BIM系统在楼宇自动化消防模拟中的应用★

李 娜 王自励

(宁夏建设职业技术学院，宁夏 银川 750021)

BIM系统在楼宇自动化消防模拟中的应用★

李 娜 王自励

(宁夏建设职业技术学院，宁夏 银川 750021)

随着BIM技术的高速发展，在工程前期规划、设计、施工以及运营中，BIM模型的关联性、协调性、模拟性以及可优化性在火灾分析、模拟、优化过程中发挥其巨大的优势。模拟建筑火灾时烟气的散播、火灾的发展，其结果中可以输出建筑物火灾时的温度、能见度等物理量的变化，人员疏散过程中疏散路径的优化等，为建筑各阶段防火减灾提供依据和参考，从而缩短工期、降低成本、提升效率。

BIM，楼宇自动化，消防模拟

BIM概念的提出由来已久，BIM技术应用的开发也是各个广义建筑软件厂家必占之高地，它的优势在于通过对所描述构件附以工程建设中所需要的属性，并以三维数字模型形式呈现，使得在规划、建设及运营过程中，不同阶段、不同部门、不同人员按照其需求可以从统一模型中提取各自所需的数据，依据权限实现数据共建、共享。所有的建筑构件、组件、系统之间都是相互联系、相互制约、互相影响的有机整体。摆脱了各幅图纸之间互相独立，一处修改张张修改的尴尬处境，BIM技术的发展使得这种尴尬得到有效的解决，一处修改处处跟着变化，材料消耗自动更新计算[1,2]。随着精细化施工的发展，在前期做好能耗分析、紧急疏散模拟、热传导的计算。

在运行阶段，防火及火灾逃生、地震人员疏散等日常紧急情况的处理方式，其多路径、多因素的复杂情况。使用人工推演的方法制定应急预案及逃生路径，无法获得或者很难获得在多因素约束下的最优逃生路径。BIM技术的出现使得此过程变的简单。可以利用计算机的高速计算，制定出紧急情况下合理的逃生路径。达到应急预案有模拟有分析有演练，做到临事而不慌、井然而有序，从而由粗放型往高效型进一步转变[3-5]。

1 FDS火灾模拟软件简介

FDS(Fire Dynamics Simulator)是由美国国家标准与技术研究院(NIST)开发出来的一款政府福利性免费软件,是火灾和疏散模拟分析类软件之中比较优秀的软件之一，其在可靠性、准确性以及稳定性上都能较好的反映客观实际。对火灾发生以及影响因素提供了详尽的输入接口。它也在火灾时烟雾播散速度、路径，对建筑结构在火灾温度场影响中，有现实的指导意义。

FDS模型主要由两大模块构成。一部分为分析计算部分，需要用户输入计算所需的建筑物信息，以及制约火灾发生的条件信息、火灾发展的约束信息、可供人员疏散的路径信息等。需要以文本命令流格式输入。第二部分为将第一部分计算输出的结果数据在后处理界面以动态画面演示出来，使得软件使用者直接了然的观察火灾的发展，从而推演在火灾时人员疏散路径的合理性，在人员疏散的路径上受火灾烟气、温度场的影响，从而确定在此路径上人员安全撤离的最晚时间。这是火灾应急预案需要确定的核心内容。随着计算者工程经验的积累、软件开发商对软件的完善，使得对火灾的模拟愈加准确。

2 BIM模拟的建立

由于FDS软件的输入参数需要文本格式输入，所以输入难度较大，而且输入过程无法可视无法检查输入参数是否正确，对使用者的要求较高。在本次建模过程中使用将Revit模型导成CAD文件，原本表示物体信息的图形随着输出格式的不匹配，出现构件信息丢失，可以利用现有的图形进行重新定义，简化前期建模的工作量，见图1。

Revit软件与Pathfinder软件数据互不兼容，通过CAD软件作为过渡，将CAD输出的DXF文件作为数据交换文件，再通过CAD过渡的过程中，构件的部分特性会丢失，所以需要在Pathfinder软件中重新赋予构件特性[5-9]。各层需要重新定义楼板及内墙障碍，根据《建筑设计防火规范》通过建筑面积计算疏散人数。定义人物移动速度为1.1 m/s～1.33 m/s以及人物肩宽45 cm～56 cm。

Pathfinder软件将人员定义为SFPE和Steering两种人员疏散模式。SFPE疏散模式人员的流动由各房间人员密度以及门的宽度两项参数控制，人员自动选择最近的出口疏散，疏散速度根据人员密度调整。Steering疏散模式采用高级算法，路径规划以及人员之间相互拥挤碰撞两种方式综合考虑的方式控制疏散人员的移动，同时在人员移动的过程中路径可以随着疏散人员与出口距离以及此条线路上人员的拥挤程度重新选择规划。

3 BIM模拟计算结果及分析

在火灾中，安全疏散时间是考量人员疏散的最关键参数。只有可用安全疏散时间(Available Safety Egress Time, ASET)大于人员安全疏散所需的时间(Required Safety Egress Time, REST)，人员才能安全的疏散出去。否则，则表明建筑防火设计存在一定的缺陷或者防火设计不能满足建筑物防火的需求或者不能满足《建筑设计防火规范》的要求。对于建筑设计者可以进一步调整防火分区的划分、防火设施的布置、疏散路径的优化。

人员所需安全疏散时间的确定因素与建筑物空间的分割、建筑物的用途、建筑物结构形式以及装饰材料、火源的性质、起火的位置、建筑物层高、建筑物内空气流通路径以及防火设施设备是否能按要求响应或动作、人员反应时间等都有关系，呈现多因素非线性关系。

软件模拟两种模式下疏散出人员的数量和疏散时间的关系如图2所示，在SFPE模式下，前90 s疏散人数达到617人，疏散速率达6.8人/s。除了一楼外，其他楼层因为共用楼梯导致楼梯间人员增加而拥挤，使疏散速率下降，在图2中反映出来曲线逐渐平缓，反映的实际问题就是疏散速率由于拥挤而下降。在Steering模式下由于在疏散路径上出现拥挤，人员会重新规划路径，使得疏散速率基本没有大的下降。两种模型都和实际的疏散过程有某种程度的不符合，由于人群有“随大流”现象，而且这种现象已经被荷兰奈梅亨大学(Radboud University)的一项试验表明是人类一种不可避免的生理现象，而且在紧急状态下身边人的行为被我们无意识的参照，所以软件模拟的结果是理想状态下的疏散时间，要综合两种计算模式并参照计算者的经验，确定人员的最终疏散时间。或者可以用软件模拟疏散时间乘以一个大于1的调整系数得到最终值。

可以使用BIM软件的计算速度优势，改变装饰材料、火源的性质、起火的位置、防火设施设备等因素，重新计算模拟，必要时可以使用正交试验方法，确定多因素模式下的火灾逃生机制。优化建筑的防火设计，来达到更优的建筑防火性能。

[1] 林国海,翟洪远,张司本.“十二五”国家科技支撑计划课题——保温、防火、结构一体化低能耗建筑技术[J].建设科技,2015(21):27-35.

[2] 任 荣.基于BIM技术的建筑消防系统优化[D].郑州:郑州大学,2015.

[3] 陈国良,曲 毅.基于BIM的消防安全管理综合应用系统探讨[J].警察技术,2015(1):91-93.

[4] 陆 扬.基于BIM的性能化分析手段在建筑防火设计中的研究与实践[J].土木建筑工程信息技术,2011(4):63-71.

[5] 胡培宁,张金月.基于BIM和Ontology的建筑防火设计自动审查的方法研究[J].工程管理学报,2017(2):49-53.

[6] 姜子港,刘晓栋,霍非舟,等.基于Pathfinder的商场人员疏散仿真[J].火灾科学,2014(3):175-181.

[7] 杜长宝,朱国庆,李俊毅.疏散模拟软件STEPS与Pathfinder对比研究[J].消防科学与技术,2015(4):456-460.

[8] 徐艳秋,王振东.基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究[J].中国安全生产科学技术,2012(2):50-54.

[9] 赵 哲,陈清光,王海蓉,等.基于Pathfinder的公众聚集场所的应急诱导疏散[J].消防科学与技术,2013(12):1327-1330.

ApplicationofBIMsysteminbuildingautomationfiresimulation★

LiNaWangZili

(NingxiaConstructionVocationalandTechnicalCollege,Yinchuan750021,China)

With the rapid development of BIM technology, in pre-engineering planning, design, construction and operation, the relevance, coordination, simulation and optimization of BIM model play a huge advantage in fire analysis, simulation and optimization. To simulate the spread of smoke and the development of fire in building, the result can output the temperature of a building fire, changes in physical quantities such as visibility, optimization of evacuation path during evacuation, to provide basis and reference for fire prevention and mitigation in various stages of construction. It can shorten the working period, reduce the cost and improve the efficiency.

BIM, building automation, fire simulation

1009-6825(2017)28-0231-02

2017-07-21★:本文受2015年宁夏自治区专项基金支持(编号：NGY2015230)

李 娜(1984- )，女，硕士，工程师

TU998.1

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