基于建筑信息模型技术的消防监督与管理

张振国，丁智勇

(1.宝鸡市公安消防支队，陕西 宝鸡 721000； 2.陕西省现代建筑设计研究院，陕西 西安 710048)

随着经济社会发展和城市化进程的不断推进，城市规模不断扩大、社会单位数量不断增长，给公安消防部门传统的监管模式和监督手段带来了巨大挑战，同时也给建筑的管理者和使用者带来很大的困难。当前，公安消防部门传统的人对人、点对点的二维平面化社会消防管理模式已经很难适应现代化、信息化条件下的社会需求。将建筑信息模型技术(BIM，Building Information Modeling)构建的三维动态设计图纸在消防行政审批、消防设计文件数字化存档、消防监督检查及社会单位日常消防管理中全面应用，能够为公安消防部门和社会单位在建设工程消防设计与审核、全生命周期消防监督检查、消防救援、消防宣传以及单位日常消防管理等提供全过程的可视化、信息化、精细化、智能化技术支撑。因此，探索建筑三维动态设计图纸在建设工程消防监督管理、消防设计文件数字化存档等方面的应用，对做好消防监督检查及单位日常管理工作有十分重要的意义。同时，将建筑信息模型技术、城市消防远程监控系统(FAS，Fire Alarm System)、物联网、云计算与“智慧消防”相结合，在创新消防监督管理手段，提升公安消防部门的监管水平和灭火救援能力，提高社会单位消防安全“四个能力”，最大程度降低救援人员伤亡，实现防消一体化，具有一定的现实意义和应用价值。

一、建筑信息模型技术的特点及在消防管理中的应用优势

BIM技术在规划、设计、建造、运行和维修过程中为每个项目提供一个标准化的可读的信息模型，以一种特殊方式创建、使用和共享建筑项目全生命周期(BLM)数据[1]，具有三维化、信息化和系统化的特点。面对国内与日俱增的工程建设信息化管理需求，推广BIM 应用已成为工程建设行业整体效率提升的重要保障。为顺应“互联网+”发展趋势，进一步推动建筑业技术进步和管理升级，助力建筑产业现代化，提高工程建设与管理水平，住房和城乡建设部先后印发了《关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知》(建质函〔2015〕159号)和《关于印发2016—2020年建筑业信息化发展纲要的通知》(建质函〔2016〕183号)及《贯彻落实<国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见>重点任务分工方案》(建市〔2017〕137号)，要求加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理，政府的引导和推动从产业政策方面加快了推进BIM技术应用步伐。

消防工程在建设工程中全过程、全方位的特点，对相关专业人员的业务素质和工程质量的要求都比较严格。BIM技术在建筑消防领域有很大的应用前景[2]，利用BIM技术三维可视化的优势，融入以时间为轴的建筑全生命周期管理(BLM)，借助FAS系统、物联网、云计算、大数据和虚拟现实(VR，Virtual Reality)，从而实现基于BIM技术的四维建筑消防安全监督管理的应用拓展，可以很好地解决消防工程在建筑消防全生命周期里所遇到的各类问题，同时也为公安消防部门创新社会消防安全管理方式提供了一个很好的切入点，在进行消防设计审核与验收时，可以实现建筑全生命周期三维动态设计图纸的数字化存档，为提升消防监管工作的能力和水平提供了一个创新思路。

二、BIM技术在建设工程消防监督管理和消防监督检查中的应用

(一)基于BIM的性能化防火设计

进行建筑性能化防火设计时，在确定建筑设计的总目标或消防安全水平及其子目标后，传统的性能化防火设计软件首先要建立建筑模型，而传统方式建立的建筑模型过于简单和粗糙，BIM技术可以为建筑被动防火系统、主动防火系统和安全疏散系统的火灾模拟计算、火灾场景设置等性能化计算提供更清楚、更准确的建筑空间结构和消防设施布置信息，不仅省略了再次建模的过程，而且结算结果更精确、更可靠，为准确判断设计方案是否符合预期的生命安全标准(热效应、毒性和能见度等)和非生命安全标准(热效应、火灾蔓延、烟气损害、防火分隔物受损和结构的完整性和对暴露于火灾中财产所造成的危害等)，是否达到性能化设计的消防安全总目标，提供了科学依据。同时，局部解析易发生火灾部位三维动态实况建筑功能模型，能快速显示火灾地点及时给出火灾自动报警系统、自动灭火系统、防排烟系统和安全疏散系统的相关数据，为快速判断起火原因，科学预判火灾发展趋势，阻止火灾蔓延扩大提供了科学依据。

(二)基于BIM的消防设计审核和验收或备案抽查

对于设计单位而言，传统的基于CAD的以二维图纸为载体的建筑设计信息会产生不可避免的错误和遗漏，建筑、结构、电气、给排水和暖通等多个专业领域在机电设备、管路管线在空间布局中的设计碰撞、缺陷会贯穿整个建筑的全生命周期，导致设计、建造的效率低、精准度差，会造成难以估量的时间浪费和经济损失。根据《消防法》、《建设工程消防监督管理规定》的要求，工程建设单位在开工前和竣工后应依法申请建设工程消防设计审核与消防验收或备案抽查，而当前消防监督员在进行建设工程消防设计审核与消防验收或备案抽查时，主要将纸质二维设计图纸作为审批或检查的依据，完全依赖于监督员人工审阅设计图纸，建筑的三维空间关系全靠监督员想象，其准确程度和正确与否完全取决于监督员个人对规范的掌握程度与工作经验，导致消防设计审核(或备案)效率低且可靠性差。BIM技术能够为消防监督员进行建设工程消防设计审核与消防验收或备案抽查时提供一个更直观、科学、可靠的设计审核模式[3-4]，借助基于BIM 的结构分析、水暖电错碰漏检测等手段，在消防设计审核(或备案)阶段就可以最大程度的避免设备专业管路及线路在空间布局中的设计冲突，极大的减少施工阶段可能遇到的设计失误，提高设计、审核和施工的工作效率和质量，在消防验收(或备案)时则可以准确的发现施工过程中是否严格按照经过消防设计审核或备案的图纸施工和是否存在降低施工质量等问题。同时以建设工程的消防设计审核与消防验收或备案抽查为起点，同步建立建筑的数字化消防档案，为建筑消防工程施工与维护、消防监督检查、消防安全管理等后续环节提供可靠的、鲜活的、持久的数据支撑，建筑三维数字化图纸档案的建立与维护在消防工作中的重要性日益凸显。

(三)基于BIM的消防监督检查

消防监督员在开展消防监督检查时首先要进行建筑的消防合法性检查，检查建筑是否依法通过消防验收或进行竣工验收消防备案，核对建筑物或者场所使用情况与消防验收或者竣工验收消防备案时的使用性质是否相符。而当前消防验收或者竣工验收消防备案是以纸质二维设计图纸作为审批或检查的依据，在消防设计、审核、验收与监督检查环节存在着隐形的信息壁垒，消防监督员无法及时准确的获知建筑的消防设计和施工文件，导致无法及时准确的判断被检查建筑是否存在改变设计参数、变更设计用途等消防安全违法行为。借助于BIM信息化的特点，将建筑工程各专业各阶段的工程信息做成数据库，可以随时供建筑消防管理的各参与方查询调阅，而且BIM“所见即所得”的可视化特点，可以使监督员摆脱抽象且不直观的二维纸质图纸，直接通过查阅三维的立体图，三维可视化的核对建筑结构、火灾自动报警、自动灭火、安全疏散和防排烟等多个消防子系统的设计施工与当前现状是否存在差异，提高监督检查的针对性和准确性。

三、BIM技术在消防安全管理中的应用

(一)基于BIM的建筑全生命周期管理

BIM技术是信息技术与建设工程有机结合的产物，它包含了丰富的建筑个体信息，这其中既有建筑的结构、火灾自动报警、自动灭火、安全疏散和防排烟等系统设计施工信息，也有消防设备生产厂商、维保、设计参数等管理信息，这些信息贯穿建筑生命周期的全过程，是鲜活的、动态的。信息化是BIM技术的本质属性，信息化的特点可使建筑中包括名称型号、维保记录、设备成本，技术参数等数据在内的火灾自动报警系统、自动灭火系统、防排烟系统和安全疏散系统等建筑构件以及消防设施信息都可以完整准确的被采集和保存。鉴于无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术具有工作无须人工干预、适用于恶劣环境的特点，将建筑内的建筑构件及消防设施身份信息制作成RFID电子标签，建立建筑消防信息大数据库，从而实现对贯穿建筑生命周期的消防设施的精细化、标准化和信息化管理。

(二)基于BIM的“智慧消防”

“智慧消防”是以FAS系统为基础的，以物联网为骨架的，以消防大数据、云计算平台为支撑的，以防消一体化为目标的现代化消防安全管理体系。现代建筑的火灾防控主要依靠自身的主、被动防火系统和安全疏散系统，以建筑消防信息大数据库为基础，综合应用RFID、无线传感、物联网、云计算等技术，构建消防大数据云平台，凭借云计算规模大、开放性等特点，运用无线接入和消防安全管理APP等技术，可以实现对建筑主、被动防火系统和安全疏散系统等建筑消防设施的智能化巡检、维护、管理和控制，可以极大地提高管理效率，并降低管理难度与维护成本，同时可以将建立的建筑消防信息数据库和数字化三维灭火救援预案、GIS、FAS等技术手段有机融合，实现火灾防控的信息化和智能化。

BIM是消防大数据、云计算平台数据基础，将BIM技术与消防物联网、FAS系统有机结合并应用于“智慧消防”建设，结合当前消防安全“户籍化”和“网格化”管理，可以实现建筑(社会单位)与消防监管(政府)，消防管理者与消防设备，消防设备和消防设备之间各种信息的互联互通，建筑消防信息经过网络传输给消防安全管理的各参与方(如社会单位消防安全管理人、公安消防部门、各级网格员)，使各类、各级消防安全管理者在任何时间、任何地点都可以通过网络终端，清楚了解自己管理权限范围内的每一个建筑和每一种消防设备的信息和状态，从而构建一个高效、可靠的“智慧消防”管理体系。

四、BIM技术在灭火救援中的应用

(一)基于BIM的灭火救援

在火灾发生后，消防员可以利用发出报警信号的火灾探测器位置信息第一时间在BIM的3D模型中准确判断起火部位在建筑内的空间位置，科学的判断火灾的发展蔓延趋势，并掌握起火部位附近的安全出口、疏散通道等情况，进而可以合理的规划最佳的人员疏散路线，部署进攻、堵截等灭火战斗行动，为消防员开展人员搜救与疏散、破拆排烟和火灾扑救等灭火战斗行动提供依据，佩戴空间定位装置的消防员在火场的位置也可以实时准确的在BIM的3D模型中显示，为指挥员的远程可视化指挥提供了方便，从而最大限度地减少火灾所造成的人员伤亡和财产损失。同时，可以根据灭火救援战斗的需要，通知消防控制室操作人员远程启动相关部位的消防供水、防火分隔和防排烟等自动消防设施，为消防员的灭火救援战斗提供保障。

(二)基于BIM的消防预案编制和消防演练

对于结构复杂、功能多样、体量巨大的现代建筑来说，基于二维平面图制作的纸质或数字化灭火救援预案，建筑的三维空间结构和消防设施情况全靠想象，缺点十分明显。将BIM技术、地理信息系统(GIS，Geographic Information System)和FAS系统三者有机结合起来的数字化三维灭火救援预案，能够涵盖建筑消防设施、周边建筑和消防车通道、消防扑救面、建筑内外消防水源、微型消防站、企业专职消防站等多种要素，以三维方式直观地调取和快速识别火灾发生的部位、火灾严重程度及建筑消防设施工作情况，能使火场指挥员够快速准确地获知室内外消火栓、水泵接合器、疏散通道和安全出口位置、数量等建筑物空间结构和消防设施信息，可以提升灭火救援应急预案的信息化水平，显著地提高灭火救援预案的可操作性和可靠性。

将基于BIM的数字化三维灭火救援预案与BIM技术的3D漫游功能和VR技术结合起来，配合智能VR眼镜、3D头盔和VR多功能水枪等智能穿戴设备，实现漫游模拟，可以让消防员足不出户就可以深入建筑内部开展“六熟悉”，也可以假定火灾场景，让火场指挥员和消防员通过VR眼镜就身临其境般地开展全要素灭火救援演练，即降低了训练成本又避免了实地实装出水演练对社会单位正常的生产经营造成的影响。同时对于各级各类学校的学生、企事业等单位从业人员来说，可以通过VR眼镜和3D漫游模拟开展疏散逃生演练，可以提高社会单位组织疏散逃生的能力和消防宣传教育的能力。

五、结束语

每个建筑都具有不同的体型、不同的功能，就像人类一样，有着自己的生命周期，因此，在消防安全监督及管理工作中应该逐步推行基于BIM的建筑全生命周期的三维设计图纸存档审批制度，为每一栋建筑进行数字化、信息化的“开户建档”，对每个建筑建立全面生命周期的信息档案有着非常重要的意义。只有将先进性的科学技术及其创新应用转化为消防力，发挥三维动态实况建筑功能模型为建筑消防设计审核、监督检查、灭火救援、应急疏散逃生、日常消防管理等提供充分、有效信息的独特优势，才能将公安消防部门有限的警力从繁重的现场执法中解放出来，进一步提升公安消防部门监管水平和灭火救援能力；只有广泛推进基于建筑全生命周期的三维设计图纸存档审批制度，构建云计算、大数据、物联网、虚拟现实等为技术支撑的建筑消防安全综合管理策略和应用平台，开展涵盖建筑工程全生命全周期的四维建筑消防安全管理，才能实现社会消防安全管理模式三维可视化、信息化、精细化、智能化创新，从而提高全社会建筑消防安全水平。

[1] 何关培.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[2] 王佳,黄俊杰.BIM技术在建筑消防全生命周期的应用探索[J].建设科技,2015(23):52-53.

[3] 李倩文,李璞,张旭光,等. 基于BIM的建设工程消防设计审核策略[J].消防科学与技术,2014, 33(10):1186-1188.

[4] 陈远,任荣. 建筑信息模型在建筑消防安全模拟分析中的应用[J].消防科学与技术, 2015,34(12): 1671-1675.