BIM技术在建筑消防工程的应用

消防工程作为建筑工程的重要一环，贯穿建筑设计、施工及运营维护整个生命周期，笔者根据消防工程多年的实践经验围绕BIM技术特点展开探讨BIM技术在消防行业各阶段可能的应用，抛砖引玉，以利用BIM技术提升消防设计、施工验收、消防安全管理的精细水平，进而提高建筑的整体消防安全水平。

一、消防设计阶段

1.消防设计复核

传统的消防设计复核首先要了解建筑的基本情况，这就需要复核建筑的总平面图、平面图、立面图、剖面图来获取建筑的二维信息，通过二维的图纸在脑海中想象出三维的建筑特征，再对建筑消防设计的合规性进行审查，拿一栋50层的超高层项目来说，其主要的图纸就多达200份，消防审批部门需要针对每张图纸进行审查，这种传统的复核方式是一种逆推式的重复工作，将二维图纸还原出三维的建筑几何体，不仅效率低下而且容易遗漏部分细节，导致先天性消防隐患的产生。

与传统CAD绘图相比，BIM模型是一种高度可视化的工具，建设工程审核人员可以从任一角度查看专业的三维模型，直观地读取设计者的意图，借助BIM模型，复核人员能够将更多精力集中于技术性审查，提高设计审查的效率和准确性。如在进行总平面布局合规性检查时，传统审核模式需要逐一测量建筑之间的防火间距，消防车道宽度、转弯半径、场地坡度等等参数，BIM模式下，审核人员只需要合理设置审查规则，软件就可以自动计算出相应参数指标并与设置的规范极限值进行比较并自动标注出不符合规定的设计，大大简化复核流程，提高审批的效率。

BIM技术运用消防设计复核后，还可以在工程设计的不同阶段（概念、方案、扩初）向模型中添加工程的所有相关信息，形成一个工程信息数据库，并通过网络充分共享，以达到信息的无损传递。

 

2.消防设计优化

随着人们对工程建设项目规模的需求日益扩大，追求的结构形式与建筑外观愈加复杂，企业和项目都面临着巨大的风险问题，尤其是消防风险。BIM技术的出现极大提高了设计质量和设计效率，并能有效克服上述风险。比如一些体量较大的商业综合体，其内部往往需要设置数目众多的中庭共享空间来营造宽敞明亮的购物空间，按照规范可以将这些共享空间设计为中庭或者带顶棚的室内步行街，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，选择最适合项目需求的方案，避免后期设计颠覆。而到了施工图阶段，设计师还可以利用BIM模型对防火分区划分，疏散走道宽度、楼梯位置等进行分析和优化，极大的提高了消防设计的质量和设计效率。

3.特殊消防设计分析

随着我国经济的快速发展，近年来出现了城市综合体、候机车船楼等大型交通枢纽，这些建筑因使用功能的需要，具有体量及空间巨大等特点，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消防性能化设计的方法，通过软件火灾模拟来分析建筑的安全性。以往的火灾模拟通常采用FDS程序来实现，FDS程序再借助其它三维造型软件和网格生成工具如Pyrosim来处理较为复杂的几何场景，但由于软件本身的局限性，所有的模型和构件信息、建筑材料参数必须重新定义，往往还会进行一些简化，模型的精度直接影响模拟结果的可信度。

BIM模型是数字化的建筑中用虚拟建筑构件表达现实中建筑物的构件，所有内容都是以独有的构件形式存在，比如墙、梁、楼板、屋顶、门、窗等。每个构件都有相应的尺寸与信息内容，将建筑信息模型直接转换为火灾模型以提高软件模拟火灾的精确性及可信度，并大大节省二次建模的时间提高建模效率。

二、消防施工验收阶段

1.设计变更校核/碰撞检查

消防工程是一个系统工程，包含水、暖、电等专业，传统的消防设计流程是水、暖、电各专业在建筑师初步设计图纸上进行设备施工图设计，各专业设计的图纸之间发生冲突之后，通过协调会等形式相互提条件修改最终生成二维施工图纸，这个阶段由于缺少承包方和施工方的参与，在施工中遇到的问题又将重新与设计单位进行协调沟通，整个过程的工作量大且容易出现错漏现象。而通过BIM的协同设计理念，各专业在同一个模型中进行设计，可以进行即时交流，同时，承包方和施工方能够在模型设计阶段参与，能够对变更方案进行校核评估，从而避免由于缺少沟通所造成的二次设计变更，提高设计效率，降低工程造价。

2.材料检测

BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这一模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库，该信息库不仅完整包含了描述建筑物构件、装修材料的几何信息还包括这些材料的燃烧性能、发热量、产烟率等详细参数,通过这个模型可以协助材料检验机构对建筑各区域的火灾危险性进行分析，确定危险区域及需要进行燃烧性能测试的建筑构件及装修材料范围，同时利用BIM数据库还可以自动导出并生成构件/材料清单，该清单应包括材料的燃烧属性、使用位置以及使用量，这份清单还可以作为材料送检的依据，不仅提高了工作效率，还能帮助检验/审批机构加强对项目了解，降低消防审批风险。

 

3.竣工验收

传统的消防验收通常由验收人员对照竣工图纸根据消防验收评定规则对建筑各单项、分项工程按照一定的抽查比例进行验收，其过程主要依靠验收人员的工作经验进行现场评判，受场地及时间限制往往无法对建筑工程进行全面的验收检查，容易出现遗漏及误解的情况。通过BIM模型，消防验收人员可以指挥前方验收辅助人员达到指定位置，即可避免依靠二维图纸沟通容易出现误解的情况，又可直观进行实际消防施工情况画面与BIM模型的比对，对消防施工与设计的吻合度一目了然，而且该模型可作为验收资料进行存档便于日后查看。

 

三、消防运营阶段

1.协助后期消防运营管理

现阶段消防运营管理存在最严重的两大问题：运营阶段与前期的“信息断流”问题，运维过程中的各数据之间“信息孤岛”问题。设计阶段一套消防设计理念及策略，运营阶段又是另一套理念及策略即存在“信息断流”问题，对于大型的建筑单位如机场/火车站/游乐场等人员密集场所，消防运营管理需要面对各式各样的部门，紧急情况下往往无法及时沟通，即存在“信息断流”问题。而BIM模型的所存储的建筑物信息，不仅包含建筑物的几何信息，还包含大量的建筑性能信息，是信息和模型结合，利用该模型可直接将运营前期的建筑信息直接传递到运营阶段，在运营阶段可根据具体运营方的管理要求创建基于BIM模型的操作平台，该平台储存了运营过程的全部数据信息，各部门可通过该平台共享数据信息，协同工作。消防运营管理部门可根据实际需求基于BIM技术定制以下应用：

1)消防设备状态监测联动控制

通过第三方设备建立统一的通讯接口采集建筑内所有消防设备的运行参数及状态信息，如消防给水管网压力，消防供电设备，消防水泵/风机的运行参数及状态等，这些信息被完整准确的存储在BIM模型内，方便运营方各部门各专业人员通过统一平台进行监控管理，避免了“信息孤岛”问题。

2)火灾工况模拟分析

对建筑内火灾发生的过程和人员疏散的模拟分析，是数字化预案制定的一个必要环节。建筑消防设计阶段已对建筑进行了火灾场景仿真，仿真结果可直接使用，避免“信息断流”问题。同时，建筑在使用过程中，如出现建筑结构、功能和建筑材料的变化，数据库内的新兴可同步更新，再进行火灾场景仿真也变得较为便捷。

3)数字预案表达与检验

利用BIM虚拟现实技术，为数字化预案提供多维的表达方式。建筑火灾模拟过程可直观的显示，便于公众人员快速理解并熟悉预案。

2.辅助消防安全课题研究

BIM模型所包含的信息能满足建筑全生命周期的需要，实现绿色理念。通过BIM平台，可以展开虚拟现实及可视化的消防安全专题研究，比如人员密集场所紧急疏散策略研究。通过虚拟现实软件，设计人员可在三维场景中任意漫游，人机交互，检验疏散通道的设计是否存在缺陷。基于BIM模型，可针对节假日、赛事、集会等大型群众性活动进行可视化的疏散模拟，具有前瞻性，能够协助运营管理人员科学的编制疏散预案，而不用举行大规模的疏散演练对疏散预案进行检验。

3.辅助消防救援指挥

缩短火灾发生到消防人员到达现场的时间是扑灭大型公共建筑初期火灾，防止小火酿成大灾的关键，这一点对人员密集的大型公共建筑尤为重要。大型公共建筑作为消防重点单位，进入火灾状态后，城市消防指挥中心可在BIM数据库中提取建筑空间结构后，在虚拟的城市平台内显示建筑所在地点、周边路况、消防车道、消防水泵位置、火警所在位置等信息。信息的传递与提取均采用BIM数据格式，救援信息可在各个平台间快速、无损的传递，相关救援人员可通过BIM模型直接查看所需内容。各类信息快速准确的传递与查阅，进一步缩短了从火灾报警、消防部门接警出警、救援人员到达现场展开救援工作的时间，提高指挥中心的快速接警能力和消防部队的火灾救援效率。

BIM在轨道交通中的应用

随着科学技术的不断发展,我国建筑行业的技术发展迅速，BIM技术是当前建筑工程领域中先进的应用技术之一，也是城市轨道交通工程未来发展不可或缺的重要支撑。

1、BIM简介

建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑学、工程学及土木工程的新工具，它是来形容那些以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。

 

BIM模型

2、工作流程

（1）熟悉工程图纸，利用Revit等软件完成建模工作；

（2）依据模型进行碰撞检测、工程算量、受力分析及4D模拟；

（3）接收甲方及顾问单位工程指令信息，及时调整BIM信息；

（4）为各部门管理人员快速提供相关数据（表、图形）；

（5）将有关工程建造过程发生的信息输入BIM模型；

（6）BIM的更新版本备份管理，为物业管理提供详实数据。

 

BIM应用工作流程

3、主要特点

（1）使用BIM技术可以通过虚拟的三维模型，把一个极其复杂的工程变成一种可视化的模型，设计、施工和管理人员能够借助这个模型全方位地了解整个工程的全部细节，并便于对工程进行合理的修改和调整。

（2）通过BIM技术可以得到最准确的工程基础数据，并可将工程基础数据分解到构件级和材料级，以便随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，并将各种对比数据与施工方、监理方、业主和有关管理人员同步共享，让各方互相进行有效的协调，全面掌控工程项目的各种问题和情况。

（3）通过BIM模块化的方式，在一个工程项目建立BIM信息之后，在保存信息模拟过程和积累经验的基础上，能够获得传统方式难以留存的知识和技能，以便在下一个类同的工程项目中加以引用，达到同样工作只做一次的“标准化”目标。

（4）利用BIM技术模拟实际施工的方式，在早期设计阶段中，就可以发现后期实际施工阶段会出现的各种问题，以便进行提前处理；在后期实际施工阶段中，可以对施工活动进行可行性指导，如施工方案以及人员、材料的合理配置和使用，从而在最大范围内实现各种资源的优化和合理运用。

（5）利用BIM技术可以十分便捷地获得工程图样和图纸，这种利用计算机制作的工程图样和图纸不但可以节省大量的绘图时间和人工，而且还能依据各种施工的实际需求绘制出多维空间、多种形式的工程图样和图纸。

4、应用价值

BIM在施工中的应用主要包括以下几个方面：各类工程模型的可视化展示、施工工艺、工序以及施工进度的模拟、机电专业的深化设计、施工成本的管理和数字化构件的加工等。

（1）城市轨道交通工程建设涉及多个单位和专业人员之间的相互配合，通过BIM软件可以将二维的平面图纸转化成更加生动直观的三维立体模型，人以真实感和直接的视觉冲击，能有效节省读图和汇报时间、便于非工程类专业人员理解设计及汇报意图，从而便于加强各参建单位之间的沟通质量和效率，更利于施工问题的解决。

 

轨道交通项目BIM模型

（2）降低施工图纸的识图误差。利用BIM的三维可视化功能再加上时间维度，可以提前对施工工艺和工序进行模拟，通过BIM施工模拟可以有效发现设计图纸施工过程中存在的问题，并及时在施工前与相关设计单位进行沟通处理，减少不必要的返工和人员、机械、材料的浪费，为施工单位制定更详尽的人员、机械、设备投入计划提供了有效支撑，为减少浪费和实现消耗控制提供了技术支撑。

 

地铁站BIM模型冲突与碰撞检查

（3）增进与业主的沟通能力。通过BIM的应用，可以随时随地、直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。

 

施工场地布置示意图

（4）积累施工经验。在运用BIM技术建立的建筑施工过程中，大量的数据信息都可以保存下来，其中不乏有传统施工管理方式中难以得到的数据信息和施工技巧等内容，这些难能可贵的经验积累，可为今后提高建筑工程施工水平提供有益的帮助。

（5）运用BIM技术的铁道建筑承建企业，可以把建筑工程施工的模拟模型及数据信息，在企业集团内部进行交流或共享，也可以出让给运营商和维护方，让BIM技术的优势在铁道建筑行业和铁路运营企业中得到发扬，创造更多的经济效益和社会效益。

 

运维提醒设置

（6）提高工程施工决策效率。通过BIM技术的运用，可以提升经济管理、风险管理和安全管理等数据源收集的效率，并能够通过集中信息处理方法，让信息传递、分发、分析和管理过程实现“标准化”、“电算化”和“精细化”，甚至可以运用传感器植入建筑物的方式，对建筑物进行全方位实时监控，从而提高工程施工决策效率，给传统的铁道建筑施工技术注入新的活力。

5、常用软件

目前国内使用较多的BIM设计软件主要有奔特力（Bentley）、欧特克（Autodesk）、达索系统（Dassault Systems），它们均有各自的BIM系统平台和数据交换接口，并提出了各自的解决方案。

Bentley在水电行业应用最为成熟，Autodesk在建筑上应用最多，DassaultSystems在航天、航空和汽车制造业应用广泛。以下从软件建模功能、软件接口及软件开放性等方面对BIM软件进行选型比较。Bentley系统以Microstation为统一的工程内容创建平台，此平台具有完备的各专业应用软件，包括建筑设计、结构设计、管道设计、土木工程、电气工程、地理信息、铁路等多个方面。

Autodesk是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，用于建筑设计、土地资源开发、生产、公用设施、通信、媒体和娱乐多个行业。在二维 CAD领域，Autodesk占据了绝对的霸主地位，三维建筑设计中，以Revit系列产品为主。

Dassault Systems是世界产品生命周期管理解决方案的领航者 ，CATIA和 SolidWorks都是其推出的三维设计产品。

 

软件特点对比

建筑运维管理BIM技术在民用机场中的应用

BIM运维特色

2.1信息齐全完善

包含建筑运营数据信息、建筑空间与位置信息、设备属性信息和运行维护信息，不同专业系统的关联信息等，实现建筑运维的可视化的运维管理。

2.2全新管理与运维管理模式

基于BIM建筑模型所携带的数据信息，通过信息化手段与互联网思维模式，协助管理人员更好的实现“三保”服务与设备设施的运行维护管理服务，保证建筑内部的正常运转。

2.3运维管理全生命周期的持续有效

BIM模型为建筑全生命周期的管理提供了基础，基于建筑内部的每一个物体，相对应的各类数据都可以与模型产生关联，永久的存储于BIM运维平台中。

2.4丰富监控手段

丰富了传统的纯数字化的监控方式，将平面化的展示形式转换为立体三维空间的展现方式，基于3D空间，所见即所得，实现全新的管理理念与管理模式。

2.5系统集成性优势明显

借助建筑BIM模型三维空间管理的优势,以BIM模型作为数据与系统集成的载体，通过平台中的IBMS模块，实现各个系统之间横向的数据关联与信息的联动，对同一现象，协调多个系统进行反应，为管理者提供多方位的监控与管理的手段。

2.6为建筑优化分析提供手段

基于BIM模型与建筑运营数据信息，结合算法与设备运行规律实现建筑性能优化分析，为建筑的节能与健康运营提供依据。

基于BIM的设施运维管理系统在民用机场中的应用

3.1技术路线

通过三维BIM图形平台整合BIM建筑模型、BIM机电模型、施工资料、运维资料、设备信息、监控信息、规范信息等图形及信息数据。在三维图形平台基础上，基于SOA体系进行设计开发，实现基于BIM的三维可视化运维管理（FM）系统。

3.2总体架构

 

图1 FM总体框架图

系统总体架构包括应用层、平台层、数据层和设施层四个层次，相互形成一个有机的整体。

应用层：是系统的直接面向客户的应用部分，系统的主要功能都集中在这一层。

平台层：即整个系统应用的支撑平台，包含：三维图形及BIM信息支撑平台、楼宇自控、安防视频监控平台等。

数据层：是整个系统的数据来源基础。包括BIM模型数据、设备参数信息、设备运维信息、运维知识库等，视频监控、能耗监测及楼宇自控等数据是需要集成的数据，可调用设备商提供的数据访问接口。

设施层：基础软硬件支撑，是前面几层的基础，是系统24*7全天候无故障运行的保证基础。

3.3功能模块

 

图2 FM功能模块图

BIM运维功能说明

4.1构建各类设备的全生命周期管理体系

（1）实现设备基本信息的综合管理与查询，如各类基本属性信息、空间位置信息、图档资料等，实现BIM运维平台与云端业务的统一化管理；

（2）基于BIM运维平台，选择相应的设备，可快速获取该设备全生命周期整体记录，包括基本信息、维护信息、保养信息、维修信息等，方便运维管理人员准确定位查看；

（3）方便管理人员现场应用，融合移动终端的管理模式，可快速实现工单查询与处理、基于二维码的巡检与保养的现场记录等。

 

4.2安全管理

以三维可视化BIM模型为基础，集成视频监控、入侵报警、门禁监控等系统，实现各系统之间的实时联动，结合BIM模型自动定位到异常空间位置，自动调取视频监控，达到智能化安防管理的目的。

 

4.3业务工单

实现了服务O2O流程贯穿，系统派单效率高效；报表自动生成；具体业务实现可以按照“抢单”、“按单结算”、“外包管控”等模式进行定制化设计。

 

4.4物联网集成

机器人自动巡检：目前民用机场主要采用人工巡检作业方式，即采用人工巡视、手工记录的模式对运维系统中的设备、设施进行检查。传统人工巡检方式存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等不足，人工检测的数据也无法准确、及时地接入管理信息系统。并且，随着无人值守模式的推广，巡视工作量越来越大，巡检到位率、及时性无法保证。此外，在恶劣天气条件下，人工巡检还存在较大安全风险。大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨等恶劣天气下，也无法及时进行巡检。因此，基于BIM设施运维管理系统，利用云计算、物联网技术，实现机器人自动巡检的应用研究是非常必要的。

巡检机器人主体一般由激光传感器、云台， 高清摄像头、红外热像仪、超声传感器、控制机箱、安全停障模块、底盘模块等核心设备和其他辅助设备组成。智能巡检机器人都配备四轮独立驱动的底盘， 以便实现直行和转弯等功能， 具备较强的路况适应能力， 在特殊复杂环境中也能实现无死角检测。激光传感器用于机器人扫描周围环境， 实现机器人的定位。云台用于控制高清摄像头与红外热像仪在巡检过程中的拍摄角度。可见光摄像仪可实现快速、准确地拍摄被巡视或检测设备图像或视频。红外热像仪则可获取设备精确的红外热像图， 用于提前发现异常情况， 避免故障扩大和加重。超声传感器可实现对高位以及低矮障碍物的识别，远距离超声停障和近距离碰撞停障感应装置， 用于确保机器人在巡检过程中， 不因撞击障碍物而受到伤害。充电装置用于机器人自主充电， 可实现出库巡检， 进库充电全程无需人工参与。基于BIM设施运维管理系统的监控平台通过网络实现与微气象站的数据交互， 实时获取民用机场户外环境数据， 包括温度、湿度、风速及降水等信息， 通过系统针对不同天气环境对巡检机器人的外部辅助硬件进行配置， 提高巡检机器人的任务适应性能。

         

4.5能耗管理

通过能耗分析软件与实时采集数据相结合，可以协助技术人员拟定节能计划和节能方案。