步改善。水管網(wǎng)壓力計算一般以PIPENET軟件為基礎(chǔ)，對建筑物內(nèi)的水管系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，以此得出管線的水擊壓力。

當(dāng)水流沿水平方向流動時，利用BIM技術(shù)建立的模型將水管閥門關(guān)閉起來，管線產(chǎn)生的水波會沿著X軸方向移動，產(chǎn)生的水擊壓力為：

式中，F(xiàn)x為水流擊打過程中產(chǎn)生的總壓力；Fe為外部承受壓力；Fp為水管網(wǎng)不同截面之間所產(chǎn)生的靜態(tài)力；Fk為水流在流動過程中產(chǎn)生的動態(tài)力。

在計算常規(guī)水擊壓力的過程中，如果水管控制開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，那么水管的波形長度Lw會出現(xiàn)明顯的衰減，具體計算公式為：

式中，a為水流波動速度；tc為水管閥門的運行衰減。

計算完Lw值后，水管線中波長傳播速度的壓力與流量呈正比關(guān)系，具體內(nèi)容如圖1、圖2所示。

圖1 水管壓力-距離關(guān)系曲線圖

圖2 水管流量-距離關(guān)系曲線圖

從圖1、圖2可以看出，利用BIM技術(shù)所提供的蒸汽管線模型，能夠使各個水管網(wǎng)線在有效監(jiān)督控制下運行，保證水管壓力始終處于良好的運行狀態(tài)。利用BIM技術(shù)中的蒸汽管線模型所提供的水流波動速度以及水管閥門運行速度，在完成對數(shù)值的計算后，采取相對應(yīng)的解決措施不斷提高水管質(zhì)量，有效提高水管的防火能力。

3.1.2 利用BIM技術(shù)對消防供電設(shè)備運行參數(shù)計算

在BIM技術(shù)的影響下，消防供電設(shè)備容量計算一般以S=IsUo為基本計算公式（S為總供電設(shè)備的實際容量；Is為實際需要發(fā)電量；Uo為直流測空載體電壓），那么最終的計算公式為S=（S+SF+ΔS）/2（S為消防供電設(shè)備的總功率；SF為其他設(shè)備用電功率；ΔS為牽引網(wǎng)絡(luò)功率損失）。在開展防火監(jiān)督的工作中，主要是對整個容量計算進(jìn)行檢驗，根據(jù)供電設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的有效電流以及充分利用牽引變壓器中的過載能力，計算出校核容量的數(shù)值，從而確保變壓器能夠安全運行下去，同時需要考慮變壓器負(fù)荷潛力所出現(xiàn)的原因，最終決定出變壓器負(fù)荷能力的依據(jù)。

3.2 實現(xiàn)技術(shù)交底

通過對BIM技術(shù)的有效利用，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑審批與監(jiān)管環(huán)節(jié)中對建筑消防設(shè)施部分的技術(shù)交底問題。以往在這些工作環(huán)節(jié)中，需要將審批后的圖紙以及電子版?zhèn)鹘o防火監(jiān)督人員，并且對消防設(shè)施的運行情況進(jìn)行檢查。隨著高層建筑數(shù)量的不斷增多，設(shè)計難度也逐漸增加。如果還在沿用傳統(tǒng)的審核方法，采用紙質(zhì)查閱的方式，那么會直接提升審核人員的工作量，降低工作效率。而BIM技術(shù)建立的建筑模型包含建筑的各項構(gòu)造及性能信息，是信息內(nèi)容與模型的結(jié)合體。通過建立完善的建筑模型，可以讓防火監(jiān)督人員更加直接地觀看到各種建筑信息，有利于監(jiān)督人員快速制訂各種防火預(yù)案[2]。

3.3 利用FDS軟件相結(jié)合

FDS火災(zāi)模擬軟件具體分為兩個部分，分別為FDS以及SOMKERVIEW。其中，F(xiàn)DS為主要部分，主要對建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，并且計算每個部位的具體位置。而SOMKERVIEW是FDS計算結(jié)果后的處理程序，除了能分析防火設(shè)施的安放位置，還能顯示火勢蔓延的情況，通過BIM技術(shù)可以將這些數(shù)據(jù)通過2D或者3D的形式顯示出來。輸入的數(shù)據(jù)包括建筑物的室內(nèi)環(huán)境溫度、建筑物室內(nèi)燃燒情況以及煙霧蔓延情況等。現(xiàn)如今許多高層建筑都加強了對FDS軟件的火災(zāi)現(xiàn)場模擬，利用該軟件提供的實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與BIM技術(shù)產(chǎn)生一定關(guān)聯(lián)，可以利用BIM虛擬現(xiàn)實技術(shù)為火災(zāi)制訂救援方案提供思維指導(dǎo)。從應(yīng)用效果來看，利用FDS建立的建筑模型更加直觀，可以為相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇提供參考，尤其是在人員密集場所，通過對虛擬現(xiàn)實軟件利用，使防火監(jiān)督人員能夠在3D場景中任意建立模型，提前規(guī)劃人員逃生通道，設(shè)計出合理的疏散路徑，計算出正確合理的疏散時間，并分析疏散過程的可行性，使實驗數(shù)據(jù)更加真實可靠。

3.4 制訂較為完善的應(yīng)急疏散預(yù)案

在制訂應(yīng)急疏散預(yù)案的過程中，需要利用應(yīng)急疏散預(yù)案軟件PATHFINDER。將建筑物內(nèi)各種存在的大型活動導(dǎo)入該軟件的數(shù)據(jù)平臺中，可以生成的各種疏散路線，然后進(jìn)行可視化的疏散模擬，具有很好的導(dǎo)向性，其中最為重要的是可以幫助防火監(jiān)督人員制訂合理的疏散預(yù)案。利用BIM技術(shù)進(jìn)行人員疏散展示，可以提前計算出疏散時間，盡可能在最少的時間內(nèi)完成人員疏散。另外，該軟件還可以幫助消防救援人員快速了解建筑物內(nèi)的情況，為相關(guān)人員展開應(yīng)急疏散培訓(xùn)[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要對高層建筑消防隱患問題類型以及BIM技術(shù)在防火監(jiān)督工作中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。我國對BIM技術(shù)的研究有很大的提升，但是在建筑防火設(shè)計以及防火監(jiān)督領(lǐng)域中仍然有很大的發(fā)展空間。為此，防火監(jiān)督人員需要加強對BIM技術(shù)的應(yīng)用，加強對數(shù)據(jù)模塊的使用，不斷整合建筑資源，加強對消防設(shè)備的管理，建立更加完善的綜合應(yīng)用平臺，增強高層建筑的安全屬性，保證人民群眾的人身與財產(chǎn)安全。