BIM在建筑安全疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

李艷 張巍

摘 要：當(dāng)前，緊急情況下的人員疏散越來越受到重視。BIM作為新型有效的多維度建筑信息模型，其強(qiáng)大的功能特性為建筑疏散模擬提供了趨于真實(shí)的場(chǎng)景。本文以BIM技術(shù)在建筑安全疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，借助計(jì)算機(jī)模擬軟件，討論BIM在建筑安全疏散設(shè)計(jì)應(yīng)用的可能性，進(jìn)而提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，為制定安全疏散方案提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建筑安全；疏散設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU998.1；TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）22-0110-02

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑火災(zāi)的發(fā)生也越來越頻繁，大量事實(shí)證明緊急情況下建筑物內(nèi)人員的無效疏散多是由疏散設(shè)計(jì)存在一定缺陷造成的[1]。因此，一種集建筑模型與人員疏散預(yù)測(cè)為一體的仿真技術(shù)將有效緩解建筑人員的疏散問題。BIM，Building Information Modeling，作為一種有效的虛擬建模工具，以三維技術(shù)為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建、更新、存儲(chǔ)構(gòu)件的屬性，建立項(xiàng)目實(shí)體與功能為一體的數(shù)字化模型，為疏散模擬提供可能，從而制定有效的疏散設(shè)計(jì)方案[2]。

1 BIM相關(guān)理論基礎(chǔ)

1.1 BIM概念

BIM概念包含以下三種層面上的解釋[3]：（1）建筑物理和建筑功能的綜合表達(dá)；（2）基于互通性原則的資源共享儲(chǔ)備庫；（3）不同利益相關(guān)方進(jìn)行協(xié)同作業(yè)的交流平臺(tái)。由此可看出，BIM技術(shù)既是模型也是方法，既是過程也是結(jié)果。它集成應(yīng)用于包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段的項(xiàng)目全生命周期，在整個(gè)進(jìn)程中不斷地進(jìn)行信息的管理和建設(shè)行為的管理，發(fā)揮合理范圍內(nèi)的最大效益。

1.2 BIM功能特點(diǎn)及在疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

建筑信息模型以項(xiàng)目全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過數(shù)字化技術(shù)建模，進(jìn)而模擬出全面的建筑屬性信息。通過信息傳遞和共享平臺(tái)，BIM可被應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各個(gè)階段的管理協(xié)調(diào)，是集進(jìn)度—成本—質(zhì)量管理為一體的數(shù)據(jù)化工具。

（1）可視化（Visualization）：不同于CAD圖紙的抽象表達(dá)，可視化是BIM模型的直觀體現(xiàn)。基于該特點(diǎn)，建筑的幾何、物理及其構(gòu)件屬性如安裝位置、材質(zhì)甚至成本、使用年限等信息都可以在BIM模型中獲得，為建筑疏散設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的空間視覺體驗(yàn)。

（2）協(xié)調(diào)性（Coordination）：由于建設(shè)項(xiàng)目需要多方參與，信息理解偏差和溝通碰撞問題不可避免。BIM模型可以對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查，及時(shí)更改不良設(shè)計(jì)，為各利益方提供即時(shí)交流平臺(tái)，減少由于信息不對(duì)稱帶來的不必要損失。

（3）模擬性（Simulation）：在設(shè)計(jì)階段可以對(duì)建筑模型進(jìn)行熱能傳導(dǎo)和日照模擬；在施工階段進(jìn)行4D進(jìn)度控制、造價(jià)管理等模擬；在運(yùn)維管理階段模擬各種突發(fā)狀況如地震逃生、火災(zāi)疏散等。

（4）優(yōu)化性（Optimization）：BIM模型的可視化、可協(xié)調(diào)和模擬性為其優(yōu)化特性提供了條件。其中：可視化提供了準(zhǔn)確完整的建筑信息，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比對(duì)；協(xié)調(diào)性特征幫助檢查各構(gòu)件聯(lián)接是否合理，是否存在碰撞問題。

（5）可出圖性（Documentation）：BIM模型中包含標(biāo)準(zhǔn)的樣本和族，這些精確的定義大大提高了出圖的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。BIM的生成結(jié)果并不只是簡(jiǎn)單的CAD圖紙，而是通過可視、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化以后三維動(dòng)態(tài)模型。

2 人員疏散理論分析

2.1 人員疏散特點(diǎn)

人員疏散是行為反應(yīng)和運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜結(jié)合，是生理和心理狀況的集中反映。僅就疏散速度來講，它是由逃生人員的身體狀況、心理素質(zhì)、所屬位置等多種因素決定的，難以準(zhǔn)確估計(jì)。基于正常情況下人員疏散的多樣性和不確定性，緊急情況下的疏散規(guī)律更是難以把握。大量疏散經(jīng)驗(yàn)表明：在緊急疏散過程中，人員行為通常采用最短路徑原則，并伴隨著折返、暫避、從眾等一系列行為特點(diǎn)。

2.2 消防疏散中BIM應(yīng)用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

Revit是Autodesk公司專為構(gòu)建建筑信息模型而開發(fā)的一系列軟件，包括Architecture、Structure和MEP三大模塊，分別對(duì)應(yīng)于項(xiàng)目的建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備。這些軟件改變了傳統(tǒng)生硬的工程模式，很好的反映了建設(shè)人員的思維理念，為物理模型的構(gòu)建提供了良好的平臺(tái)。

BIM結(jié)構(gòu)采用參數(shù)化的元素行為，主要包括模型元素、基本元素和視圖特有元素三部分。其中，模型元素表示建筑的幾何特征，為建筑實(shí)體；基本元素屬于參考元素，用來定義其他元件；視圖特有元素主要用于模型的描述和歸檔。這些元素行為通常由所需元件以及該元件與其他元件的關(guān)聯(lián)性來決定。相應(yīng)的建筑信息模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1。

2.3 BIM中建筑疏散技術(shù)

根據(jù)以上BIM技術(shù)的功能特性、組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，結(jié)合人員逃生的行為特點(diǎn)，本文歸納出該軟件在建筑疏散設(shè)計(jì)中的技術(shù)應(yīng)用具體體現(xiàn)在以下兩方面：

2.3.1 疏散設(shè)計(jì)

BIM能夠輕松定義和分析各建筑元素，生成高質(zhì)量的渲染效果圖。其中，參數(shù)化的族編輯提供了開放式的設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以制作消防泵、消防臺(tái)、管道等設(shè)備，用以滿足干式和濕式系統(tǒng)的需要；支持多材質(zhì)建模，如鋼、現(xiàn)澆混凝土、磚、木材等，在火災(zāi)模擬軟件中可進(jìn)行材料防火區(qū)分；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)強(qiáng)化了建筑模型，可以實(shí)時(shí)有效地檢測(cè)建筑設(shè)計(jì)是否符合安全疏散要求，在項(xiàng)目建設(shè)前進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，合理規(guī)劃消防分區(qū)。

2.3.2 消防疏散管理

（1）消防設(shè)備管理。運(yùn)用基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)從項(xiàng)目立項(xiàng)開始便可進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，消除信息盲區(qū)。如對(duì)每個(gè)消防設(shè)備包括型號(hào)、功能特征、安裝位置以及技術(shù)指標(biāo)等在內(nèi)的信息進(jìn)行編碼分類，建立對(duì)應(yīng)的信息檔案，保證設(shè)備信息與管理信息同步進(jìn)行。

（2）建筑信息管理。基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)包含建筑設(shè)計(jì)體的幾何信息和構(gòu)件屬性信息，實(shí)現(xiàn)了信息化存儲(chǔ)與管理，便于設(shè)計(jì)改動(dòng)和后期施工，從而進(jìn)行疏散設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化改進(jìn)。

綜上，該技術(shù)下的建筑模擬環(huán)境與實(shí)際物理環(huán)境基本保持一致。同時(shí)，該技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)等逐漸趨于規(guī)范，能夠?qū)崿F(xiàn)與其他疏散軟件之間的文件傳輸與轉(zhuǎn)化，這為BIM在建筑安全疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了技術(shù)條件。

2.4 基于BIM理念的安全疏散措施

2.4.1 合理的疏散設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)出口位置、尺寸及數(shù)量等結(jié)構(gòu)因素以及消防設(shè)施安裝位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜合考慮建筑物整體疏散，進(jìn)行合理的區(qū)域規(guī)劃，力求實(shí)用且導(dǎo)向性好。在疏散通道設(shè)置安全標(biāo)識(shí)，或在顯眼地方放置平面圖，標(biāo)明當(dāng)前位置、疏散通道以及出口等關(guān)鍵信息。此外，還應(yīng)設(shè)置必要的應(yīng)急系統(tǒng)，如自動(dòng)噴水系統(tǒng)、應(yīng)急供電系統(tǒng)等。

2.4.2 嚴(yán)格的管理制度

嚴(yán)格的管理制度是安全疏散的根本，具體體現(xiàn)在：（1）制定消防應(yīng)急管理規(guī)范，堅(jiān)持日常防火檢查；（2）對(duì)建筑物實(shí)行區(qū)域管理，明確安全責(zé)任制，便于疏散引導(dǎo)和責(zé)任追究，嚴(yán)懲違規(guī)違紀(jì)造成重大損失者；（3）制定合理應(yīng)急預(yù)案，確保緊急情況下的實(shí)施。

2.4.3 專業(yè)的疏散培訓(xùn)

緊急情況下的疏散過程涉及建筑環(huán)境、人員心理以及消防管理等多種復(fù)雜因素，專業(yè)的疏散培訓(xùn)和消防演練可以增強(qiáng)人員的防火救火意識(shí)，掌握基本疏散技能，提高自救能力。此外，經(jīng)常性的安全宣傳和教育可以保證人員的有序疏散，達(dá)到安全疏散的效果。

2.4.4 先進(jìn)的聯(lián)動(dòng)管理

建筑消防工程包含火災(zāi)勘測(cè)、滅火、人員救治等問題，是由一系列相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)甚至部門協(xié)同合作完成的，是以人、設(shè)備和制度為單元的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。基于BIM的建筑疏散模型，統(tǒng)籌建筑物自身疏散需要，關(guān)聯(lián)周圍道路、地形乃至整個(gè)片區(qū)、城市進(jìn)行聯(lián)動(dòng)管理，綜合考慮建筑的社會(huì)性質(zhì)，是建筑疏散設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)語

作為當(dāng)前普遍認(rèn)可的建模工具，BIM在建筑安全疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用確實(shí)存在很大優(yōu)勢(shì)。集中體現(xiàn)在：（1）提供了強(qiáng)大的空間視覺體驗(yàn)；（2）整合了多個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)成果；（3）可進(jìn)行可視化的場(chǎng)景設(shè)計(jì)；（4）疏散設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化比對(duì)；（5）確保了高水平的紙質(zhì)記錄。

參考文獻(xiàn)

[1]田玉敏.BuildingEXODUS在優(yōu)化建筑安全疏散設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2014，（4）：380-383.

[2]何關(guān)培.BIM和BIM相關(guān)軟件[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011（4）：110-117.

[3]Kobes M， Helsloot I， de Vries B， et al. Building safety and human behaviour in fire：A literature review[J].Fire Safety Journal，2010，45（1）：1-11.