徐偉，李小猛 （內蒙古科技大學 土木工程學院，內蒙古 包頭 014200）

0 引言

近年來，隨著我國經濟和科學技術的快速發(fā)展，城市化進程的加快，城市基礎設施陸續(xù)升級改造，城市建筑日漸增多。而與此同時，經濟社會發(fā)展給火災防控帶來很大的壓力，高層建筑物、地下空間、大型商業(yè)綜合體、地下軌道交通等大型建筑物日漸增多，這些區(qū)域由于人員比較集中，一旦發(fā)生火災，就會造成大量的人員傷亡。根據官方統(tǒng)計數(shù)據顯示，僅在2023 年一季度，全國共接報火災21.9 萬起，共有625 人因火災死亡、397 人受傷，火災造成的直接財產損失15.2億元。與去年同期相比，火災起數(shù)、人員傷亡數(shù)和損失分別下降11.6%、8.5%和20.5%，但傷亡人數(shù)卻上升了4.9%（圖1）。因此火災防治在日常生活中非常重要，在科技高速發(fā)展的當下，我國的消防安全形勢十分嚴峻。

圖1 我國近兩年的火災損失情況對比

本文對國內外基于建筑信息模型技術的建筑火災研究分別進行了總結和文獻可視化分析，總結了建筑信息模型與火災方向的研究熱點，為后續(xù)相關研究提供參考。

1 文獻調研方法

本文利用中國知網作為文獻數(shù)據檢索源，知網作為科學、高效、信息全面的學術平臺，可以為火災研究領域提供最新最全的資料，保證了數(shù)據的科學有效性。以知網為搜索平臺，將當前研究發(fā)展變化情況和關鍵詞進行檢索并導出，再利用CiteSpace 軟件對導出的數(shù)據進行可視化分析。最后以知網上關于火災方向的北大核心、CSSCI、CSCD 核心期刊論文作為數(shù)據源，再選取其中出現(xiàn)頻次較多的關鍵詞相關的代表性文獻進行評述和討論。

2 國內基于BIM技術的火災模擬應用研究

2.1 研究趨勢分析

通過檢索知網上與建筑信息模型技術和火災方向的核心文章，發(fā)現(xiàn)國內關于建筑信息模型技術與火災方向的論文發(fā)表的篇數(shù)不多，將檢索結果導入CiteSpace 軟件進行分析，得出圖譜見圖2。

圖2 國內BIM與火災研究趨勢論文圖譜

由圖2 可知，由于國內的文章對于建筑信息模型有多種表述方式，有BIM、BIM 技術、建筑信息模型技術等，用知網上的數(shù)據經過CiteSpace 分析得出的節(jié)點中心詞整理合并，得到圖3和圖4。

圖3 以BIM為節(jié)點的信息

圖4 以建筑信息模型為節(jié)點的信息

由圖3和圖4可知，國內關于建筑信息模型技術與火災的應用起步較早，在2012 年就有了相關的研究，但是近幾年相關的文章發(fā)表總量比較少，還需要加大研究力度，下文BIM 代指建筑信息模型。

利用CiteSpace 對上述內容進行突現(xiàn)詞分析，見圖5。

圖5 共現(xiàn)詞追蹤

由圖5 分析可知，我國近十年間，將BIM 技術與火災方向相結合的研究熱點分析?？梢钥闯?，BIM 技術一直是近十年研究的熱點，平均強度可以達到0.62。近五年間，研究熱點從BIM 技術到虛擬現(xiàn)實，再到建筑消防設計和火災方向上，研究場景在航站樓和地鐵車站居多，強度都在0.5 以上。另外用中國知網上的關鍵詞共現(xiàn)技術，得出BIM 與火災相關方向的關鍵詞共現(xiàn)圖（圖6），發(fā)現(xiàn)模擬和疏散兩大方向的應用出現(xiàn)頻次最多。

圖6 國內BIM與火災方向關鍵詞共現(xiàn)圖

2.2 研究現(xiàn)狀

2.2.1 研究方向

大多數(shù)研究者關注用BIM 技術將火災模擬和應急疏散相結合，探討火災出現(xiàn)后不同場景下最佳的疏散方案。

在火災模擬方向，王輝明等[1]利用BIM 技術建立商業(yè)綜合體3D 模型并使用分層轉化的方式轉化為火災動態(tài)模擬計算模型，來分析大空間綜合體超快速火中高壓細水霧與火焰的相互作用過程，得出霧化角增大到一定程度，細水霧控火效能提高，而當超越臨界值，火焰將橫向擴展并會使得高溫煙氣中一氧化碳流動加快的結論。

在應急疏散方向，王宇佳等[2]在研究室內消防路徑的查詢方法時，對多種約束條件進行研究，從而為消防疏散提供更多人性化、個性化的路徑選擇，并通過實驗以及三維展示，驗證了該方法的可行性與實用性。鄒榮偉等[3]利用BP神經網絡分析動態(tài)數(shù)據集，BIM 模型提取報警點空間位置與建筑材料參數(shù)構成靜態(tài)數(shù)據集，運用模糊貝葉斯網絡評估該空間火災風險概率和誤報警的概率，為建筑運維人員提供決策依據。喻敏等[4]基于BIM 環(huán)境利用Pathfinder 仿真軟件通過數(shù)據模擬并分析得到車站建筑形式對站臺客流疏散效率影響不大，且疏散效果隨車站站臺至站廳疏散設施提升高度的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，并將分界點位置量化為疏散設施提升高度值19 m 處。宋洋等[5]利用Pyrosim 仿真軟件，設計并實現(xiàn)了航站樓自然排煙與機械排煙的差異化方案，評估了不同條件下的防排煙措施對人員疏散安全性的影響，得出差異化防排煙方案比傳統(tǒng)的技術手段更能提高煙氣防排安全效能的結論。

2.2.2 研究方法

國內的專家學者一般將BIM 技術和REVIT，Pathfinder、Pyrosim、FDS、GIS、VR等軟件結合進行研究。

許鎮(zhèn)等[7]基于BIM 技術和美國下一代性能評估方法，F(xiàn)EMA P-58的地震次生火災模擬方法，模擬石家莊國際展覽中心在典型地震情景下的地震次生火災，結果表明，該展覽中心地震后雖然排煙性能下降，但可以滿足人員疏散要求。

李倩文等[8]提出將BIM 技術、互聯(lián)網、計算機等先進信息技術與建設工程消防設計審核相結合，介紹了BIM 技術在建設工程消防設計審核中的應用，該技術能夠為設計審核提供可視化、信息化、性能化的解決方案，并在此基礎上，提出了基于BIM 的消防設計審核流程。這對于推動建設工程的消防安全水平具有一定理論意義和實踐價值。

陳勇鑫等[9]研究了如何將IFC 標準描述的建筑構件幾何形體和材料信息轉換為火災分析模型，并將火災模擬結果存入IFC 文件中的問題，這是一種新穎的研究方法。

3 國際上基于BIM技術的火災模擬應用研究

3.1 研究趨勢分析

通過檢索Web of Science 上相關方向的論文，發(fā)現(xiàn)國際上關于BIM 與火災方向的論文數(shù)量不多，檢索的數(shù)據分析圖見圖7。

圖7 國際上關于BIM技術與火災方向的論文

從圖7 可以看出該研究方向前5 位關鍵詞分別為Engineering Civil、Construction Building、Engineering Multidisciplinary、Materials Science Multidisciplinary 和Computer Science Artificial Intelligence。在總論文數(shù)中占比大于10%，而Engineering Civil 和Construction Building 更是達到了49.05%和39.62%。說明國際上BIM 技術的應用主要在土木工程和建筑施工技術方向。 將檢索關鍵詞的結果導入CiteSpace 進行中心性分析，如圖8 所示。

圖8 BIM與火災方向關鍵詞中心性分析

由圖8 中數(shù)據可知，國際上的相關研究基本圍繞疏散、結構框架和設計展開，火災模擬也是熱點問題。接下來用CiteSpace 對突現(xiàn)詞進行分析，如圖9 所示。

圖9 突現(xiàn)詞分析

由圖9 可知，與國內不同，國際專家學者在2012 年從游戲設計入手解決人員疏散問題，如Ruppel U 等[10]提出了一種基于BIM 的新游戲方法用于探索疏散過程中建筑條件對人類行為的影響，通過BIM 模擬火災和煙霧條件，構建逼真的游戲場景來實現(xiàn)現(xiàn)實的虛擬化。這是火災防治問題上一個比較新穎的切入點。而Shiau Y C 等[11]是基于BIM 技術發(fā)明出一種火災控制和報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過收集傳感器信息來規(guī)劃合適的逃生路徑和方向，可以有效地進行人員疏散。

在2017 年，Vandecasteele F 等[12]把視覺和熱像儀的視頻對象識別結果與BIM 結合，利用BIM 語義元數(shù)據描述符合基于深度學習的視覺對象識別和分類，把靜態(tài)信息源轉變?yōu)閯討B(tài)數(shù)據提供者，構建了一種自動創(chuàng)建態(tài)勢感知的方法，可以促進人們對火災的整體了解。

2017 年后的研究場景是室內火情，高層住宅、醫(yī)院、木質結構房屋等[13-16]，以應急救援和疏散為主要目的。

3.2 研究方法

在研究方法上，國際上通常把BIM技術與VR、Pathfinder、IFC、FDS 等技術相結合來模擬火災和人員應急疏散場景。這與國內的研究方向基本一致，表明現(xiàn)階段將BIM 和火災模擬加上不同的疏散軟件或者計算方法結合的應用是國內外研究的熱點方法。

此外，論文最早發(fā)布的時間可以追溯到2008 年[17]。說明國際上該領域研究較早。但從相關方向的論文總量上來看依然偏少，需進一步開展研究。

4 結論

本文通過分析BIM 與火災防治的國內外文獻，得到如下結論。

①總體來講，目前國內外關于BIM技術與火災相關的應用研究仍不是很多，國內外核心期刊發(fā)表的論文數(shù)量比較少，表明這個方向的研究還處于較低水平，需要進一步發(fā)展。

②國內的研究集中在火災模擬和疏散上，而國外的研究主要在土木工程和建筑施工技術和火災疏散上。

③國際、國內的研究方法基本相似，都是把BIM 技術和不同的軟件或者算法相結合進行研究。