BI M技术在高层建筑防火监督中的应用研究

王国祥

（江苏省太仓市消防救援大队，江苏 苏州 215400）

1 引言

BIM技术与传统防火监督技术相比有一定的优势，是一种基于三维数字化的信息技术，以各种信息数据为基础建立模型，实现对信息的整合。另一方面，通过对BIM技术的应用可以实现对高层建筑行政审批的三维可视化数据审查，清晰显示高层建筑消防设施的位置以及疏通通道等。目前来看，我国高层建筑在防火监督措施中对BIM技术应用较少，与国外有一定的差距。本文通过对BIM技术具体应用的阐述实现BIM技术与防火监督的有效结合，具有一定的创新意义。

2 高层建筑消防隐患现状分析

2.1 高层建筑火灾的特征

2.1.1 人员疏散难度较大

高层建筑的高度较高，一旦发生较为严重的火灾，会导致内部居民逃生过程难度很大。现如今，许多高层建筑通常只设置一个消防通道，因此，在人员疏散方式方面比较单一，再加上各种不确定风险因素的影响，在发生严重火灾事故后，造成了非常严重的生命财产损失。另外，高层建筑内部空间设计往往具有特殊性，火灾事故出现后，各种有害气体会在短时间内凝聚起来，并扩散到所有空间。由此可以看出，发生火灾时，高层建筑内部人员疏散工作难度较大。

2.1.2 救援难度较大

高层建筑内部往往安装着很多智能化设备，以此来满足建筑的各种功能需求。发生火灾事故后，火势会通过设备迅速蔓延其他建筑群体，对火灾救援工作产生更大的影响。再加上一些消防救援车辆受到各种功能的限制，难以达到建筑物的高度需求，使高层建筑灭火效果受到影响。而且高层建筑内部楼层较多，救援人员无法在短时间迅速赶到楼层位置，影响了救援效率[1]。

2.2 高层建筑消防安全隐患问题分析

2.2.1 设计不达标

受现代审美观念的影响，许多设计人员在设计过程中往往注重着建筑物的观赏性，对消防安全问题不够重视，没有将消防安全问题摆在首要位置。另外，在装修设计过程中，室内装修占用面积较大，许多消防设施和用具没有及时进行安装，在真正面对火灾事故时，会直接导致影响灭火效率，造成火灾事故进一步扩大。

2.2.2 装修材料不合理

许多高层建筑物在建设的过程中会大量使用易燃易爆等材料，进一步提高了火灾事故发生的概率。这些材料不仅会助长火势的蔓延，还会产生大量有毒气体，对人们的生活与健康造成极大的威胁，为此要特别重视材料的选用，加强对材料防火性能的重视。

3 BI M技术在防火监督工作中的应用

目前，在对高层建筑消防设施进行检查的过程中通常会面临两种问题，一种是监督人员对消防设施审批情况不够了解，导致防火信息出现脱节的现象；另一种是在使用过程中无法得到优化升级，导致信息出现缺漏现象。针对上述问题，本文主要提出了以下解决方法。

3.1 对消防设施局部平面进行调整更新

消防设施在高层建筑物投入使用后，由于本身使用功能的调整，需要对消防设施的平面布局进行调整。在调整过程中，消防设施因受到外力的作用容易出现偏移的现象，严重时会改变建筑物内防火分区以及疏散楼梯的内部调整。为此，需要结合BIM技术建立完善的操作平台，利用操作平台对建筑物内所有的消防设备运行参数以及状态信息进行统一规划管理。本文主要对水管网压力参数调整以及消防供电设备调整进行分析研究。

3.1.1 利用BIM技术计算管网压力

在高层建筑防火监督过程中，可以利用BIM技术中的内容对水管网压力进行计算，以便于提高水管网压力的适用性，使防火监督效果进一步改善。水管网压力计算一般以PIPENET软件为基础，对建筑物内的水管系统进行水力计算，以此得出管线的水击压力。

当水流沿水平方向流动时，利用BIM技术建立的模型将水管阀门关闭起来，管线产生的水波会沿着X轴方向移动，产生的水击压力为：

式中，Fx为水流击打过程中产生的总压力；Fe为外部承受压力；Fp为水管网不同截面之间所产生的静态力；Fk为水流在流动过程中产生的动态力。

在计算常规水击压力的过程中，如果水管控制开关处于关闭状态，那么水管的波形长度Lw会出现明显的衰减，具体计算公式为：

式中，a为水流波动速度；tc为水管阀门的运行衰减。

计算完Lw值后，水管线中波长传播速度的压力与流量呈正比关系，具体内容如图1、图2所示。

图1 水管压力-距离关系曲线图

图2 水管流量-距离关系曲线图

从图1、图2可以看出，利用BIM技术所提供的蒸汽管线模型，能够使各个水管网线在有效监督控制下运行，保证水管压力始终处于良好的运行状态。利用BIM技术中的蒸汽管线模型所提供的水流波动速度以及水管阀门运行速度，在完成对数值的计算后，采取相对应的解决措施不断提高水管质量，有效提高水管的防火能力。

3.1.2 利用BIM技术对消防供电设备运行参数计算

在BIM技术的影响下，消防供电设备容量计算一般以S=IsUo为基本计算公式（S为总供电设备的实际容量；Is为实际需要发电量；Uo为直流测空载体电压），那么最终的计算公式为S=（S+SF+ΔS）/2（S为消防供电设备的总功率；SF为其他设备用电功率；ΔS为牵引网络功率损失）。在开展防火监督的工作中，主要是对整个容量计算进行检验，根据供电设备在运行过程中产生的有效电流以及充分利用牵引变压器中的过载能力，计算出校核容量的数值，从而确保变压器能够安全运行下去，同时需要考虑变压器负荷潜力所出现的原因，最终决定出变压器负荷能力的依据。

3.2 实现技术交底

通过对BIM技术的有效利用，能够实现建筑审批与监管环节中对建筑消防设施部分的技术交底问题。以往在这些工作环节中，需要将审批后的图纸以及电子版传给防火监督人员，并且对消防设施的运行情况进行检查。随着高层建筑数量的不断增多，设计难度也逐渐增加。如果还在沿用传统的审核方法，采用纸质查阅的方式，那么会直接提升审核人员的工作量，降低工作效率。而BIM技术建立的建筑模型包含建筑的各项构造及性能信息，是信息内容与模型的结合体。通过建立完善的建筑模型，可以让防火监督人员更加直接地观看到各种建筑信息，有利于监督人员快速制订各种防火预案[2]。

3.3 利用FDS软件相结合

FDS火灾模拟软件具体分为两个部分，分别为FDS以及SOMKERVIEW。其中，FDS为主要部分，主要对建筑物结构进行构建，并且计算每个部位的具体位置。而SOMKERVIEW是FDS计算结果后的处理程序，除了能分析防火设施的安放位置，还能显示火势蔓延的情况，通过BIM技术可以将这些数据通过2D或者3D的形式显示出来。输入的数据包括建筑物的室内环境温度、建筑物室内燃烧情况以及烟雾蔓延情况等。现如今许多高层建筑都加强了对FDS软件的火灾现场模拟，利用该软件提供的实验基础数据，与BIM技术产生一定关联，可以利用BIM虚拟现实技术为火灾制订救援方案提供思维指导。从应用效果来看，利用FDS建立的建筑模型更加直观，可以为相关数据的选择提供参考，尤其是在人员密集场所，通过对虚拟现实软件利用，使防火监督人员能够在3D场景中任意建立模型，提前规划人员逃生通道，设计出合理的疏散路径，计算出正确合理的疏散时间，并分析疏散过程的可行性，使实验数据更加真实可靠。

3.4 制订较为完善的应急疏散预案

在制订应急疏散预案的过程中，需要利用应急疏散预案软件PATHFINDER。将建筑物内各种存在的大型活动导入该软件的数据平台中，可以生成的各种疏散路线，然后进行可视化的疏散模拟，具有很好的导向性，其中最为重要的是可以帮助防火监督人员制订合理的疏散预案。利用BIM技术进行人员疏散展示，可以提前计算出疏散时间，尽可能在最少的时间内完成人员疏散。另外，该软件还可以帮助消防救援人员快速了解建筑物内的情况，为相关人员展开应急疏散培训[3]。

4 结语

综上所述，本文主要对高层建筑消防隐患问题类型以及BIM技术在防火监督工作中的应用进行分析研究。我国对BIM技术的研究有很大的提升，但是在建筑防火设计以及防火监督领域中仍然有很大的发展空间。为此，防火监督人员需要加强对BIM技术的应用，加强对数据模块的使用，不断整合建筑资源，加强对消防设备的管理，建立更加完善的综合应用平台，增强高层建筑的安全属性，保证人民群众的人身与财产安全。