基于BIM和GIS技術的公共建筑消防安全評價研究*

蘇 熙 ， 吳風華

（華北理工大學研究生學院，河北 唐山 063200）

0 引言

伴隨著城市化進程的加快及人們對生活品質和身心健康的執著追求，公共建筑日趨成為人群聚集的場所。同時，為滿足人們的多種需求，公共建筑的功能和結構趨于復雜化，隨之而來的消防安全問題也日益突出。消防救援局網站公布的數據顯示，2019年全年共接報火災23.3萬起，其中，商業場所發生火災6 015起，賓館飯店發生火災5 872起，學校發生火災722起，醫院養老院發生火災346起，公共娛樂場所發生火災384起。由此可見，公共建筑發生火災的比重很大。

林天楊研究了基于BIM的消防設備信息監管系統，該系統很好地解決了消防設施與建筑模型結合不緊密的問題，但僅僅是關于消防設施的系統，沒有建筑周邊消防信息[1]。寧培楠分析了借助GIS系統對消防站布局進行優化求解[2]，很好地利用了GIS的空間分析和宏觀地理環境的表達能力。費智濤、郭小東通過GIS場景模擬技術，使用災前、災后對比的方式，評估了門頭溝區在應對超設防地震災害影響下的應急服務設施（120急救、119火警和應急避難）空間救援能力[3]。這些應用充分展現了BIM和GIS技術在消防領域應用的優勢。但在消防安全評價方面，兩者的結合應用較少，現行的消防安全評價多采用編制安全檢查表，根據表中的內容通過檢測人員實地調研和現場檢測的方式得到評價結果。近年來，隨著BIM和GIS技術的發展及它們之間融合技術的日益成熟，三維場景中的建筑消防安全評價成為可能。

1 BIM技術和GIS技術

1.1 BIM技術的特點

BIM 具有可視化、集成性、模擬性、協調性及優化性等特點[4]。其中含有海量的建筑信息，包含建筑的屬性信息及幾何信息。為了實現豐富的建筑信息的表達，Autodesk、Bentley和廣聯達公司都開發了多款軟件供人們使用。對于公共建筑的消防安全評價的建筑建模，主要用到的是Autodesk公司的revit軟件，revit軟件整合了建筑、機電、結構專業的眾多功能，因而市場占有率較高，使用也較為廣泛。在建筑方面，它可以實現建筑信息的精細化表達，包括消防栓的位置、應急照明燈的照明范圍和建筑的耐火等級等等。

1.2 GIS技術的特點

GIS（Geographic Information System，地理信息系統）是在計算機軟硬件系統的支持下，采集、存儲、檢索、管理、分析和描述空間物體的定位分布及其相關的屬性數據的一類計算機系統[5]。地理信息系統通常用于輔助人們做抉擇，如公園選址、人口發展預測等。在公共建筑的消防安全評價中可以起到查詢建筑屬性信息、空間距離量算、面積量算及空間分析等多種作用。

1.3 BIM和GIS技術融合的優勢

BIM技術更注重建筑信息的微觀表達，主要應用于單體建筑，而GIS技術更注重空間分析和宏觀地理環境的表達。公共建筑使用BIM建模不僅可以在三維場景中表達建筑物的外形，也可以展示建筑內的設施陳列及墻體、消防器材等的屬性信息。GIS軟件可以通過添加線圖層、面圖層和貼圖等操作構建建筑周圍環境，還提供空間運算、空間分析和模型裁剪等功能，比如地圖量算、緩沖區分析、空間關系分析和對數據集進行編輯修改等功能。兩者的融合可以更全面地展示建筑的內外部信息，并結合GIS的分析功能實現對消防設施安置合理性、疏散寬度是否達標等做判斷。

2 公共建筑消防安全評價

公共建筑的消防安全評價通常是根據《建筑設計防火規范》及各類系統設計規范中的規定，制定消防安全檢查表，由消防檢測人員進行現場檢測。

3 工程應用

以某校圖書館revit模型為例，結合公共建筑消防安全評價體系，探究BIM和GIS技術在消防安全評價中的應用。首先需要將revit模型導入GIS軟件，由于我國的超圖公司突破了BIM主流數據的無損接入，它支持一鍵讀取revit數據，快速導入所需數據，無需插件。避免了轉換為中間格式時可能會丟失屬性的弊端，節省時間的同時提高了工作效率[6]。所以實驗是在超圖平臺當中進行的。

3.1 建筑本體特征

BIM技術是關于建筑信息模型化的技術，它的基本理念是建筑的三維幾何模型可以如實地表示建筑對象，其精細化建模的特點能夠詳細地展示建筑物中的消防通道、消防設施、電氣設備、消防安全告知牌等建筑內部信息。如圖1所示，它可以顯示圖書館的桌、椅、書架、火災報警器、報警燈、安全出口指示標志、應急照明燈等信息，方便讀者和管理人員了解館藏設施。而且可以設置和顯示建筑物及建筑構件的顏色，便于分辨墻體顏色與消防設施或消防指示標志的顏色對比是否合適。

圖1 圖書館內部設施

正如公共建筑的消防安全評價體系中所述，評估內容中包括建筑物本身的材質信息，諸如建筑耐火等級、火災荷載、裝修材料、燃燒性能、設備基本參數等。而BIM技術恰好可以錄入這些屬性信息，如圖2所示，圖2中列舉了消火栓和應急照明燈的屬性信息。同時，BIM自帶的明細表功能可以統計構件的個數、材質的需求量等。

圖2 屬性信息

3.2 建筑物周邊環境

根據滅火救援的需要，街區內的道路應考慮消防車的通行，高層建筑應布置消防車登高救援場地。如圖3所示，為谷歌地球上下載的衛星遙感圖像（無偏移），利用GIS的分析功能對建筑周邊環境進行量算的示例。

圖3 建筑周圍環境平面圖

3.3 消防安全管理

3.3.1 消防設施安置

我國制定的《建筑設計防火規范》中規定了室內消火栓系統、自動滅火系統、火災自動報警器等消防設施的設置規范，這也是消防安全評價指標體系重要的一部分。BIM精細化建模的特點可以清晰地展示建筑內部的消防設施，同時結合GIS中空間量測和空間分析的功能在建筑的設計、驗收及現狀階段對消防設施安置的安全性進行評估。如圖4所示，根據《建筑設計防火規范》中規定公共建筑疏散走道和疏散樓梯的凈寬度不應小于1.1米，室內疏散通道上的應急照明燈安裝間距不應大于20米[7]，均可以通過在三維場景中進行空間距離量測檢驗其是否合格。

圖4 距離量算

開敞度分析可以模擬觀測點周圍視域范圍，比如檢查疏散樓梯周圍的門、窗、洞口位置是否合適。如圖5所示，規范中規定，房間內任一點至疏散門的距離不超過規范中規定。可利用開敞度分析，觀測點選擇房間的疏散門，觀測半徑輸入規范中規定的距離，可得到圖中所示網格區域，判斷該區域是否覆蓋房間內的每一點。

圖5 開敞度分析

3.3.2 消防安全宣傳教育

公共建筑消防安全既需要建筑建造者和管理者的努力，也需要建筑使用者的配合，所以消防安全宣傳教育是消防安全評價重要的一部分。GIS的粒子特效功能可以模擬火災發生的場景，再結合BIM中構建的三維場景，使用路徑漫游功能，設置基于著火點的合理逃生路線，輔助消防安全教育。

3.3.3 消防設施維護檢測

在建筑的全生命周期中，運營維護期要占其全生命周期的90%以上。也就是說，對消防設備進行信息監管，其重點在于運營維護階段，本質是進行消防設備的運維管理。GIS中的屬性修改功能可以幫助檢修人員及時錄入信息。路徑漫游功能，如圖6所示，也可以將規劃好的防火巡檢路徑在三維場景中顯示，方便巡檢人員了解巡檢路徑。

圖6 路徑漫游

4 結語

以公共建筑的消防安全評價中BIM和GIS融合技術的研究和應用為主要目標，課題組論證了可從建筑自身情況、建筑周邊環境和消防安全管理三個方面建立評價體系。在二者技術融合應用方面，以某校圖書館為例實現了三維場景中公共建筑內部設施的展示，及每個設施屬性信息的查詢，結合GIS的空間分析功能證實了BIM與GIS技術融合對公共建筑消防安全評價的輔助作用 。