BIM技術在建筑消防工程中的應用前景

發布時間:2020-05-14 12:48:30

消防工程作為建筑工程的重要組成部分,貫穿于建筑設計、施工、運行和維護的全生命周期。本文圍繞BIM技術的特點,探討了BIM技術在消防行業各個階段應用的可能性,以期利用BIM技術提高消防設計、施工驗收和消防安全管理的精細化水平,進而提高建筑消防安全用水的整體水平。

消防工程作為建筑工程的重要組成部分,貫穿于建筑設計、施工、運行和維護的全生命周期。本文圍繞BIM技術的特點,探討了BIM技術在消防行業各個階段應用的可能性,以期利用BIM技術提高消防設計、施工驗收和消防安全管理的精細化水平,進而提高建筑消防安全用水的整體水平。

1、 消防設計階段

傳統的消防設計審查首先要了解建筑的基本情況,這就需要對建筑的總平面、平面、立面、剖面進行審查,獲取建筑的二維信息,通過二維圖紙想象出建筑的三維特征,然后回顧了建筑消防設計的符合性,以一個50層的超高層建筑工程為例,其主要圖紙多達200張紙。消防審批部門需要審核每張圖紙。這種傳統的審查方法是一種反向推送和重復的工作,可以將二維圖形恢復為三維建筑幾何圖形。不僅效率低下,而且容易遺漏一些細節,造成先天性火災隱患。與傳統的CAD繪圖相比,BIM模型是一種高度可視化的工具。建設項目評審人員可以從任何角度查看專業的三維模型,直觀地解讀設計師的意圖。利用BIM模型,評審人員可以更加關注技術評審,提高設計評審的效率和準確性。例如,在檢查總平面布置的符合性時,傳統的審核模式需要逐個測量建筑物之間的防火間距、消防車道寬度、轉彎半徑、場地坡度等參數。在BIM模式下,審計師只需合理設置審計規則,軟件可以自動計算出相應的參數指標,并與設定的規范限值進行比較,對不符合規定的設計進行自動標注,大大簡化了審核過程,提高了審批效率。

BIM技術可以在使用消防設計評審后,將工程設計的各個階段(概念、方案、擴展)的所有相關信息加入到模型中,形成工程信息數據庫,通過網絡充分共享,實現信息的無損傳輸。

隨著工程建設項目規模需求的不斷增加,對結構形式和建筑外觀的追求越來越復雜,企業和項目面臨著巨大的風險問題,尤其是火災風險。BIM技術的出現極大地提高了設計質量和效率,能夠有效地克服上述風險。例如,在一些大型商業綜合體中,往往需要大量的中庭共享空間來營造寬敞明亮的購物空間。根據規范,這些共享空間可設計為中庭或帶吊頂的室內步行街。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,并根據項目方案的需要選擇最合適的方案,避免后期的設計顛覆。在施工圖階段,設計人員還可以利用BIM模型對防火分區、疏散走道寬度、樓梯位置等進行分析和優化,大大提高了消防設計的質量和效率。

隨著我國經濟的快速發展,近年來出現了城市綜合體、候車樓、造船等大型交通樞紐。由于使用功能的需要,這些建筑具有體積大、空間大的特點,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基于防火性能的設計方法,并通過軟件火災模擬完整性來分析建筑的安全性。以往的火災模擬通常采用FDS程序實現。FDS程序使用其他三維建模軟件和pyrosim等網格生成工具來處理更復雜的幾何場景。但是,由于軟件本身的局限性,所有的模型和構件信息,建筑材料參數都必須重新定義,往往會進行一些簡化。模型的準確性直接影響到仿真結果的可信度。

BIM模型是一種利用虛擬建筑構件來表達真實建筑構件的數字建筑。所有內容都以獨特的構件形式存在,如墻、梁、樓板、屋頂、門、窗等。每個構件都有其相應的尺寸和信息內容。將建筑信息模型直接轉化為火災模型,提高了火災軟件仿真的準確性和可信度,大大節省了二次建模時間,提高了建模效率。

2、 消防施工驗收階段

消防工程是一項系統工程,包括水、暖、電等專業。傳統的消防設計過程是水、暖、電各專業在建筑師的初步設計圖紙上進行設備施工圖設計。各專業設計圖紙發生沖突后,通過協調會等形式相互條件修改,最終生成二維施工圖。在這一階段,由于缺少施工方參與的承包商,施工中遇到的問題將再次與設計單位協調溝通。整個過程工作量大,容易出現錯誤和遺漏。通過BIM的協同設計理念,各學科可以在同一個模型中進行設計,實現即時交流。同時,承包人和施工方可參與模型設計階段,對變更方案進行檢查和評價,避免因缺乏溝通而引起的二次設計變更,提高設計效率,降低工程造價。

第一次模擬考試的核心是建立虛擬建筑的三維模型,并利用數字技術為模型提供完整、一致的施工信息數據庫。信息庫不僅包含了描述建筑結構構件的幾何信息,還包含了BIM材料燃燒、發熱和發煙的詳細參數。通過該模型,我們可以幫助材料檢驗機構分析建筑各區域的火災風險,確定需要進行燃燒性能測試的建筑構件和裝飾材料的危險區域和范圍,同時,利用BIM數據庫可以自動導出和生成零部件/材料清單,清單中應包括材料的燃燒特性、使用位置和使用量。該清單還可作為材料檢驗的依據,不僅提高了工作效率,而且有助于檢驗/審批機構加深對項目的了解,降低審批火災的風險。

傳統的消防驗收通常是由驗收人員根據竣工圖對建筑物的各單項、分項工程按一定比例進行抽查,按照消防驗收評定規則進行驗收。這一過程主要依靠驗收人員的工作經驗進行現場評定。由于場地和時間的限制,往往無法對建設項目進行全面驗收,容易出現遺漏和誤解的情況。通過BIM模型,消防驗收人員可以指揮前端驗收輔助人員到達指定位置,避免依靠二維圖紙溝通容易被誤解的情況,并能直觀地將實際消防施工圖與BIM模型進行對比,以便對火災施工與設計的符合性有一個清晰的認識,并將模型作為驗收資料存檔備查

3、 火災操作階段

目前,消防運行管理中存在兩個最為嚴重的問題:運行階段與前期的“信息斷絕”,運行維護過程中數據之間的“信息孤島”。在設計階段,有一套消防設計理念和策略;在運行階段,又有一套消防設計理念和策略,即“信息斷線”問題。對于大型建設單位,如機場/火車站/游樂園等人口密集場所,消防運行管理需要面對多個部門,在緊急情況下往往無法及時溝通,即存在“信息斷線”問題。BIM模型中存儲的建筑信息不僅包含了建筑的幾何信息,還包含了大量的建筑性能信息。它是信息和模型的結合。利用該模型,可以將運營初期的建筑信息直接傳遞到運營階段。在運營階段,可以根據特定運營商的管理要求,建立基于BIM模型的運營平臺,存儲運營信息,業務流程的所有數據信息都可以通過該平臺由各部門共享和協同工作。消防運行管理部門可根據實際需要,根據BIM技術定制以下應用:

通過第三方設備建立統一的通信接口,采集建筑物內所有消防設備的運行參數和狀態信息,如消防給水管網壓力、消防供電設備、消防水泵/風機運行參數和狀態等,在BIM模型中完整、準確地存儲,便于運營商各部門專業人員通過統一的平臺進行監控和管理,避免了“信息孤島”的問題。

火災過程和人員疏散的仿真分析是數字化規劃的必要組成部分。在建筑消防設計階段,對建筑進行了火災現場模擬,模擬結果可直接使用,避免了“信息斷流”的問題。同時,在建筑使用過程中,如果建筑結構、功能和建筑材料發生變化,新興的數據庫可以同步更新,從而使火災現場模擬更加方便。

利用BIM虛擬現實技術,為數字化規劃提供多維表達。建筑火災模擬過程可以直觀地展現出來,使公眾能夠快速了解和熟悉規劃。

BIM模型所包含的信息能夠滿足建筑全生命周期的需求,實現綠色理念。通過BIM平臺,可以進行虛擬現實和可視化的消防安全研究,如人口密集地區的應急疏散策略研究。通過虛擬現實軟件,設計人員可以在三維場景中自由漫游,人機交互,檢查疏散通道設計是否存在缺陷。基于BIM模型,可以對節假日、活動、集會等大型群眾性活動進行可視化疏散仿真。它具有前瞻性,可以幫助運營管理人員科學制定疏散方案,而不是進行大規模的疏散演練,檢驗疏散方案。

縮短從火災到消防人員到達的時間,是撲滅大型公共建筑初期火災、防止小型火災引發重大災害的關鍵,對于人口密集的大型公共建筑尤為重要。大型公共建筑是消防的重點單位。進入火災狀態后,城市消防指揮中心可以在BIM數據庫中提取建筑物的空間結構,并在虛擬城市平臺中顯示建筑物的位置、周邊路況、消防車道、消防泵位置、火災報警位置等信息。BIM數據格式用于信息傳輸和提取。救援信息可以在不同平臺之間快速、無損地傳遞。相關救援人員可通過BIM模型直接查看所需內容。各種信息的快速準確傳遞和參考,進一步縮短了火災報警、消防部門接警、出警、救援人員到達現場開展救援工作的時間,提高指揮中心的快速反應能力和消防隊的消防救援效率。

BIM技術在建筑行業的成熟應用,還有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本身是一種技術性軟件,其推廣和市場化與其他軟件一樣,既要注重后臺服務器的開發,也要注重前端用戶界面的開發。本文主要討論行業用戶的基本需求。后臺服務器的支持還取決于BIM軟件平臺的總體開發(具有消防和其他建筑分區類型的接口)以及消防同行對基于BIM的消防專業軟件的二次開發。


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