基于BIM的火災動態疏散模型設計

李長春

【摘 要】近年來，越來越多大型綜合體拔地而起，火災下的人員安全疏散也就成為了一個亟待解決的課題，利用BIM（建筑信息化模型）三維技術和數字信息化技術，及時更新數據信息，對火災疏散進行動態模型設計，有助于改善現有的疏散方式。

【關鍵詞】火災;動態疏散模型;疏散路徑

中圖分類號： TU998.1文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0033-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.015

Design of Dynamic Evacuation Model for Fire Based on BIM

LI Chang-chun

（China Railway Construction Sichuan Jianpu Expressway Co.， Ltd. Sichuan Chengdu 610000， China）

【Abstract】In recent years， more and more large-scale complexes have sprung up， and the safe evacuation of people under fire has become an urgent problem to be solved. It is helpful to improve the dynamic model design of fire evacuation by using BIM （building information model） three-dimensional technology and digital information technology， updating data information in time and making use of the dynamic model design of fire evacuation. Existing evacuation methods.

【Key words】Fire; Dynamic evacuation model; Evacuation path

1 模型設計

本設計主要是建立火災動態疏散模型架構，利用BIM技術建立三維模型及對各模塊進行定義、環境數據信息定義、路徑安全等級劃分、疏散路徑發布、利用Pathfinder軟件進行數據模擬。火災動態疏散模型的框架主要有三個部分：數據庫（建筑物模塊信息、工程基本信息、行業安全標準）、環境實時信息（火災報警系統、煙氣分析儀、人體紅外裝置）、中心處理系統、信息發布。

1.1 建筑物模塊信息

建筑物的模塊化，是從火災疏散的角度，對建筑物的各個部分進行分類，可以在用BIM技術建模時就確定好屬性信息;主要劃分為四大模塊：建筑構件（耐火極限大于安全疏散時間）、防火構件（耐火極限超過火災可能持續時間）、危險構件（耐火極限小于安全疏散時間）、通道（可以與其他空間相通）。建筑物模塊化在火災發生時可以對周圍的建筑條件有更加直觀的認識，在進行疏散路徑的確定時更有效率。

1.2 環境實時信息

（1）火災信號：也即火災報警系統確定的火災信號，火災報警系統也即模型的一部分，火災信號代表的是一個開始，是模型啟動的開始?，F有的已經成熟的火災報警系統，是火災信息產生和傳遞的主要渠道。

（2）環境信息：根據有關統計資料表明，火災中因火災產生的煙氣而造成的人員傷亡約占火災總傷亡人數的80%，主要從兩個方面進行監測和分析：煙氣和火勢。

（3）人員密度：在通道構件的兩端以及房間的內部安裝人體紅外傳感器，根據需要合理布置。利用數學計算，對數據進行處理。

1.3 中心處理系統

中心處理系統：模型的重點是如何對傳入模型的各種數據，結合數據庫中的各種安全標準進行處理，分析得出最優疏散路徑。

（1）疏散路徑總數：從火災信號中獲取火災位置，利用起火點和數據庫中的建筑物的模塊化信息得出該點處的位置信息、環境信息和模塊信息，得出人員的可疏散路徑。

（2）路徑安全級別劃分：從所有的煙氣分析儀的發送數據中調取可疏散路徑上的煙氣分析儀發送的關于環境中的溫度、CO濃度、O2濃度、煙氣數據，并與數據庫中的各種因素的危險值進行比較。路徑進行安全級別劃分的原則為：所列的四個環境指標均滿足安全等級指標的為安全等級路徑，而有一項指標屬于危險等級，則為危險等級路徑，其余情況的則為中間等級。

（3）人員密度確定：通過人體紅外傳感器獲得的人比流量，再通過數學方法對數據的處理可得出一定范圍內的人員密度。

（4）疏散路徑等級劃分：路徑等級的劃分原則為，將每條影響路徑等級兩個因素進行比較，當兩個因素的比較結果出現沖突時，以疏散路徑安全等級作為第一優先級進行考慮。

（5）路徑最優化處理。通過前邊的工作，已經完成了對模擬點周圍的路徑進行等級確定的工作，但通過等級的確定不一定能夠得到最優化的路徑，這時進行選擇的原則便是“取同求異”。

（6）疏散路徑發布方式。

產生的最佳疏散路徑想要及時地發揮作用，必須要通過一定的渠道及時地傳遞給處于火災中的人員。在模型中我們所選用的渠道有以下幾種：廣播、專人營救、電子顯示屏、短信。

2 實例分析

2.1 工程概況

該工程是位于X學校的綜合服務樓，該建筑物為框架結構，抗震設防烈度為7度，項目等級為二級，地上耐火等級為二級，地下耐火等級為一級，屬于中型公共建筑。

建筑物防火等級地下為一級，地上為二級，地上每個防火分區最大限制面積為2500平方米，本建筑地下一層為兩個防火分區，一至三層為兩個防火分區，四至六層每層為一個防火分區，地上防火分區面積均不超過2500平方米，地下防火區面積不超過2000平方米，且防火分區內設有兩到四個疏散樓梯，并設有自動滅火系統及火災自動報警系統。

本建筑人數最多一層約為364人，按照1.0m/百人計算，需要疏散寬度3.64m，本設計疏散樓梯總寬度為6.12m，滿足疏散要求。

2.2 模型應用

模擬人群模擬疏散點位于A點，在REVIT軟件中建立模型，根據建筑物的工程信息，起火點位于第一防火分區內，案例平面圖及疏散路徑分析如圖1所示。

若人群位于A點，首先根據位置及起火點，通過模型確定有三條疏散路徑，在B、C、D三點為交叉口的位置進行環境信息的采集和人群密度的計算。

B點：假定此點出的環境信息數據：CO含量為0.03%;O2含量為20%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;煙氣溫度為40℃。A、B兩點之間距離為10m，設置4個紅外傳感器，測定數據分別為1、2、2、5，擬合函數為y=0.0556x3-0.1667x+1，經過計算Q（l）=36.87，ρ=3.687人/m2。

C點：假定此點出的環境信息數據：CO含量為0.03%;O2含量為20%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為165℃。A、C兩點之間距離為7m，設置3個紅外傳感器，測定數據分別為1、1、3，擬合函數為y=0.0556x3-0.1667x+2，經過計算Q（l）=19.77，ρ=2.824人/m2。

D點：假定此點出的環境信息數據：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為145℃。A、D兩點之間距離為20m，設置6個紅外傳感器，測定數據分別為1、1、2、2、3、5，擬合函數為y=0.0198x2-0.05x+1.0714，經過計算Q（l）=64.228，ρ=3.211人/m2。

通過以上三種路徑的分析，根據路徑選擇的原則，B點所對應的路徑應為最優路徑。

當人群位于B點時，然后根據模型模塊化的確定，在此處的人群的可選擇路徑有兩條，分別通向1#樓梯出口和人防出庫，再實時測量每一條路徑上的數據進行分析。

1#樓梯出口：假定此點出的環境信息數據：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為40℃。兩點之間距離為15m，設置5個紅外傳感器，測定數據分別為4、4、3、2、2，擬合函數為y=-0.2x+4.2，經過計算Q（l）=40.5，ρ=2.7人/m2。

人防出口：假定此點出的環境信息數據：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為40℃。兩點之間距離為18m，設置6個紅外傳感器，測定數據分別為4、4、3、5、5、6，擬合函數為y=0.0179x2-0.125x+3.9643，經過計算Q（l）=85.905，ρ=4.7725人/m2。

通過兩條路徑的分析比較，我們發現A-B-1#樓梯出口是最佳路徑。

3 結論

火災動態疏散模型，利用BIM技術進行建模，對建筑構件進行屬性定義。利用發達的傳感器技術，以及信息通訊技術，實時對火災的情況進行監測和了解，對人員的情況進行掌握，同時通過建筑物的基本的建筑信息，工程材料信息，相應的建筑行業標準，以及科學技術所得到的疏散安全參數，與相應的環境信息相結合進行分析和比較，再結合人群的實時情況，通過一定的選擇規則準確并快速地分析出人群的最優疏散方向。

通過實例分析，我們能夠根據實時數據采集，然后經過數據處理，為消防疏散提供動態信息，同時也能為消防設計和材料選擇提供技術支持。

【參考文獻】

[1]毛亞娟.大學生數學建模論文答辯分析[J].2011-12（06）：121-122.