BIM技術在建筑消防管理中的應用探索

文_黃永光（廣西建設職業技術學院設備與環境學院院長，高級工程師）

建筑消防火災事件頻發嚴重威脅人民的生命財產安全，高層建筑具有布局復雜、建筑設備與管道眾多、人員密集等特點，以致發生火災時，被困人員容易產生恐慌，進而導致疏散困難。而目前大多數消防設計工作由于采用傳統CAD設計手段，疏散點的設置成為一大難題，采用BIM技術，能夠有效改善這一問題。BIM技術可對建筑模型進行全生命周期管理，貫穿建筑消防設計、消防工程施工、消防系統運行維護與管理整個生命過程，通過參數化、信息化將建筑信息資源進行共享，尤其是在建筑消防領域，通過制定好的標準實現數據信息的管理，保證了各項數據信息能夠更合理地應用到建筑消防領域。因此，將BIM技術應用到建筑消防系統中，能夠全面提高建筑消防水平，從建筑消防設計至建筑消防施工管理、建筑消防運行維護實現全生命周期管理。

一、BIM技術概述

BIM技術是通過收集各種工程項目的信息數據構建成為相應的建筑模型，從而保證建筑設計的合理性和合規性來實現協同化管理，以更好地提高建筑的安全性能和整體質量。BIM技術還具有空間技術優勢，比如信息模擬性、信息關聯性、信息可視性等性能，將其應用到建筑消防設計中，能夠有效地解決各專業工種空間布置矛盾、優化系統方案、優化空間布置和空間利用，有效解決各專業的空間碰撞設計矛盾問題，避免施工過程中因專業工種發生空間矛盾引起的窩工、變更設計停工等帶來的經濟損失和工期延誤，并利用竣工后的建筑智慧管理平臺實現日常運行維護工作中可溯源、規范化、標準化、精確化管理。

二、BIM技術在建筑消防工程施工中的優勢

BIM技術的可視化、虛擬仿真模擬等技術已在工程建設當中得到廣泛的應用與認可。以消防工程施工為例，BIM技術能夠對在建工程整體情況進行可視化反饋，便于工程管理人員開展工作，提升了工程組織運作的可視效果，增強了設備操作顯示直觀性，提高了安裝效率，并通過對設備構件進行參數化加工，更好地控制工程量，為工程管理提供多重便利條件，能將工程建設進度、設備安裝方式通過虛擬仿真的手段呈現，對現場施工進行監督管理，從而保證安全施工、提升工程質量，有效縮短工期，降低施工成本，達到減能增效目的。

（一）工廠化生產加工

在設備BIM技術設計過程中精確植入構件的空間位置、長度、大小、材質等信息，可為消防工程工廠化生產加工提供技術支撐。在生產基地采用自動化、半自動化生產設備集中生產加工，可提高消防工程管件、設備、構配件的生產加工效率，有效降低管件、設備、構配件的加工成本，為施工單位減能增效提供技術條件。

（二）裝配式安裝施工

通過設備BIM技術的精準設計及工廠化的管件、設備、構配件的精確生產加工，為施工現場裝配式安裝施工提供條件，可有效提高安裝施工效率，降低安裝施工的勞務成本。特別是在目前勞動成本占工程項目成本較高的情況下，為施工單位減能增效提供了條件，對縮短施工工期、降低管理成本和施工成本具有實際意義。

（三）安裝工程量信息采集

在設備BIM技術設計過程中精確植入構件的標高、規格、尺寸、材質、安裝連接方式等信息，可在模型系統中任意采集樓層或局部區域設備、管路、構配件等相關信息，可廣泛用于工程造價、施工算量、材料采購、管件下料等相關領域，解決了人工算量工程量大、計算過程長、算量結果精度不夠高、結算對數耗時長等難題，為造價咨詢單位、施工單位、第三方結算單位提高工作效率、降低人力成本提供了技術保障。

（四）工程進度管理

由于工程受到材料價格上漲、施工技術不完善或天氣惡劣的影響，可能延誤所有土木工程的施工進度。為了解決這一問題，施工單位可以利用傳統土木工程技術的優勢，并集成BIM技術，更好地將建模操作集成到工程圖中，發揮其技術指導和保證作用，全面提高施工進度和管理效率。同時，項目經理可利用BIM技術全面了解施工人員的施工情況，以及各環節的具體施工場景、各種設備的運行情況等，以確保整個項目順利進行和有序推進，并在規定的時間內完成。

（五）信息化安全施工

一是嚴格監控審批流程，借助BIM技術平臺監督工程項目中的操作全流程，融合施工模型、虛擬現實，并利用VR技術，更好地模擬諸如設備安裝順序等操作，提前制定更為嚴格、科學、合理的施工方案。二是將BIM技術應用到施工關鍵部分的監控工作中，通過模擬操作有助于減少高風險操作的內容風險，并能夠在關鍵節點中應用，從而進一步優化施工節點的操作流程。三是重視搭建信息管理平臺，利用BIM技術所具有的信息儲存功能建立一個相應的運營維護平臺。

三、BIM技術在防排煙工程施工中的應用實例

（一）工程概況

某項目位于廣西南寧市五象新區，總建筑面積192153.85平方米，其中地上建筑面積114004.63平方米，包括1棟43層（200米）的超高層國際5A甲級寫字樓，1棟17層（77米）的五星級精品酒店，3棟獨棟商業樓（18.3米），地上3層裙房（13.30米），地下設置五層停車場及設備用房，地下建筑面積78149.22平方米，包含5000平方米的地下商業街、1299個機動停車位。防排煙工程風管總造價835萬元，風管總面積56000平方米。

（二）項目重難點分析

大型建筑有建筑面積大、建筑結構復雜、設備系統多、設備管路復雜、占用空間大、凈高要求高等特點，往往容易產生空間安裝矛盾及使用空間矛盾。工程技術人員利用BIM技術，將多專業設計進行整合，對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，通過BIM技術對建筑消防系統進行合理的設計，為多專業協同布置提供工作基礎。實現線上與不同專業技術人員技術溝通，快速捕捉重要信息，保證設計的統一性，從而提高生產效率。

（三）項目實施流程

基于BIM技術創建的設備BIM模型，能精確反映設備及系統管件的空間位置、長度、大小等信息，BIM技術可按管線進行分色顯示，利用凈高試驗技術，對空間設備及管線進行位置優化和調整，全局把握管線標高，精確控制層高及吊頂高度，盡可能提高凈高設計空間，為業主提供最大限度的空間利用，從而為建筑提供最舒適的空間環境。

BIM技術用于建筑設備設計，是將設備、管路系統及構配件以三維的形式表現出來的信息技術，通過數字信息技術將建筑設備各系統進行虛擬化、數字化展現，并根據建筑的特征設計出一個三維建筑設備模型，讓建筑設備的表現更加具有直觀性。其中主要包括泵房加壓系統、空調機房、變配電機房、發電機房、風機房、消防滅火管路系統、給排水管路系統、集中熱水管路系統、電氣橋架、空調及防排煙管路系統等，在室內空間進行復雜的交會，在傳統的二維建筑設備設計中無法通過設計軟件進行碰撞試驗，較難以發現空間安裝矛盾。而采用BIM技術可實現直觀的三維立體轉化的建筑模型，可進行各專業工種的碰撞試驗以發現空間矛盾；通過彩色平面、剖面大樣、動畫、漫游等多種表達方式，更加直觀和全面地對各專業系統的設備、管路路徑、位置、大小進行方案比對、優化，從而得到最佳的優化系統方案，減少因設計原因造成的材料浪費及增加工程造價，能在符合設計規范的前提下最大限度節約投資（見圖1）。

圖1 項目實施流程圖

（四）項目目標

（1）技術目標。利用BIM技術對建筑防排煙系統的管線布設進行優化，對構件進行參數化拆分，將各個參數構件加工圖進行工廠自動化預制加工，提升材料利用率。

（2）質量目標。通過BIM技術對構件進行高精度模型創建，提高構配件安裝精度和材料利用率，降低損耗，從而提高安裝質量。

（3）工期目標。優化進場路徑方案，采用裝配式安裝方式，提高安裝工程效率；對安裝技術工人進行技術交底，提升安裝質量，避免二次返工。

四、增益分析

施工階段要有效控制工程造價，必須考慮工程變更、工期變化、原材料價格變動等客觀因素的影響。某寫字樓項目再建筑防排煙傳統生產與運用BIM技術自動化生產防排煙風管對比見表1。

表1 防排煙風管加工成本對比表

（一）時間效益

采用BIM技術自動化生產線加工的方式，通過BIM技術對構件進行參數化建模，在設計階段實現工程信息的傳遞，減少了施工當中由于模型沖突導致的二次返工費用，減少了各專業之間由于碰撞產生的返工時間；采用工廠化BIM技術自動生產線加工構配件，比采用施工現場加工節約94%生產時間；采用裝配式安裝方式，可有效縮短項目建設周期，時間成本大幅度降低。

（二）成本效益

該項目基于BIM技術對建筑進行設計、施工、管理，化繁為簡，項目得以快速實施、施工質量得以保障，降低了施工成本，某項目防排煙施工應用BIM技術，節約人工費約13%，材料利用率提升7%，加工管理成本節約87.5%，加工過程減能增效達24.2%，經濟效益顯著。

五、基于BIM技術的建筑消防智慧管理平臺探索

當建筑火災發生時，若人員不能有效疏散，則會降低救援效率。BIM技術通過結合機電、給排水等專業為建筑消防設計消防聯動點，一方面將設計信息同步至消防管理系統平臺，可以避免消防聯動系統點位遺漏，進一步提高圖紙質量；另一方面BIM技術可在設計階段通過建筑消防管理平臺，模擬人員疏散，在設計階段實現建筑消防安全管理，起到輔助消防救援工作的作用，救援隊伍可及時通過BIM技術所展示的信息，精確捕捉到著火點以及被困人員位置，提高救援效率。基于設計階段完成的BIM模型，構建消防施工智慧管理平臺，通過信息化手段，將建筑消防施工信息與平臺進行關聯，使BIM技術應用于建筑消防全生命周期。

（一）消防運維管理系統

利用BIM信息模型技術建立建筑智慧管理消防系統維保管理子平臺，將建筑消防設施和數據信息在智慧管理系統進行完全交互。在日常消防系統管理中可根據消防系統故障信息，快速查詢到消防設施的位置、狀態、技術指標、功能、規格型號、長度尺寸、材質等信息，方便物業主管人員及時對故障進行處理決策判斷，并對故障點進行維修及故障排除，便于建筑消防設施的快速維護修復，保證消防系統的正常運行。對消防設施的生產時間、使用時限通過BIM技術植入系統中，可以實時監控消防產品的使用情況，發現超時使用的消防產品及時更換，避免消防產品失效，確保消防產品的安全使用與管理。將消防巡查管理、維修人員管理、消防材料管理納入維保管理子平臺，提高消防運維管理能力和管理水平。

（二）建筑智慧消防管理系統

將基于BIM消防技術可視化、物聯網信息化、大數據云計算、消防人工智能技術構建建筑智慧消防管理系統，通過系統智能檢測、無線火災智能探測、網絡視頻監控、智慧用電安全探測、可燃氣體安全探測、智慧消防水源采集等前端物聯檢測探測技術，將相關信息通過互聯網傳至建筑智慧消防管理系統進行集中處理分析，及時發現消防隱患并做相應處理，降低消防火災風險，確保人們生命、財產安全。

BIM技術在建筑消防領域的應用，實現了信息化管理，不僅僅節省了工期，相較傳統的半機械化現場加工方式，其提高了材料利用率、降低了材料損耗率，避免由于返工產生的人工費，為施工優化提供了直接幫助，BIM技術的應用遠不止于此。在建筑消防工程建設期間，利用BIM技術構建的建筑智慧管理平臺消防管理子系統，不僅可以呈現出可視化的三維模型，更能將模型中結構、設備構件進行參數化管理，從而提高建筑消防工程在設計、施工及運維、消防風險防控等方面的技術水平，從而保證工程質量，防止消防事故發生，實現建筑消防系統全生命周期的智慧管理。