BIM技术在高层建筑防火监督中的应用研究

摘要：随着高层建筑数量的增加，防火监督成为确保建筑安全的重要环节。本文探讨了建筑信息模型（BIM）技术在高层建筑防火监督中的应用。通过分析BIM技术在防火设计、模拟和管理中的作用，揭示了其在提高建筑防火性能、降低风险和提升管理效率方面的潜力。研究表明，BIM技术可为防火监督提供可视化、实时性和多维数据支持，为决策制定和应急处理提供更为精准的依据。然而，BIM技术在防火监督中的应用还存在一些挑战，如数据集成、标准化和技术培训等方面需要进一步完善。本文旨在为促进BIM技术在高层建筑防火监督中的应用提供参考和启示。关键词：BIM技術；高层建筑；防火监督；安全随着城市化进程的推进和人们对建筑安全的日益关注，高层建筑数量不断增加。然而，高层建筑一旦发生火灾，其带来的灾难性后果常常不可估量。因此，对高层建筑的防火监督显得尤为重要。传统的建筑设计和管理方式难以满足对防火监督的需求，而BIM技术作为一种集成设计和管理工具，为提升建筑防火性能提供了新的思路和方法。一、BIM技术概述建筑信息模型（BIM）是一种数字化的建筑设计、施工和管理方法，基于一个全面、协同的数字化建模过程，涵盖了建筑物或基础设施的物理和功能特性。BIM通过整合建筑物的几何形状、空间关系、材料属性和建筑元素之间的关联性，为建筑行业的各个阶段提供了数据和信息。BIM技术的核心是建模，用于建筑设计的三维模型更是一个包含了几何信息、时间信息、成本信息、物理特性和功能特性等多维数据的虚拟模型，为设计师、工程师、施工人员和业主提供了一个共享的平台，在整个项目生命周期中共同协作、沟通和管理。BIM的优势在于提高了项目的协同性和效率。设计团队可通过BIM，实时共享信息、协同工作并即时反馈，减少了信息传递和误解的可能性[1]。二、高层建筑消防隐患现状（一）高层建筑火灾特征高层建筑火灾是一种极具挑战性的灾难，具有人员疏散难度大和救援难度大的特征，更涉及到诸多复杂因素，影响着火灾蔓延、应对和救援效率。这些因素既包括建筑结构本身的特点，也涉及到人员行为、环境因素以及救援资源等多个层面。一方面，高层建筑由于其高度，人员疏散难度较大是显而易见的。楼层高、人口密集，加之可能存在疏散通道不畅，使得火灾发生时，大量居民面临疏散困难的问题。有些居民可能身体有残障或行动不便，这进一步加大了疏散的难度。同时，火灾引发的恐慌和混乱也会影响人们冷静有序逃生，甚至可能导致拥挤和踩踏等意外。另一方面，高层建筑火灾的救援难度也较大。消防车辆抵达火灾现场的困难、水压不足、高空救援设备的使用等技术性问题都增加了救援的难度。此外，高层建筑存在着独特的建筑结构，使得火灾扑救难度加大。火势可能在楼层间蔓延，传统的灭火方式可能面临局限性，需要更多专业化的技术和装备来有效扑救。另外，环境因素也是影响高层建筑火灾特征的重要因素之一。例如，风力和风向对火势蔓延的影响很大。强风可能迅速推动火势扩散，增加灭火难度，甚至使得救援难以进行。高层建筑周围的交通和基础设施也可能受到影响，进一步制约了救援的效率[2]。（二）高层建筑消防安全隐患问题高层建筑消防安全隐患问题一直备受关注，其中设计不达标和装修材料不合理是两个主要方面。这些问题的存在会导致灾难性后果，因此深入了解其本质和影响至关重要。首先，设计不达标可能是高层建筑消防安全的根源之一。一些建筑在设计阶段未考虑到充分的消防安全因素。这包括但不限于缺乏有效的疏散通道、消防设备配置不当、建筑结构不稳固等问题。设计不合理容易导致火灾发生时疏散困难，甚至无法有效控制火势，使得火灾造成的损失更加严重[3]。其次，装修材料不合理也是造成高层建筑消防安全隐患的重要原因。一些低质量或不符合消防安全标准的装修材料存在火灾蔓延速度快、释放有毒气体或烟雾的问题。例如，易燃材料的使用、装修过程中的安全漏洞等都可能为火灾的发生和蔓延提供更多机会。设计不符合标准会给火灾发生时的疏散增加阻力，导致更多伤亡和财产损失。不合适的装修材料可能助长火势扩散，带来更严重的后果。这些问题不仅危及居民的安全，还会给消防人员的救援工作带来巨大困难，阻碍他们有效控制火势。改善设计并选用合适的建材是减少火灾伤害的关键，以确保人们及时安全逃生，并有利于消防人员更有效扑灭火势，减少损失。三、BIM技术在防火监督工作中的应用（一）对消防设施局部平面进行调整更新BIM技术通过三维建模和数据管理，使得消防设施局部平面的调整更新变得更加直观和实时。在进行平面调整时，BIM技术能够帮助实现以下目标：一是消防设施局部平面的实时更新。BIM中的实时协作功能可以确保多个团队成员同时查看和编辑局部平面，以便及时更新消防设施布局。在BIM共享平台上，消防人员、建筑设计师和其他相关专业人员可以实时协同工作，确保局部平面的准确性。二是消防通道和逃生路径的优化。BIM技术可以模拟不同的消防通道和逃生路径，考虑建筑的结构和布局。这有助于优化逃生路径，确保在紧急情况下人员能够快速而安全撤离。具体来看，BIM技术可以结合建筑结构和管道系统的几何信息，利用流体动力学原理计算管道内的流量，以进一步提升水管网压力的适用性，增强火灾监督效果。相关计算公式如下：Q=A·V其中，Q为流量，A为管道横截面积，V为流速。管网压力是管道系统设计中的关键参数。BIM技术可以模拟管道网络，考虑管道的直径、长度、流速等因素，利用以下公式计算管网压力：P=ρ·g·h+（1/2）·ρ·V2+Pstatic+Pfriction其中，P为管道内的总压力，ρ为水密度，g为重力加速度，h为管道高度差，V为流速，Pstatic为静压，Pfriction为摩擦损失。在建筑信息模型（BIM）技术的广泛应用下，消防供电设备容量计算已经变得更加系统化和精确。通常情况下，消防供电设备的容量计算以公式S=IsUo为基础。这里，S代表总供电设备的实际容量，Is表示实际需要的发电量，而Uo则是直流测量的空载体电压。不过最终的计算公式更为复杂，表达为S=（S+SF+ΔS）/2。在这个公式中，S代表消防供电设备的总功率，SF代表其他设备的用电功率，而ΔS则表示牵引网络的功率损失。防火监督工作的核心是对整个容量计算进行检验，需要根据供电设备在运行过程中产生的有效电流，并充分利用牵引变压器的过载能力，计算出校核容量的数值。这一步骤的目的在于确保变压器能够安全稳定运行[4]。同时，也需要考虑到变压器负荷潜力出现的原因，这将最终决定变压器负荷能力的依据。通过这些计算和检验步骤，能够确保供电设备的可靠性和安全性，进而保障建筑物在火灾情况下的电力供应稳定性，使得对消防供电设备容量的评估更加准确和可靠，从而为建筑物的安全性和防火能力提供了坚实基础。（二）实现技术交底在传统的建筑审批与监管中，消防设施的技术交底一直是一个繁琐而耗时的过程。过去，审批后的图纸和电子版需要传递给防火监督人员，而他们则需要耗费大量时间检查消防设施的运行情况。然而，随着高层建筑数量的不断增加和设计难度的提升，传统的审核方法显得效率低下，监管人员的工作量也居高不下。在这一挑战下，建筑信息模型（BIM）技术成为了解决问题的一项创新解决方案。BIM技术通过数字化建立建筑模型，以包含建筑的各项构造和性能信息，实现信息内容与模型的完美结合。防火监督人员可以更直接观察建筑的各种信息，从而更有效进行监督和审核。建立完善的建筑模型使监督人员能够快速了解建筑的结构、消防设施布局等重要细节，有助于相关人员更迅速制订各种防火预案。BIM技术的优势在于它不仅提供了建筑的三维模型，还包含了丰富的数据和信息，例如建筑材料、设备规格、施工方法等。这些信息帮助监管人员更全面了解建筑的特性和构造，不再局限于传统的二维图纸。监管人员通过利用BIM技术能够更准确评估建筑的安全性，并及时发现潜在的安全隐患，有效提高建筑审批与监管的效率和质量[5]。在BIM技术支持下，审批过程更加透明高效。防火监督人员可以直接在数字模型中查看建筑的消防设施配置，并实时了解其性能。消除了传统审批中纸质文件传递和翻阅的繁琐步骤，大大提高了审批效率。BIM技术除了在审批阶段发挥作用，还为建筑的后续管理提供了强大的支持。一旦建筑完成，BIM模型可以作为一个动态的数据库，记录建筑的运行、维护和更新信息。这为监管人员提供了实时的建筑状态，使得他们可以更主动进行监督和管理。同时也为建筑的日常运营提供了更精准的数据支持，有助于优化建筑的防火设施，提高整体的安全水平。（三）利用FDS软件相结合FDS火灾模拟软件涵盖两个主要组成部分：FDS和SMOKEVIEW。FDS扮演核心角色，专注于建筑结构的构建与每个区域的精确定位计算。与之相对，SMOKEVIEW作为FDS计算结果的后处理程序，不仅分析防火设施的布置位置，还可展示火势蔓延情形。利用BIM技术，这些数据能以2D或3D形式呈现。输入数据包括建筑内部温度、燃烧情况及煙雾蔓延等[6]。如今，众多高层建筑日益重视FDS软件在火灾场景模拟中的运用。通过该软件提供的实验基础数据，结合BIM技术，能为火灾救援方案提供有力支持。FDS建立的建筑模型更为直观，可辅助选择相关数据，尤其在人员密集场所。防火监督人员利用虚拟现实软件，在3D场景中灵活建模，提前规划人员逃生通道、设计合理疏散路径，并计算出准确的疏散时间，分析疏散过程的可行性，使实验数据更加真实可靠，这种技术的应用效果显著。利用FDS建立的建筑模型一方面提供直观参考，另一方面能为数据选择提供支持，尤其是在人员密集区域。借助虚拟现实软件，防火监督人员能够在3D场景中轻松建立模型，提前规划人员逃生通道，设计出合理的疏散路径，准确计算出疏散时间，并分析疏散过程的可行性，使得实验数据更加真实可靠[7]。（四）制订较为完善的应急疏散预案在建立应急疏散预案时，采用先进的工具和技术对建筑内部进行分析和规划至关重要。需要用到PATHFINDER软件。这款软件能够将建筑内各种大型活动数据导入其平台，从而生成多种疏散路线并进行可视化模拟。该系统性的方法有助于制定全面且高效的应急疏散计划。利用BIM技术展示人员疏散情况更是一项创新举措，可以提前预测疏散所需的时间，而且能够在最短时间内高效完成人员疏散，为紧急情况下的安全提供有力保障。PATHFINDER软件不仅服务于预防火灾的监督人员，还能为消防救援人员提供宝贵的信息，使其通过这款软件可以迅速了解建筑物内部的情况，为应急疏散培训和实际救援行动做好准备。这种全面、系统化的工具不仅使得预防措施更加有效，同时也提高了在紧急情况下的应对能力。在应急疏散预案制定过程中，技术手段的运用是必不可少的。它们为建筑物安全提供了深度的保障，能够预测并应对潜在的风险。从防火监督到