曹露春 吳雅迪 張蓉

摘要：對(duì)目前消防工程全壽命周期中各階段存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，得出消防工程全壽命周期中信息化程度不足是制約其發(fā)展的重要原因，具體展現(xiàn)了BIM技術(shù)在消防工程全壽命周期各階段管理中的應(yīng)用前景及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并建立了消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的框架。

Abstract： This paper analyses the problems existing in all stages of the life cycle of fire engineering at present， and draws the conclusion that the lack of information in the life cycle of fire engineering is an important reason that restricts its development. It shows the application prospects and technical advantages of BIM technology in the management of all stages of the life cycle of fire engineering concretely， and establishes the framework of the life cycle management system of fire engineering.

關(guān)鍵詞：BIM;消防工程;全壽命周期管理

Key words： BIM;fire engineering;life cycle management

中圖分類號(hào)：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）18-0253-03

0? 引言

大型城市綜合體、交通樞紐（如高鐵站、機(jī)場(chǎng)等）中人員周轉(zhuǎn)密集、場(chǎng)所眾多、環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，極有可能造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。消防工程作為建筑工程的重要組成部分，由于設(shè)計(jì)規(guī)范陳舊、施工建造難度高、驗(yàn)收工作繁重、運(yùn)維信息不暢等問(wèn)題，在全壽命周期管理中正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而信息化程度不足是造成消防工程建造與管理困難的重要原因。消防工程全壽命周期包括設(shè)計(jì)階段、施工建造及驗(yàn)收階段、運(yùn)維管理階段，其全過(guò)程涉及信息廣泛，信息的傳輸和處理效率對(duì)消防工程的高效管理起著決定作用。BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用日漸成熟，其可視化、協(xié)同化等特性在促進(jìn)建筑工程高效化的前提下，也帶來(lái)非常可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。為此，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，分析其在消防工程全壽命周期中的應(yīng)用，對(duì)消防工程全壽命周期信息化程度及管理效率的提高提供一定的理論指導(dǎo)。

1? 傳統(tǒng)消防工程管理中存在的問(wèn)題

消防工程從設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)、規(guī)范審查，到施工階段的成本、質(zhì)量、進(jìn)度的控制，再到運(yùn)營(yíng)階段的運(yùn)維管理，各階段的對(duì)象與目標(biāo)有著高度的統(tǒng)一性，但在實(shí)際工程中卻相互割裂。造成這一問(wèn)題的主要原因是各階段信息化不足，導(dǎo)致工程實(shí)施過(guò)程中信息傳遞不暢、各參與方協(xié)作不足、效率低下。

1.1 設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題

隨著大型建筑的涌現(xiàn)，目前的消防工程設(shè)計(jì)規(guī)范難以完全適應(yīng)。為了適應(yīng)建筑本身的復(fù)雜設(shè)計(jì)，建筑消防設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)規(guī)范不符的情況越來(lái)越多。同時(shí)，消防工程各參與方之間缺乏溝通，進(jìn)而出現(xiàn)消防工程的設(shè)計(jì)與業(yè)主需求不符的情況，消防工程施工人員不能準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖，對(duì)后期施工造成影響。消防設(shè)計(jì)審查時(shí)，不能有效查出設(shè)計(jì)中的不足，導(dǎo)致施工過(guò)程中需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，增加不必要的成本。

1.2 施工建造及驗(yàn)收階段存在的問(wèn)題

在消防工程施工階段，施工過(guò)程中因?yàn)槭┕と藛T對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的不熟悉，會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間去理解圖紙或者和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。對(duì)于施工過(guò)程遇到的重難點(diǎn)，需要進(jìn)行多方論證和技術(shù)交底，技術(shù)人員的工作量繁重。部分施工員對(duì)消防設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)不夠重視，憑以往經(jīng)驗(yàn)私自更改設(shè)計(jì)內(nèi)容，導(dǎo)致消防工程和相關(guān)規(guī)范不符，影響最后的消防驗(yàn)收。在驗(yàn)收階段，驗(yàn)收人員因受到經(jīng)驗(yàn)和精力的限制，不能高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)消防工程中存在的問(wèn)題。

1.3 運(yùn)營(yíng)管理階段存在的問(wèn)題

消防工程運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要來(lái)自于信息的不通暢。一方面，運(yùn)營(yíng)階段與施工階段形成了信息斷流，消防設(shè)備的信息在傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)遺漏，不能完整的錄入到運(yùn)維管理系統(tǒng)中。另一方面，運(yùn)維管理過(guò)程中各類數(shù)據(jù)未能形成有效地集成，例如某設(shè)備的空間信息與設(shè)備的屬性信息是分開(kāi)存儲(chǔ)的，在火災(zāi)模擬過(guò)程中需要同時(shí)運(yùn)用到這兩類信息時(shí)，就需要花費(fèi)精力調(diào)取并集成這兩類數(shù)據(jù)。

2? BIM技術(shù)在消防工程中的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)梳理消防工程各階段的BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)，針對(duì)性的解決傳統(tǒng)消防工程中存在的問(wèn)題，展現(xiàn)BIM技術(shù)在整個(gè)消防工程應(yīng)用的連續(xù)性和高效性。

2.1 工程設(shè)計(jì)階段

2.1.1 可視化設(shè)計(jì)

可視化設(shè)計(jì)即將建筑及構(gòu)件在設(shè)計(jì)階段以三維方式呈現(xiàn)，以避免傳統(tǒng)二維圖紙表達(dá)抽象的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者先構(gòu)思出所需設(shè)計(jì)的建筑及構(gòu)件的立體圖，然后再通過(guò)立體圖去設(shè)計(jì)二維圖紙。在圖紙審查或按圖施工時(shí)，工作人員需要對(duì)圖紙進(jìn)行二次理解。不同人員對(duì)圖紙的理解或有偏差，施工成果很可能和設(shè)計(jì)意圖存在出入。而通過(guò)BIM技術(shù)直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得的”效果，既減少后續(xù)工作中人員對(duì)圖紙的理解偏差，又實(shí)現(xiàn)了施工中設(shè)計(jì)圖紙的精準(zhǔn)表達(dá)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)BIM的漫游功能，創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)演示，業(yè)主可以直觀地預(yù)覽消防工程的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，在虛擬空間三維可視圖紙中迅速找到不滿足需求的地方，及時(shí)提出修改意見(jiàn)，避免后期不必要的工程變更。

2.1.2 碰撞檢查

消防工程中碰撞的類型有兩種，第一種是設(shè)備內(nèi)部各專業(yè)的碰撞，例如管線與機(jī)電設(shè)備之間的碰撞，第二種是建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)與設(shè)備專業(yè)的碰撞，例如沒(méi)有預(yù)留孔洞，就會(huì)出現(xiàn)管道與墻體的碰撞。對(duì)于工程量大且涉及專業(yè)比較復(fù)雜的工程，僅通過(guò)人工審查，不可能準(zhǔn)確而高效地找出碰撞點(diǎn)。通過(guò)將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、水暖等專業(yè)的BIM模型整合到一起，進(jìn)行管線碰撞檢測(cè)，運(yùn)用BIM軟件可以生成碰撞報(bào)告。根據(jù)碰撞報(bào)告確定碰撞部位，對(duì)碰撞部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1.3 規(guī)范審查

隨著建筑的復(fù)雜化，傳統(tǒng)消防設(shè)計(jì)審查表現(xiàn)出了效率低、客觀性差等缺點(diǎn)，消防規(guī)范設(shè)計(jì)審查對(duì)于保障建筑消防安全具有十分重要的意義。運(yùn)用BIM相關(guān)軟件，建立的三維模型，包含較為全面的建筑信息，如建筑構(gòu)件的材質(zhì)、尺寸、防火等級(jí)等信息。同時(shí)BIM可實(shí)時(shí)定位消防構(gòu)件及監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。在軟件中依據(jù)規(guī)范設(shè)置審查條件，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，輸出審查報(bào)告，設(shè)計(jì)人員依據(jù)審查報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)修繕，實(shí)現(xiàn)整個(gè)審查過(guò)程的高效性和完整性。

2.2 施工建造及驗(yàn)收階段

2.2.1 模擬施工

模擬施工是指運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程進(jìn)行模擬。將建造過(guò)程、施工順序等信息導(dǎo)入信息模型，可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行可視化模擬，利用模擬過(guò)程對(duì)施工方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)。技術(shù)交底中，BIM三維可視化技術(shù)有助于施工人員對(duì)整個(gè)施工過(guò)程的直觀理解。

2.2.2 工程量統(tǒng)計(jì)

工程量統(tǒng)計(jì)在施工過(guò)程中的應(yīng)用包括進(jìn)度計(jì)量、中期付款等。BIM是一種綜合成本、材料和進(jìn)度的建筑信息模型。利用REVIT和廣聯(lián)達(dá)軟件，可以實(shí)現(xiàn)一定時(shí)期、一定過(guò)程的數(shù)量、成本統(tǒng)計(jì)，并以報(bào)表形式呈現(xiàn)。（圖2）

2.2.3 進(jìn)度計(jì)劃

將BIM與進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，可以模擬施工進(jìn)度。在BIM模型中加入時(shí)間信息，可以形成一個(gè)直觀的4D模型，能夠準(zhǔn)確反映整個(gè)施工過(guò)程。BIM4D模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的跟蹤管理，將項(xiàng)目的當(dāng)前進(jìn)度與節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行比較，當(dāng)進(jìn)度滯后時(shí)，及時(shí)提出優(yōu)化方案，并通過(guò)仿真施工驗(yàn)證方案的可行性。同時(shí)，BIM模型可以對(duì)施工管理過(guò)程中的材料準(zhǔn)備和人員安排提供精確的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)施工材料的精確配置和人員的合理安排，從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的精細(xì)化管理。

2.2.4 竣工驗(yàn)收

在消防工程竣工驗(yàn)收階段，消防驗(yàn)收人員應(yīng)根據(jù)消防驗(yàn)收評(píng)定規(guī)則對(duì)消防工程各單項(xiàng)按比例抽檢。在工作量較大情況下，需要多名輔助驗(yàn)收人員協(xié)同工作，這種情況下容易出現(xiàn)驗(yàn)收項(xiàng)目的交叉和遺漏，導(dǎo)致驗(yàn)收效率不高。驗(yàn)收過(guò)程中因驗(yàn)收人員的經(jīng)驗(yàn)不足，容易出現(xiàn)誤判的情況。在驗(yàn)收過(guò)程中消防驗(yàn)收人員可以在BIM模型中提前確定好需要驗(yàn)收的項(xiàng)目，然后指揮輔助驗(yàn)收人員至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)收，輔助驗(yàn)收人員通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與BIM模型作比較，以判斷驗(yàn)收項(xiàng)目是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范，驗(yàn)收人員同時(shí)對(duì)驗(yàn)收項(xiàng)目進(jìn)行拍照記錄，最終將驗(yàn)收結(jié)果上傳云端，以備日后查驗(yàn)。

2.3 運(yùn)營(yíng)管理階段

2.3.1 維護(hù)管理

大型建筑中包含的消防設(shè)施數(shù)量巨大，消防系統(tǒng)也較為復(fù)雜，將BIM技術(shù)應(yīng)用到消防設(shè)施的維護(hù)管理中，會(huì)顯著提高設(shè)施維護(hù)管理的效率和質(zhì)量。BIM模型中包含了消防設(shè)施的幾何信息和性能信息，利用該模型可以將施工階段的信息傳遞到運(yùn)維管理階段。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的信息也可以存儲(chǔ)到該模型中，通過(guò)此平臺(tái)各部門(mén)可以共享數(shù)據(jù)信息，協(xié)同合作。

2.3.2 消防救援

BIM技術(shù)在火災(zāi)模擬、現(xiàn)場(chǎng)救援指揮、虛擬消防演習(xí)中有著重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的建筑火災(zāi)模擬都是通過(guò)FDS軟件進(jìn)行的，此過(guò)程首先需要對(duì)待測(cè)試的建筑進(jìn)行建模，建模過(guò)程中輸入的參數(shù)較為模糊，其精度與實(shí)際情況有較大的差異，不能準(zhǔn)確反應(yīng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)建筑的真實(shí)情況。而B(niǎo)IM模型中包含著建筑的所有空間信息、材質(zhì)信息、周圍環(huán)境信息等，無(wú)需二次建模，只需將BIM模型直接轉(zhuǎn)化為火災(zāi)模型，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)情況的模擬。再借助BIM的三維漫游功能可以實(shí)現(xiàn)救援路徑、疏散路徑的規(guī)劃。通過(guò)BIM模型對(duì)火災(zāi)的模擬，可以幫助人們了解火災(zāi)來(lái)臨時(shí)建筑的宏觀情況，對(duì)疏散路徑有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，以提高人們應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力。

3? 基于BIM的消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的構(gòu)建

構(gòu)建基于BIM的消防工程管理全壽命周期管理系統(tǒng)首先要建立建筑信息模型，其次需要建立消防設(shè)施信息模型。建筑模型中包含著建筑的空間信息及材料信息，消防設(shè)施模型中包含著設(shè)施的屬性及運(yùn)維信息，兩者的結(jié)合可以形成四維模型，再通過(guò)對(duì)豐富的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取處理，可為消防工程的管理提供可視化平臺(tái)及運(yùn)維信息，從而有效提高消防工程管理的水平。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的組成包括數(shù)據(jù)層、模型層和應(yīng)用層。

3.1.1 數(shù)據(jù)層

消防工程平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和核心是數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，其是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和前提。數(shù)據(jù)層借助數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)消防工程涉及的建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、消防設(shè)備信息等進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)象模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化，需要建立對(duì)象模型到關(guān)系模型的映射關(guān)系。其信息的來(lái)源主要是BIM模型信息的提取和運(yùn)維信息的錄入。

3.1.2 模型層

模型層主要是BIM模型的建立，BIM數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)基于IFC的模型數(shù)據(jù)的提取和三維展示。在項(xiàng)目決策階段通常是通過(guò)Revit軟件建立概念體量模型，快速分析整個(gè)工程的相關(guān)指標(biāo)。在施工階段建立施工模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的可視化施工指導(dǎo)。在運(yùn)營(yíng)階段建立基于BIM的設(shè)施管理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的可視化管理和維護(hù)。

3.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要由消防工程管理過(guò)程中所需要的系統(tǒng)、軟件和模型組成。其中的應(yīng)用包括全壽命周期各階段的應(yīng)用點(diǎn)，例如工程量統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維管理等。（圖4）

3.2 模型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)的信息一部分產(chǎn)生于運(yùn)維階段，但更多的部分來(lái)自于設(shè)計(jì)與施工階段，設(shè)計(jì)與施工階段的信息都可以以BIM模型的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。所以將BIM模型信息轉(zhuǎn)化成適用于消防工程管理的IFC格式的信息是建立數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵。消防工程中涉及的信息元素可分為建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、線路及管道信息、建筑材料信息、建筑消防設(shè)備信息等，具體分類參見(jiàn)表1。

4? 結(jié)論

本文研究了BIM技術(shù)在消防工程全壽命周期中各階段的應(yīng)用，得出了BIM技術(shù)對(duì)改善目前消防工程中存在問(wèn)題、提升工作效率具有重要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并建立了消防工程全壽命周期管理系統(tǒng)的框架。在未來(lái)建筑信息化程度日益提高的情境下，BIM技術(shù)在消防工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將逐漸擴(kuò)大。BIM技術(shù)對(duì)于提升消防工程各階段的信息化及信息流通，有著重要的戰(zhàn)略意義。但目前BIM技術(shù)在消防工程的應(yīng)用研究還僅僅局限于全壽命周期中各階段的應(yīng)用，還沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用流程，其各階段應(yīng)用的有效銜接，成為制約BIM技術(shù)在消防工程中應(yīng)用的瓶頸。

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