基于BIM的地鐵車站火災疏散應用研究

張野 單妥 王曉磊 劉國奇

摘要：當今地鐵以其經濟性、快速性、準時性、低碳性等諸多優勢，逐漸從各大城市公共交通發展中脫穎而出，因此得到廣泛普及和應用。然而，隨著地鐵建設與運營規模不斷擴大，人流量也越來越大，如果發生火災等突發事故，地鐵車站的疏散工作必然會面臨巨大挑戰。由此可見，加強對地鐵車站火災安全疏散的研究就顯得尤為重要?；诖?，本文簡要闡述了基于BIM技術的地鐵車站火災疏散具體應用，以供參考。

關鍵詞：BIM；地鐵車站；火災疏散

地鐵作為重要的城市交通工具，人員密集且通行量較大，一旦發生火災，后果將不堪設想。近些年來，社會各界愈發關注地鐵火災以及人員安全疏散等方面問題。從目前來看，已經有一些研究利用建筑信息模型（BIM）技術對地鐵車站的火災疏散進行模擬分析，這些研究主要通過模擬火災發生時人員疏散情況，探究關鍵疏散路徑所需最短時間以及最大限度下的疏散時間，并與實際情況進行對比。通過這些研究，可以證明在火災發生時，BIM技術可以有效提高疏散結果的準確性和工作效率。^[1]

一、火災疏散的重要性

火災疏散在地鐵車站的安全管理中具有極其重要的地位和作用。地鐵車站作為城市交通的重要樞紐，每天都承載著大量乘客，一旦發生火災，如果沒有有效的疏散策略和應對措施，勢必會給人們的生命和財產安全帶來嚴重威脅。

首先，火災疏散可以保障乘客的生命安全。地鐵車站通常是高峰時刻人流密集的地方，人員聚集程度較高，一旦發生火災，乘客在較短時間內必須快速有效疏散出車站，以確保每個人的生命安全。因此，制定科學的火災疏散策略，對于提高乘客疏散速度和減少人員傷亡具有重要意義。其次，火災疏散能減少財產損失。地鐵車站通常設有許多重要設備、設施，比如電梯、自動扶梯、通風系統等，一旦發生火災，如果沒有及時有效疏散人員，火勢可能會迅速蔓延，很容易損壞設備設施。而通過科學的火災疏散，可以提高車站疏散效率，減少火勢蔓延時間，有效降低財產損失。最后，火災疏散還能夠保障城市交通的正常運行。地鐵車站是城市交通的一個重要節點，倘若出現火災，可能會導致車站封閉，列車停運，給整個城市的交通系統帶來嚴重影響，而通過科學的火災疏散，可以最大程度減少對交通運行的干擾，以確保城市交通正常運行。

二、地鐵站火災應急疏散分析

（一）地鐵站火災安全分析

1.地鐵站火災安全隱患。地鐵車站發生火災事故其實是由很多因素共同影響造成的，如車站自身的應急管理系統、建筑材料屬性、人員密集度、車站內部的設施設備、人員自身特性等。^[2]目前來看，地鐵火災發生的類型主要有三種：一是站廳火災，主要是由于車站服務設施發生故障、旅客行李著火等原因導致。二是站臺火災，主要是設施設備出現故障。三是區間隧道火災，主要是由于列車著火且無法運行、列車著火且可以運行至最近車站而導致。

2.地鐵站火災安全疏散條件。在地鐵車站火災安全疏散過程中，應在遵循“疏散規范”要求的前提下，明確“可用疏散時間”與“實際安全疏散所需時間”。^[3]一般情況下，當可用疏散時間大于實際安全疏散所需時間時，就表明車站人員都安全撤離至安全區域。因此，在疏散人員時，我們應盡可能延長可用疏散時間，縮短實際安全疏散所需時間。

（二）地鐵站火災疏散人員結構分析

地鐵車站人員結構相對比較復雜，當火災發生時，需要疏散的人員主要可以分為三類：第一類，乘車旅客。在地鐵車站內，人數占比最多的就是乘車旅客，我們需要綜合考慮人員出行高峰期等影響因素，通過相關算法計算出列車進站人員的最大客流量。第二類，站臺層人員。在地鐵正常運行情況下，可將站臺人員列為候車人員，并根據相關算法計算出地鐵車站高峰期站臺上的最大候車人數。第三類，站廳層人員。相對來說，站廳層人員結構比較復雜，如剛剛進入車站的旅客、工作人員以及還尚未明確流向的人群（如推銷人員、流浪人員等），這類人群在火災疏散時往往會在一定程度上增加人員疏散難度?？傊?，對地鐵車站火災疏散人員結構進行分析，從而更好為火災疏散提供保障。

三、BIM技術應用于安全疏散模擬的優勢與可行性

（一）優勢

首先，BIM可以為安全疏散工作的開展提供全面、準確的建筑物信息，其核心主要是對相關數據信息的管理，包括對數據信息的采集、創建、管理、使用以及共享等。一般情況下，BIM主要是通過數字信息來展示某項建筑物工程的具體信息：一方面，BIM技術支持下所構建的疏散環境模型與實際安全疏散環境一樣，先利用該模型進行安全疏散模擬演練，勢必可以提高疏散效果。另一方面，BIM模型中也可以包含建筑材料信息等非幾何信息，這對于火災安全疏散模擬也發揮著至關重要的作用。其次，BIM可以包含建筑物所有數據及屬性，而且兼具可視化、模擬性等特點。^[4]一方面，可以讓人們在安全疏散時迅速熟悉周圍疏散環境，也能夠幫助救援人員快速了解火災現場情況。另一方面，BIM技術可以支持各種逼真的虛擬特效，如火焰、煙霧等，能夠讓人們置身其中，真正感受到火災場景，對于調查真實火災情況下人們的疏散行為特點是有極大助益的，從而保證調查數據更真實。最后，BIM技術支持下的模型構建還可以做到實時更新。該模型系統可以利用最新的信息采集技術隨時隨地采集建筑物以及周圍環境所有數據信息，這些數據信息不但包括建筑物里邊的“靜物”，如設備、機械構件等，還包括一些動態數據，如流動人群、流動設施、火場溫度等，以保證火災情境下人們的安全疏散。

（二）可行性

從理論來講，將BIM技術應用于安全疏散模擬有兩種模式。^[5]第一種是基于BIM技術的建模軟件，如在Revit中增加疏散BIM模擬模塊，其主要目的是為了模擬人員安全疏散過程。具體操作如下：首先，在Revit軟件中添加計算機仿真模擬程序，然后在其中設置BIM疏散模型，最后通過設置不同的參數數據來進行人員安全疏散模擬。總的來看，這種模式可以很好實現人員疏散結果與BIM模型“無縫對接”，當模型信息一旦發生修改時，相應的疏散結果也會自動發生改變，反之亦然。不過，長此以往，這種情況可能會導致BIM模型中所承載的信息會越來越多，非常容易超出計算機的硬件計算能力。因此，軟件技術還是需要不斷提高。第二種是疏散模擬與BIM疏散模型分離的模式。具體操作如下：首先將疏散模型中的數據信息提取出來，并將其導入到相關的計算軟件或算法當中，形成數據鏈接，然后進行人員安全疏散過程的模擬演練。倘若需要可視化呈現，還需要將疏散的結果在BIM模型中展示出來。相較于第一種模型，后者優勢更明顯，對軟件計算、人員操作等方面的要求比較簡單，但其不足就是需要在二者之間建立一個溝通橋梁。

四、基于BIM的地鐵車站火災疏散應用

（一）利用BIM構建平臺架構

為促進地鐵車站智能消防的建設與發展，可利用BIM技術+GIS作為信息載體來構建智慧平臺架構。其中，該平臺架構主要包括以下幾個模塊。

1.GIS地圖模塊。該模塊可以將整個城市地鐵站地理信息位置與周邊地理信息位置進行“聯動交互”，可以為地鐵車站的消防安全管理打下堅實基礎。在地圖上，我們可以看到每一個地鐵站點的具體位置，并按照等級對一些重要控制點、火災報警點等進行標注。通過縮放地圖，我們可以觀察到具體站點的BIM模型以及周圍的道路狀況、基礎設施等各項環境信息，周邊的消防、公安、醫院等一些重要的單位也可以在地圖上標注出來。利用該模塊，各方均可以根據自身對信息互享的實際需求在BIM平臺上相互聯動、交互。

2.可視化管理模塊。該模塊允許我們在GIS地圖上點擊單個站點，并進入到某個單位地鐵車站站點的BIM模型當中。透過這個模型，我們可以具體看到車站內與消防有關的數據信息，如位置、數量、注意事項、屬性以及可采取的滅火措施等。為了突出和強調，我們還可以在設計BIM模型時，對一些防火設施、滅火設備等進行特殊標注，以便于更好為火災救援、人員安全疏散做準備。

3.監測預警模塊。一般情況下，該模塊系統會與BIM模型綁定到一起，即：通常都是在BIM模型當中對一些重要的火災監測預警點進行突出性標注。當火災發生時，平臺中該模塊就會自動向相關人員推送火災預警信息，并且還會自動定位著火點。與此同時，地鐵車站指揮臺中心也可以通過觀察BIM模型所綁定的視頻監控，及時準確地了解地鐵車站內部的火災情況以及周圍環境情況，并做好火情通知、人員安全疏散、火勢撲滅等工作，從而為后續的人員救援工作開展提供先行支援保障。

4.消防資產維護模塊。該模塊主要是用于地鐵車站內部消防資產清點與運營維護管理，通過平臺中BIM模型實現可視化運維管理，其目的主要是為了更好保證維保數據的溯源性。

5.應急聯動模塊。該模塊具有一定分類功能，可以將可能發生的火災進行提前分類，并按照不同的火災類別去設置更具有針對性的應急聯動流程，還可以將這些流程上傳至平臺，以用于地鐵車站消防日常的戒備演練。

（二）利用BIM進行火災模擬與疏散仿真

火災模擬與疏散仿真也是基于BIM的地鐵車站火災安全疏散應用的有效手段。通過借助BIM技術構建出地鐵車站詳細模型，并在模型中添加火災源、煙氣流動、人員行為等多個影響要素，然后再模擬火災發生及其發展過程、人員安全疏散的動態情況等，我們可以對地鐵車站的人員疏散能力、安全性等做出相對準確評估，從而可以幫助我們制定更加科學的地鐵火災疏散方案。其具體應用主要有以下幾個方面：第一，可利用BIM技術模擬和分析地鐵車站內部的火災場景，得出不同火災情況下的疏散時間和路線信息，這些模擬結果可以用于評估和比較不同疏散方案的效果，從而為制定最優的火災疏散方案提供參考依據。例如，在火災情況下，可以利用BIM技術進行人員密度、疏散路徑和疏散時間等關鍵指標的模擬分析，幫助決策者更好了解疏散過程的瓶頸和風險點，制定合理疏散方案。第二，可利用BIM技術在實施火災疏散過程中提供實時性數據支持。通過與智能感知設備結合，BIM技術可以實時監測人員位置、疏散速度等信息，并將這些數據反饋到車站內的疏散指揮中心，使指揮人員能夠及時掌握疏散進展情況。我們還可以利用BIM技術與消防設備和安全設施進行聯動，實現智能化疏散指導，比如可以在火災現場實時展示最短疏散路徑、提供應急門位置等信息，以提高疏散效率和安全性。第三，借助BIM技術，可以實現地鐵車站火災疏散策略可視化展示。通過將地鐵車站的建筑信息與火災疏散策略相結合，可以在虛擬環境中直觀展示疏散過程和路徑，這不僅有助于疏散參與者更好理解疏散指導，提高疏散效率，還可以為疏散演練和培訓提供有力支持。

（三）BIM技術在消防安全管理中的應用

BIM技術在消防安全管理中的應用主要體現在消防安全模擬演練環節，在BIM模型中，我們可以設置好可以移動的虛擬人，通過借助電腦算法計算出不同位置虛擬人距離最近的出口，以便更快速、準確實現火災疏散模擬演練。除此之外，我們還可以將提前制定好的火災應急方案在BIM模型中進行虛擬動畫模擬演練，從中發現實際操作中可能會出現的問題，然后再改進和完善方案，以便于更好地指導實際火災逃生與疏散工作。

（四）基于BIM的地鐵車站火災應急處理

當火災發生時，基于BIM技術的地鐵火災應急處理系統可以在模型的支持下，快速、準確定位火災發生點，并獲取火災具體詳情及其發展趨勢，從而為滅火救援提供更科學合理的決策依據。除此之外，地鐵車站還可以利用BIM模型系統與當地的消防部門、交通部門等合作，以實現人員引導、交通調度。當火災發生時，該系統可以迅速響應并為火災救援工作提供信息數據支持，從而進一步提高火災應急處理效率。不僅如此，該系統還可以根據不同地鐵車站的具體情況靈活調整和優化應急處理方案，適用性較強，能夠更好滿足不同地鐵車站實際需求。

結語

綜上所述，BIM技術在地鐵車站火災安全疏散與管理中有著較大的應用前景和價值。在實際應用中，我們可以將BIM應用于平臺架構構建、火災模擬與疏散仿真、消防安全管理以及火災應急處理等環節，以保障地鐵車站火災疏散效率和質量。

參考文獻

[1]楊洲，鄧朗妮，孔令虎.基于BIM的地鐵車站火災模擬與安全疏散研究[J].廣西科技大學學報，2022，33（04）：23-30.

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[3]周方，張麗，柏萍等.基于BIM的地鐵車站火災安全疏散研究[J].中國高新科技，2021（12）：26-27.

[4]白嬌嬌.基于BIM的地鐵車站火災模擬與疏散研究[D].石家莊鐵道大學，2020.

[5]黃靜怡.基于BIM的地鐵車站施工階段火災安全預警可視化及疏散研究[D].廣西科技大學，2019.

作者簡介：張野（1990- ），男，蒙古族，遼寧錦州人，碩士研究生，助理研究員，研究方向：安全工程。

基金項目：本文系遼寧省教育廳自然基金項目課題“城市地下空間環境中人群疏散的若干關鍵技術研究”（項目編號：LJKZ0595）的階段性成果。