基于BIM的建筑火灾疏散仿真研究综述

尹强 王立晓

作者简介：

尹强（1995- ），男，汉族，湖北咸宁人，硕士研究生，研究方向：应急疏散。

摘要：建筑火灾威胁到人民生命财产安全，因此研究建筑火灾中人员快速有效安全疏散具有重要意义。BIM（Building Information Modeling）技术因其具有可视性、协调性及可模拟性等优点，广泛应用于建筑火灾疏散仿真领域。本文以BIM技术为基础，以建筑火灾下人员应急疏散为角度，从火灾仿真、疏散仿真两个方面进行综述，归纳BIM技术在国内外火灾疏散仿真研究成果的基础上，分析其不完善之处，为后续学者在关于BIM的建筑火灾疏散仿真领域的研究提供一定的借鉴。

关键词：建筑信息模型；综述；火灾仿真；疏散仿真；应急疏散

引言

随着城市化的日益发展，建筑火灾发生的频率不断上升，严重威胁着人民的生命财产安全。据应急管理部消防救援局数据显示，2021年共接报火灾74.8万起，死亡1987人，受伤2225人，直接财产损失67.5亿元[1]。因此，在建筑火灾发生时如何能够及时有效疏散现场人员，减少生命财产的损失尤为重要[2]。计算机仿真可以进行火灾仿真和疏散仿真，直观地模拟火灾下人员疏散行為，有助于制定有效的疏散方案[3]，但以往研究仍存在建模过程复杂和建筑模型不够精确等问题，降低了仿真的效率。随着BIM技术的发展，研究者逐渐将BIM应用于火灾仿真和疏散仿真，利用BIM建立完整、精确的建筑模型等优势，解决以往火灾仿真和疏散仿真存在的问题，提高了仿真的效率。BIM作为建筑信息模型，因其具有模拟性、可视化、可协调性等优势[4]，被研究人员广泛应用于火灾仿真和疏散仿真。其模拟性特点可以为疏散救援提供模拟场景，使人们能在电脑上进行消防疏散演习，既能给没有参与过实际演习的人们带来火灾场景的真实感受，也能降低消防演习的成本；可视化特点为救援疏散提供空间视觉体验；可协调性特点可以将实际建筑物整合成三维可视化模型，便于漫游体验，使消防救援人员可以直观、迅速地掌握火灾建筑周边情况及建筑内部信息[5-6]。

一、BIM技术应用于火灾仿真

20世纪70年代，美国火灾科学之父H.W Emmons教授将能量守恒、动量守恒和质量守恒原理与建筑火灾研究相结合，开创建筑火灾过程机制研究先河，并为火灾科学的理论研究奠定基础。20世纪80年代，随着计算机应用技术的发展与崛起，计算机数值模拟技术开始被引入火灾发生后的事故分析，并在第一届国际火灾会议后确定其对于火灾人员疏散问题研究的应用价值，标志着计算机数值模拟技术与火灾科学研究领域的结合开始进入全面发展阶段[7]。最初学者仅仅利用火灾软件对疏散者在火灾中疏散的效率进行研究。张志魁[8]、齐珈[9]等学者利用火灾仿真软件Pyrosim建立建筑模型，并模拟火灾发生过程烟气蔓延情况，但是由于对建筑建模时进行了简化，无法全面反映建筑环境，且简化后建筑构件细节的丢失会使模型不够精确，因此准确性有待进一步提升。后续逐渐有学者将BIM技术与火灾仿真相结合，解决了由于火灾仿真软件无法建立完整、精确的建筑信息模型的问题，提升了火灾仿真的准确性。邓朗妮[10]、NafisehLotfi[11]、吴梦轩[12]、黄丽蒂[13]等学者利用BIM软件建立建筑信息模型，导入火灾模拟软件Pyrosim分析烟气扩散、温度分布及能见度对人员疏散逃生的影响。研究发现，BIM结合火灾仿真软件，既实现了快速、准确、详细地建立建筑模型，又提高了模拟结果的准确性。但以上研究在BIM模型与火灾仿真软件之间的数据传输依靠的是DWG、DXF等中间文件，在传输和存储的过程中重要信息会丢失，而构件的材质信息会对火灾的发展趋势有重要影响，火灾发展的趋势可能直接影响疏散者的疏散行为[14-16]，并直接影响到模拟结果的准确性和符合实际情况的程度[17]。后续有学者使用二次开发技术，优化BIM与火灾仿真软件之间的数据交流[18]，但火灾软件仍需单独创建网格、障碍物等繁琐流程，且BIM平台与火灾仿真软件的交互还不够便利[17]。

综上可知，目前研究者大多数利用BIM具有完整的、精确的建筑信息模型这一优势与火灾仿真软件结合，研究中仍存在BIM软件与火灾仿真软件数据传输的问题。

二、BIM技术应用于疏散仿真

由于BIM可以建立完整、精确的建筑模型，研究人员将BIM与疏散仿真软件、GIS和VR等结合进行了研究，BIM不仅解决了疏散仿真软件中疏散场景不够真实的问题，而且与GIS相结合，实现了室内外联合疏散研究。通过与VR的结合实现了动态的疏散路径规划，并应用于疏散演练，有利于对疏散行为的分析和对疏散效率的评估。

将BIM和疏散仿真软件相结合，不仅可以减少疏散仿真软件建立建筑模型的工作量，还能为疏散仿真提供更符合实际的疏散场景[6]。虽然比以往使用仿真软件建立建筑模型工作量更小，建筑模型更精确[19]，但由于目前BIM与火灾仿真软件的文件传输过程中存在数据丢失的问题，导致BIM的建筑信息不能得到充分利用。

肖木峰[20]、阎卫东[21]、马亚娜[22]、何欣[23]、张蒙[24]、Rania Wehbe[25]、Hui Zhang[26]等学者利用BIM建立建筑模型，进行简化后导入疏散仿真软件Pathfinder进行疏散仿真研究，研究可知使用BIM建立建筑模型工作量更小，比仿真软件建立的建筑模型更加符合实际。王婷[27]利用BIM建立建筑模型，简化后导入疏散仿真软件Building Exodus中进行人员安全疏散分析。Yuchun Tang[28]利用BIM的二次开发技术，将BIM建筑模型导入到疏散仿真软件Anylogic中进行疏散仿真研究，研究结果有利于对疏散效率的评估，但在BIM建筑模型导入到疏散仿真软件的过程中，还是会存在建筑材质、门和楼梯构件等丢失的情况，需要自己手动建模来完成。

由以上研究可知，BIM可以使建立建筑模型的工作量减少，但如何充分利用BIM的建筑信息，保证BIM建立的建筑信息模型完整地導入疏散仿真软件中而不丢失数据，仍值得进一步研究，未来可以研究将疏散仿真软件和火灾仿真软件整合进BIM平台，形成基于BIM的火灾疏散仿真平台。

结语

由于建筑火灾对人民的生命财产造成重大威胁，建筑火灾疏散领域备受国内外学者关注，BIM因其具有模拟性、可视化、可协调性等特点，被研究者广泛应用于建筑火灾疏散仿真，也取得了大量的成果。通过对相关文献的综述，得到的结论如下：

第一，BIM模型与火灾仿真软件和疏散仿真软件之间的数据传输存在数据丢失的问题，影响仿真的精度，未来研究者可以将火灾仿真和疏散仿真与BIM集成，实现BIM与火灾疏散仿真一体化，形成基于BIM的火灾疏散仿真平台。

第二，可以充分利用BIM和GIS的优点，实现室内外一体化疏散仿真，大力增强BIM信息技术的应用能力，但BIM和GIS的结合仍处于起步和探索阶段，值得我们进一步研究。

第三，现有基于BIM和VR的火灾疏散演练研究中，缺乏对火灾情境下疏散者心理的研究，未来研究可通过基于BIM与VR的沉浸式疏散演练，研究行人在疏散时的心理特征对疏散行为的影响。

参考文献

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