BIM技术在建筑消防工程中的应用前景

发布时间:2020-05-14 12:48:30

消防工程作为建筑工程的重要组成部分,贯穿于建筑设计、施工、运行和维护的全生命周期。本文围绕BIM技术的特点,探讨了BIM技术在消防行业各个阶段应用的可能性,以期利用BIM技术提高消防设计、施工验收和消防安全管理的精细化水平,进而提高建筑消防安全用水的整体水平。

消防工程作为建筑工程的重要组成部分,贯穿于建筑设计、施工、运行和维护的全生命周期。本文围绕BIM技术的特点,探讨了BIM技术在消防行业各个阶段应用的可能性,以期利用BIM技术提高消防设计、施工验收和消防安全管理的精细化水平,进而提高建筑消防安全用水的整体水平。

1、 消防设计阶段

传统的消防设计审查首先要了解建筑的基本情况,这就需要对建筑的总平面、平面、立面、剖面进行审查,获取建筑的二维信息,通过二维图纸想象出建筑的三维特征,然后回顾了建筑消防设计的符合性,以一个50层的超高层建筑工程为例,其主要图纸多达200张纸。消防审批部门需要审核每张图纸。这种传统的审查方法是一种反向推送和重复的工作,可以将二维图形恢复为三维建筑几何图形。不仅效率低下,而且容易遗漏一些细节,造成先天性火灾隐患。与传统的CAD绘图相比,BIM模型是一种高度可视化的工具。建设项目评审人员可以从任何角度查看专业的三维模型,直观地解读设计师的意图。利用BIM模型,评审人员可以更加关注技术评审,提高设计评审的效率和准确性。例如,在检查总平面布置的符合性时,传统的审核模式需要逐个测量建筑物之间的防火间距、消防车道宽度、转弯半径、场地坡度等参数。在BIM模式下,审计师只需合理设置审计规则,软件可以自动计算出相应的参数指标,并与设定的规范限值进行比较,对不符合规定的设计进行自动标注,大大简化了审核过程,提高了审批效率。

BIM技术可以在使用消防设计评审后,将工程设计的各个阶段(概念、方案、扩展)的所有相关信息加入到模型中,形成工程信息数据库,通过网络充分共享,实现信息的无损传输。

随着工程建设项目规模需求的不断增加,对结构形式和建筑外观的追求越来越复杂,企业和项目面临着巨大的风险问题,尤其是火灾风险。BIM技术的出现极大地提高了设计质量和效率,能够有效地克服上述风险。例如,在一些大型商业综合体中,往往需要大量的中庭共享空间来营造宽敞明亮的购物空间。根据规范,这些共享空间可设计为中庭或带吊顶的室内步行街。通过BIM模型,建筑师可以在方案阶段提前对其进行比较和优化,并根据项目方案的需要选择最合适的方案,避免后期的设计颠覆。在施工图阶段,设计人员还可以利用BIM模型对防火分区、疏散走道宽度、楼梯位置等进行分析和优化,大大提高了消防设计的质量和效率。

随着我国经济的快速发展,近年来出现了城市综合体、候车楼、造船等大型交通枢纽。由于使用功能的需要,这些建筑具有体积大、空间大的特点,往往难以按照现行规范进行防火设计。此类建筑通常需要采用基于防火性能的设计方法,并通过软件火灾模拟完整性来分析建筑的安全性。以往的火灾模拟通常采用FDS程序实现。FDS程序使用其他三维建模软件和pyrosim等网格生成工具来处理更复杂的几何场景。但是,由于软件本身的局限性,所有的模型和构件信息,建筑材料参数都必须重新定义,往往会进行一些简化。模型的准确性直接影响到仿真结果的可信度。

BIM模型是一种利用虚拟建筑构件来表达真实建筑构件的数字建筑。所有内容都以独特的构件形式存在,如墙、梁、楼板、屋顶、门、窗等。每个构件都有其相应的尺寸和信息内容。将建筑信息模型直接转化为火灾模型,提高了火灾软件仿真的准确性和可信度,大大节省了二次建模时间,提高了建模效率。

2、 消防施工验收阶段

消防工程是一项系统工程,包括水、暖、电等专业。传统的消防设计过程是水、暖、电各专业在建筑师的初步设计图纸上进行设备施工图设计。各专业设计图纸发生冲突后,通过协调会等形式相互条件修改,最终生成二维施工图。在这一阶段,由于缺少施工方参与的承包商,施工中遇到的问题将再次与设计单位协调沟通。整个过程工作量大,容易出现错误和遗漏。通过BIM的协同设计理念,各学科可以在同一个模型中进行设计,实现即时交流。同时,承包人和施工方可参与模型设计阶段,对变更方案进行检查和评价,避免因缺乏沟通而引起的二次设计变更,提高设计效率,降低工程造价。

第一次模拟考试的核心是建立虚拟建筑的三维模型,并利用数字技术为模型提供完整、一致的施工信息数据库。信息库不仅包含了描述建筑结构构件的几何信息,还包含了BIM材料燃烧、发热和发烟的详细参数。通过该模型,我们可以帮助材料检验机构分析建筑各区域的火灾风险,确定需要进行燃烧性能测试的建筑构件和装饰材料的危险区域和范围,同时,利用BIM数据库可以自动导出和生成零部件/材料清单,清单中应包括材料的燃烧特性、使用位置和使用量。该清单还可作为材料检验的依据,不仅提高了工作效率,而且有助于检验/审批机构加深对项目的了解,降低审批火灾的风险。

传统的消防验收通常是由验收人员根据竣工图对建筑物的各单项、分项工程按一定比例进行抽查,按照消防验收评定规则进行验收。这一过程主要依靠验收人员的工作经验进行现场评定。由于场地和时间的限制,往往无法对建设项目进行全面验收,容易出现遗漏和误解的情况。通过BIM模型,消防验收人员可以指挥前端验收辅助人员到达指定位置,避免依靠二维图纸沟通容易被误解的情况,并能直观地将实际消防施工图与BIM模型进行对比,以便对火灾施工与设计的符合性有一个清晰的认识,并将模型作为验收资料存档备查

3、 火灾操作阶段

目前,消防运行管理中存在两个最为严重的问题:运行阶段与前期的“信息断绝”,运行维护过程中数据之间的“信息孤岛”。在设计阶段,有一套消防设计理念和策略;在运行阶段,又有一套消防设计理念和策略,即“信息断线”问题。对于大型建设单位,如机场/火车站/游乐园等人口密集场所,消防运行管理需要面对多个部门,在紧急情况下往往无法及时沟通,即存在“信息断线”问题。BIM模型中存储的建筑信息不仅包含了建筑的几何信息,还包含了大量的建筑性能信息。它是信息和模型的结合。利用该模型,可以将运营初期的建筑信息直接传递到运营阶段。在运营阶段,可以根据特定运营商的管理要求,建立基于BIM模型的运营平台,存储运营信息,业务流程的所有数据信息都可以通过该平台由各部门共享和协同工作。消防运行管理部门可根据实际需要,根据BIM技术定制以下应用:

通过第三方设备建立统一的通信接口,采集建筑物内所有消防设备的运行参数和状态信息,如消防给水管网压力、消防供电设备、消防水泵/风机运行参数和状态等,在BIM模型中完整、准确地存储,便于运营商各部门专业人员通过统一的平台进行监控和管理,避免了“信息孤岛”的问题。

火灾过程和人员疏散的仿真分析是数字化规划的必要组成部分。在建筑消防设计阶段,对建筑进行了火灾现场模拟,模拟结果可直接使用,避免了“信息断流”的问题。同时,在建筑使用过程中,如果建筑结构、功能和建筑材料发生变化,新兴的数据库可以同步更新,从而使火灾现场模拟更加方便。

利用BIM虚拟现实技术,为数字化规划提供多维表达。建筑火灾模拟过程可以直观地展现出来,使公众能够快速了解和熟悉规划。

BIM模型所包含的信息能够满足建筑全生命周期的需求,实现绿色理念。通过BIM平台,可以进行虚拟现实和可视化的消防安全研究,如人口密集地区的应急疏散策略研究。通过虚拟现实软件,设计人员可以在三维场景中自由漫游,人机交互,检查疏散通道设计是否存在缺陷。基于BIM模型,可以对节假日、活动、集会等大型群众性活动进行可视化疏散仿真。它具有前瞻性,可以帮助运营管理人员科学制定疏散方案,而不是进行大规模的疏散演练,检验疏散方案。

缩短从火灾到消防人员到达的时间,是扑灭大型公共建筑初期火灾、防止小型火灾引发重大灾害的关键,对于人口密集的大型公共建筑尤为重要。大型公共建筑是消防的重点单位。进入火灾状态后,城市消防指挥中心可以在BIM数据库中提取建筑物的空间结构,并在虚拟城市平台中显示建筑物的位置、周边路况、消防车道、消防泵位置、火灾报警位置等信息。BIM数据格式用于信息传输和提取。救援信息可以在不同平台之间快速、无损地传递。相关救援人员可通过BIM模型直接查看所需内容。各种信息的快速准确传递和参考,进一步缩短了火灾报警、消防部门接警、出警、救援人员到达现场开展救援工作的时间,提高指挥中心的快速反应能力和消防队的消防救援效率。

BIM技术在建筑行业的成熟应用,还有赖于我国建筑信息化政策的大力支持和技术标准的进一步规范统一。BIM本身是一种技术性软件,其推广和市场化与其他软件一样,既要注重后台服务器的开发,也要注重前端用户界面的开发。本文主要讨论行业用户的基本需求。后台服务器的支持还取决于BIM软件平台的总体开发(具有消防和其他建筑分区类型的接口)以及消防同行对基于BIM的消防专业软件的二次开发。