王炳華

(南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,南寧 530029)

引言

地鐵是城市的生命線(xiàn)，作為現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志，對(duì)促進(jìn)城市繁榮、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響[1]，但由于地鐵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、出入口少、疏散路線(xiàn)長(zhǎng)、電氣設(shè)備種類(lèi)多、人員密集等因素，地鐵火災(zāi)隱患大，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想[2]。地鐵火災(zāi)事故有垂直高度深、逃生途徑少、營(yíng)救路線(xiàn)單一、撲救難度大等特點(diǎn)[3]。因此，加強(qiáng)地鐵消防管理、模擬消防演練、消防方案研究等一系列地鐵火災(zāi)疏散救援措施成為各監(jiān)管部門(mén)關(guān)注重點(diǎn)[4]。

本文以南寧朝陽(yáng)廣場(chǎng)站為例，進(jìn)行了基于BIM+AHP的地鐵火災(zāi)疏散與救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制研究。

1 地鐵火災(zāi)疏散救援總體布置

朝陽(yáng)廣場(chǎng)站為廣西南寧軌道交通1號(hào)線(xiàn)一期工程地鐵站，按沿朝陽(yáng)路布置。該站全長(zhǎng)321.7m，地鐵站層數(shù)為四層，設(shè)有雙島疊式站臺(tái)。該站設(shè)有三個(gè)防火分區(qū)，分別為劃站廳、站臺(tái)層和設(shè)備區(qū)； 119控制中心與綜控室設(shè)在站廳層設(shè)備區(qū)。

針對(duì)地鐵垂直落差大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密度大等不利因素，結(jié)合AHP方法和BIM平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，建立消防總隊(duì)與南寧地鐵消防應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制，科學(xué)實(shí)施應(yīng)急方案。

BIM平臺(tái)優(yōu)勢(shì)在于平臺(tái)高度集成了建筑模型信息，并基于所擁有的信息進(jìn)行智能化的云決策和線(xiàn)上協(xié)同管理。而AHP方法的特點(diǎn)在于其層次性的分析邏輯，可對(duì)地鐵龐大的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，能有效地評(píng)估各方案的重要性。因此BIM平臺(tái)可為AHP方法提供完整的地鐵信息數(shù)據(jù)和指標(biāo)，AHP方法可以為BIM平臺(tái)的消防應(yīng)急方案進(jìn)行科學(xué)性評(píng)估?；贐IM平臺(tái)和AHP方法，地鐵消防應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制如圖1所示。

圖1 地鐵火災(zāi)疏散與救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制圖

消防應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制分三個(gè)階段：

(1)偵查階段

綜控室傳輸現(xiàn)場(chǎng)信息等到BIM平臺(tái)[5]，再由平臺(tái)歸總分類(lèi)傳給119指揮中心。119指揮中心了解應(yīng)急廣播、消防排煙、消防送風(fēng)等消防設(shè)備開(kāi)啟狀態(tài)，掌握各區(qū)域受困人員數(shù)量及其所在位置，制定消防聯(lián)動(dòng)應(yīng)急方案，根據(jù)評(píng)估系統(tǒng)做出有序性方案評(píng)估，采取相應(yīng)的救援疏散措施。

(2)疏散階段

BIM平臺(tái)將現(xiàn)場(chǎng)火情及設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，119指揮中心指導(dǎo)綜控室開(kāi)啟火災(zāi)模式，打開(kāi)車(chē)站檢票口和安全出口，通過(guò)應(yīng)急廣播發(fā)出火災(zāi)警報(bào)，按評(píng)估后的疏散方案確定人員撤離路線(xiàn)，科學(xué)調(diào)動(dòng)救援力量到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，派出救援隊(duì)伍在對(duì)應(yīng)的區(qū)域組織引導(dǎo)乘客快速撤離，疏散途中加強(qiáng)安撫乘客、保證有序撤離。

(3)攻堅(jiān)搜救

按照決策后的應(yīng)急救援方案，集中搜救人員組成幾人一組的攻堅(jiān)隊(duì)，以梯隊(duì)形式或縱橫形式展開(kāi)。發(fā)生火災(zāi)后，需搜救的地鐵受困人員分為三種：行動(dòng)自如但因恐慌迷失方向的人員； 行動(dòng)不便但距離搜救隊(duì)伍近的人員； 完全昏迷且所處位置難以確定的人員。根據(jù)攻堅(jiān)搜救方案，結(jié)合綜控室傳來(lái)的信息，對(duì)不同類(lèi)型受困人員進(jìn)行針對(duì)性搜索。

2 基于BIM平臺(tái)的地鐵火災(zāi)應(yīng)急管理系統(tǒng)

通過(guò)消防應(yīng)急輔助平臺(tái)(即BIM平臺(tái))，對(duì)朝陽(yáng)廣場(chǎng)站設(shè)備、環(huán)境、結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行匯總和邏輯處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵車(chē)站的預(yù)警報(bào)警信息和調(diào)用視頻監(jiān)控信息到消防應(yīng)急中心，遠(yuǎn)程輔助指導(dǎo)火災(zāi)偵查、緊急疏散、搜救支援等功能，形成地鐵消防可視化管理[6]，提高地鐵消防應(yīng)急管理的智能化和信息化水平。

圖2 BIM平臺(tái)項(xiàng)目駕駛艙

2.1 GIS地圖模塊

GIS地圖模塊是城市大腦地圖中心，將廣西省南寧市地鐵站地理位置信息與環(huán)境信息進(jìn)行交互式聯(lián)動(dòng)，為地鐵站的消防管理提供了信息支持。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，GIS地圖展示了每個(gè)站點(diǎn)的詳細(xì)位置和環(huán)境，包括按照等級(jí)重點(diǎn)標(biāo)明的控制點(diǎn)和報(bào)警點(diǎn)，平臺(tái)前端可查看車(chē)站BIM模型及周邊道路、設(shè)施的環(huán)境信息。這些為消防應(yīng)急方案制定提供了充足的信息，包括AHP評(píng)估法所需的環(huán)境設(shè)施信息和調(diào)度時(shí)程，實(shí)現(xiàn)消防在平臺(tái)上的初步聯(lián)動(dòng)交互[7]。

2.2 可視化管理模塊

在GIS地圖上點(diǎn)擊單個(gè)站點(diǎn)，進(jìn)入到單體站點(diǎn)BIM模型中，平臺(tái)核心為BIM模型，GIS地圖綁定了地鐵模型，將所有的相關(guān)信息都附加在對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)件中，實(shí)現(xiàn)了地鐵全信息一覽，可為消防應(yīng)急方案提供車(chē)站狀態(tài)具體信息，包括地鐵結(jié)構(gòu)、地鐵列車(chē)、電氣設(shè)備、消防系統(tǒng)等，并對(duì)防火設(shè)施設(shè)備進(jìn)行特殊標(biāo)注，促進(jìn)了火災(zāi)消防的可視化管理。

圖3 可視化管理

2.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊

平臺(tái)中BIM模型與地鐵站內(nèi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)接，在BIM模型中對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行著重標(biāo)注，一旦發(fā)生預(yù)警事件，平臺(tái)可自動(dòng)推送預(yù)警信息到相關(guān)人員，可迅速定位著火點(diǎn)，應(yīng)急指揮中心通過(guò)BIM模型可查看距離著火點(diǎn)最近的視頻監(jiān)控，用于輔助火情偵查，人員疏散及進(jìn)場(chǎng)撲救，并能及時(shí)了解周邊環(huán)境，為緊急疏散和搶救做好準(zhǔn)備。

2.4 消防資產(chǎn)維保

輔助地鐵運(yùn)維人員結(jié)合BIM模型對(duì)車(chē)站消防資產(chǎn)進(jìn)行可視化維護(hù)保養(yǎng)，形成可追溯的維保數(shù)據(jù)。

2.5 應(yīng)急聯(lián)動(dòng)流程

平臺(tái)判斷地鐵火災(zāi)種類(lèi)，按類(lèi)別設(shè)置不同的應(yīng)急流程，將應(yīng)急流程上傳平臺(tái)，基于流程指揮中心做出應(yīng)急方案，聯(lián)動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行方案的有序性評(píng)估，便于救援疏散工作的科學(xué)性實(shí)施。

3 基于AHP的地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估系統(tǒng)

地鐵火災(zāi)發(fā)生時(shí)疏散和救援必須綜合考慮各方面因素，因此需要進(jìn)行系統(tǒng)化手段對(duì)火災(zāi)狀況進(jìn)行評(píng)估，對(duì)應(yīng)出臺(tái)的應(yīng)急方案也應(yīng)具有層次性、系統(tǒng)性[8]。

根據(jù)BIM平臺(tái)傳來(lái)的火災(zāi)下地鐵狀態(tài)信息、受困人員信息以及應(yīng)急中心現(xiàn)存救災(zāi)資源，本文采用層次分析法分析并提取模擬火災(zāi)下的應(yīng)急指標(biāo)，構(gòu)建地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估結(jié)構(gòu)模型，以評(píng)估地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案的有序性，形成基于AHP的地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估系統(tǒng)。評(píng)估流程如圖4。

圖4 地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估流程

3.1 地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)火災(zāi)下地鐵內(nèi)外因素和BIM平臺(tái)傳來(lái)的信息，借鑒層次分析法，確立三項(xiàng)一級(jí)應(yīng)急指標(biāo)：B1調(diào)度資源因素、B2地鐵狀態(tài)因素、B3被救人員因素。各項(xiàng)一級(jí)應(yīng)急指標(biāo)根據(jù)其不同的性質(zhì)，分為二級(jí)應(yīng)急指標(biāo)，其中，一級(jí)應(yīng)急指標(biāo)B1的3項(xiàng)二級(jí)應(yīng)急指標(biāo)為：C1救援設(shè)備、C2救援力量、C3調(diào)度時(shí)程； B2的6項(xiàng)二級(jí)應(yīng)急指標(biāo)為：C4地鐵結(jié)構(gòu)、C5地鐵列車(chē)、C6電氣設(shè)備、C7消防系統(tǒng)、C8環(huán)境設(shè)施、C9預(yù)警系統(tǒng)； B3的5項(xiàng)二級(jí)應(yīng)急指標(biāo)為：C10行動(dòng)自如人員、C11行動(dòng)不便人員、C12完全昏迷人員。地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估結(jié)構(gòu)如圖5。

3.2 地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估判斷矩陣

判斷矩陣的實(shí)際意義是指與某一級(jí)指標(biāo)層某項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)關(guān)聯(lián)的下級(jí)評(píng)估指標(biāo)(即同類(lèi)指標(biāo))間的相對(duì)重要程度。設(shè)某一同類(lèi)指標(biāo)判斷矩陣為A=(aij)n×n，n為該類(lèi)指標(biāo)項(xiàng)數(shù)，且判斷矩陣為正互反矩陣。按照尺度法[9]，判斷矩陣元素aij的數(shù)值定義如表1。

aji=1/aii

根據(jù)模擬火災(zāi)下地鐵狀況，請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家對(duì)各級(jí)指標(biāo)重要性評(píng)分，按表1的數(shù)值定義確定數(shù)值，得出4個(gè)判斷矩陣：一級(jí)指標(biāo)層中3項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的1個(gè)判斷矩陣A0和二級(jí)指標(biāo)層C中12項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的3個(gè)判斷矩陣B1、B2、B3，如表2、表3。

3.3 同類(lèi)指標(biāo)權(quán)重確定及評(píng)估系統(tǒng)形成

(1)同類(lèi)指標(biāo)權(quán)重確定

1)求解地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估判斷矩陣A的最大特征值λmax

2)求出對(duì)應(yīng)的特征向量ω，其中，Aω=λmaxω。

3)將ω標(biāo)準(zhǔn)化，即為同類(lèi)指標(biāo)中各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。

(2)一致性檢驗(yàn)

當(dāng)某層指標(biāo)較多時(shí)，判斷矩陣的一致性很難保證，因此需要剔除無(wú)數(shù)學(xué)意義的方案評(píng)估判斷矩陣，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[10]。

圖5 地鐵車(chē)站火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估結(jié)構(gòu)模型

表1 指標(biāo)相對(duì)重要性與判斷矩陣值

表2 一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣值

表3 二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣值

表4 隨機(jī)性參數(shù)表

1)計(jì)算一致性檢驗(yàn)參數(shù)CI

CI=(λmax-n)/(n-1)

2)選取隨機(jī)性參數(shù)RI，如表4。

3)計(jì)算一次性參數(shù)比例CR

CR=CI/RI

若CR<0.1，則矩陣A滿(mǎn)足一致性。否則，需對(duì)A進(jìn)行修改。

(3)評(píng)估系統(tǒng)初步形成

按以上步驟，算出朝陽(yáng)廣場(chǎng)地鐵站火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估一級(jí)指標(biāo)層和二級(jí)指標(biāo)層的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，初步評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，4個(gè)判斷矩陣均有一致性參數(shù)比例CR<0.1，符合一致性要求，火災(zāi)應(yīng)急方案評(píng)估系統(tǒng)初步形成。

表5 模擬火災(zāi)的初步計(jì)算

3.4 火災(zāi)應(yīng)急方案總排序

表6 方案層總排序

表7 消防應(yīng)急排煙方案總排序

由此可確定火災(zāi)下方各應(yīng)急方案的排序，以此來(lái)做出應(yīng)急方案的決策。以朝陽(yáng)廣場(chǎng)地鐵站的模擬消防應(yīng)急排煙方案為應(yīng)用案例，編排各方案，方案如下：

方案P1(站廳層應(yīng)急排煙方案)：起火點(diǎn)在站廳層時(shí)，站廳風(fēng)機(jī)排煙，站臺(tái)風(fēng)機(jī)送風(fēng)，結(jié)合起火部位在站廳層放下防火卷簾和擋煙垂壁，將煙氣限制在一定區(qū)域，阻止煙氣向站臺(tái)層及其他防煙區(qū)流竄。如煙氣較大，可利用移動(dòng)排煙裝備在疏散及進(jìn)攻樓梯口進(jìn)行送風(fēng)，另一側(cè)出口設(shè)置排煙機(jī)進(jìn)行排煙。

方案P2(站臺(tái)層應(yīng)急排煙方案)：站臺(tái)層開(kāi)啟機(jī)械排煙，同時(shí)站廳層進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，在站臺(tái)與站廳連接處形成向下氣流，將火災(zāi)煙氣控制在起火站臺(tái)層內(nèi)。視情在站臺(tái)與站廳的連接的通道處設(shè)置移動(dòng)排煙進(jìn)行送風(fēng)。

方案P3(隧道內(nèi)應(yīng)急排煙方案)：火災(zāi)發(fā)生在列車(chē)頭部時(shí)，從列車(chē)尾部疏散乘客，隧道內(nèi)排煙系統(tǒng)啟動(dòng)，疏散方向進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，站臺(tái)另一側(cè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙； 火災(zāi)在尾部時(shí)，從列車(chē)頭部疏散乘客，疏散方向進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，另一側(cè)進(jìn)行機(jī)械排煙； 火災(zāi)發(fā)生在中部時(shí)，先疏散靠近出口的乘客，若列車(chē)位置靠近站臺(tái)1，則組織乘客向站臺(tái)1疏散，站臺(tái)1進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，另一側(cè)站臺(tái)2進(jìn)行機(jī)械排風(fēng)，組織其余乘客向站臺(tái)1疏散。

根據(jù)應(yīng)急方案評(píng)估體系，代入方案P1、P2、P3相關(guān)指標(biāo)，得出評(píng)估排序結(jié)果。由表7可知，排煙方案優(yōu)先級(jí)為P3>P2>P1。

4 結(jié)論

本文以南寧朝陽(yáng)廣場(chǎng)地鐵站為例，通過(guò)利用BIM技術(shù)和AHP方法，對(duì)地鐵火災(zāi)疏散與救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了整合，研究得出：

(1)消防應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制按三個(gè)階段部署，實(shí)現(xiàn)了偵查階段受災(zāi)情況的查明和信息傳遞、疏散階段受災(zāi)人員的疏導(dǎo)撤離、搜救階段受困人員的緊急補(bǔ)救。

(2)消防應(yīng)急輔助平臺(tái)(即BIM平臺(tái))可實(shí)現(xiàn)地鐵可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵火災(zāi)狀態(tài)，并與消防應(yīng)急中心、應(yīng)急方案評(píng)估系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，具備遠(yuǎn)程輔助指導(dǎo)火情偵查、消防疏散、火災(zāi)逃生等功能，提高消防管理的信息化水平。

(3)聯(lián)動(dòng)BIM平臺(tái)，通過(guò)AHP算法對(duì)地鐵火災(zāi)應(yīng)急方案進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估，進(jìn)行層次化方案排序，有利于促進(jìn)消防救援行動(dòng)的科學(xué)決策和高效施策，完善地鐵火災(zāi)疏散與救援聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

(4)由于本方法是基于消防總隊(duì)與南寧地鐵綜控室的聯(lián)動(dòng)而研究的，與該情況不同的地鐵站應(yīng)用本方法得出的結(jié)論不相同，從而可能產(chǎn)生一定的偏差，具有局限性。