基于建筑信息模型技術(shù)的消防監(jiān)督與管理

張振國(guó)，丁智勇

(1.寶雞市公安消防支隊(duì)，陜西 寶雞 721000； 2.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710048)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大、社會(huì)單位數(shù)量不斷增長(zhǎng)，給公安消防部門傳統(tǒng)的監(jiān)管模式和監(jiān)督手段帶來了巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也給建筑的管理者和使用者帶來很大的困難。當(dāng)前，公安消防部門傳統(tǒng)的人對(duì)人、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的二維平面化社會(huì)消防管理模式已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代化、信息化條件下的社會(huì)需求。將建筑信息模型技術(shù)(BIM，Building Information Modeling)構(gòu)建的三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谙佬姓徟?、消防設(shè)計(jì)文件數(shù)字化存檔、消防監(jiān)督檢查及社會(huì)單位日常消防管理中全面應(yīng)用，能夠?yàn)楣蚕啦块T和社會(huì)單位在建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)與審核、全生命周期消防監(jiān)督檢查、消防救援、消防宣傳以及單位日常消防管理等提供全過程的可視化、信息化、精細(xì)化、智能化技術(shù)支撐。因此，探索建筑三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诮ㄔO(shè)工程消防監(jiān)督管理、消防設(shè)計(jì)文件數(shù)字化存檔等方面的應(yīng)用，對(duì)做好消防監(jiān)督檢查及單位日常管理工作有十分重要的意義。同時(shí)，將建筑信息模型技術(shù)、城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(FAS，F(xiàn)ire Alarm System)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與“智慧消防”相結(jié)合，在創(chuàng)新消防監(jiān)督管理手段，提升公安消防部門的監(jiān)管水平和滅火救援能力，提高社會(huì)單位消防安全“四個(gè)能力”，最大程度降低救援人員傷亡，實(shí)現(xiàn)防消一體化，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

一、建筑信息模型技術(shù)的特點(diǎn)及在消防管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和維修過程中為每個(gè)項(xiàng)目提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的可讀的信息模型，以一種特殊方式創(chuàng)建、使用和共享建筑項(xiàng)目全生命周期(BLM)數(shù)據(jù)[1]，具有三維化、信息化和系統(tǒng)化的特點(diǎn)。面對(duì)國(guó)內(nèi)與日俱增的工程建設(shè)信息化管理需求，推廣BIM 應(yīng)用已成為工程建設(shè)行業(yè)整體效率提升的重要保障。為順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步推動(dòng)建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步和管理升級(jí)，助力建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高工程建設(shè)與管理水平，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知》(建質(zhì)函〔2015〕159號(hào))和《關(guān)于印發(fā)2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要的通知》(建質(zhì)函〔2016〕183號(hào))及《貫徹落實(shí)<國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見>重點(diǎn)任務(wù)分工方案》(建市〔2017〕137號(hào))，要求加快推進(jìn)建筑信息模型(BIM)技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，政府的引導(dǎo)和推動(dòng)從產(chǎn)業(yè)政策方面加快了推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用步伐。

消防工程在建設(shè)工程中全過程、全方位的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)專業(yè)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工程質(zhì)量的要求都比較嚴(yán)格。BIM技術(shù)在建筑消防領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景[2]，利用BIM技術(shù)三維可視化的優(yōu)勢(shì)，融入以時(shí)間為軸的建筑全生命周期管理(BLM)，借助FAS系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR，Virtual Reality)，從而實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的四維建筑消防安全監(jiān)督管理的應(yīng)用拓展，可以很好地解決消防工程在建筑消防全生命周期里所遇到的各類問題，同時(shí)也為公安消防部門創(chuàng)新社會(huì)消防安全管理方式提供了一個(gè)很好的切入點(diǎn)，在進(jìn)行消防設(shè)計(jì)審核與驗(yàn)收時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)圖紙的數(shù)字化存檔，為提升消防監(jiān)管工作的能力和水平提供了一個(gè)創(chuàng)新思路。

二、BIM技術(shù)在建設(shè)工程消防監(jiān)督管理和消防監(jiān)督檢查中的應(yīng)用

(一)基于BIM的性能化防火設(shè)計(jì)

進(jìn)行建筑性能化防火設(shè)計(jì)時(shí)，在確定建筑設(shè)計(jì)的總目標(biāo)或消防安全水平及其子目標(biāo)后，傳統(tǒng)的性能化防火設(shè)計(jì)軟件首先要建立建筑模型，而傳統(tǒng)方式建立的建筑模型過于簡(jiǎn)單和粗糙，BIM技術(shù)可以為建筑被動(dòng)防火系統(tǒng)、主動(dòng)防火系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)的火災(zāi)模擬計(jì)算、火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置等性能化計(jì)算提供更清楚、更準(zhǔn)確的建筑空間結(jié)構(gòu)和消防設(shè)施布置信息，不僅省略了再次建模的過程，而且結(jié)算結(jié)果更精確、更可靠，為準(zhǔn)確判斷設(shè)計(jì)方案是否符合預(yù)期的生命安全標(biāo)準(zhǔn)(熱效應(yīng)、毒性和能見度等)和非生命安全標(biāo)準(zhǔn)(熱效應(yīng)、火災(zāi)蔓延、煙氣損害、防火分隔物受損和結(jié)構(gòu)的完整性和對(duì)暴露于火災(zāi)中財(cái)產(chǎn)所造成的危害等)，是否達(dá)到性能化設(shè)計(jì)的消防安全總目標(biāo)，提供了科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，局部解析易發(fā)生火災(zāi)部位三維動(dòng)態(tài)實(shí)況建筑功能模型，能快速顯示火災(zāi)地點(diǎn)及時(shí)給出火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，為快速判斷起火原因，科學(xué)預(yù)判火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)，阻止火災(zāi)蔓延擴(kuò)大提供了科學(xué)依據(jù)。

(二)基于BIM的消防設(shè)計(jì)審核和驗(yàn)收或備案抽查

對(duì)于設(shè)計(jì)單位而言，傳統(tǒng)的基于CAD的以二維圖紙為載體的建筑設(shè)計(jì)信息會(huì)產(chǎn)生不可避免的錯(cuò)誤和遺漏，建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水和暖通等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域在機(jī)電設(shè)備、管路管線在空間布局中的設(shè)計(jì)碰撞、缺陷會(huì)貫穿整個(gè)建筑的全生命周期，導(dǎo)致設(shè)計(jì)、建造的效率低、精準(zhǔn)度差，會(huì)造成難以估量的時(shí)間浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)《消防法》、《建設(shè)工程消防監(jiān)督管理規(guī)定》的要求，工程建設(shè)單位在開工前和竣工后應(yīng)依法申請(qǐng)建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審核與消防驗(yàn)收或備案抽查，而當(dāng)前消防監(jiān)督員在進(jìn)行建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審核與消防驗(yàn)收或備案抽查時(shí)，主要將紙質(zhì)二維設(shè)計(jì)圖紙作為審批或檢查的依據(jù)，完全依賴于監(jiān)督員人工審閱設(shè)計(jì)圖紙，建筑的三維空間關(guān)系全靠監(jiān)督員想象，其準(zhǔn)確程度和正確與否完全取決于監(jiān)督員個(gè)人對(duì)規(guī)范的掌握程度與工作經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致消防設(shè)計(jì)審核(或備案)效率低且可靠性差。BIM技術(shù)能夠?yàn)橄辣O(jiān)督員進(jìn)行建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審核與消防驗(yàn)收或備案抽查時(shí)提供一個(gè)更直觀、科學(xué)、可靠的設(shè)計(jì)審核模式[3-4]，借助基于BIM 的結(jié)構(gòu)分析、水暖電錯(cuò)碰漏檢測(cè)等手段，在消防設(shè)計(jì)審核(或備案)階段就可以最大程度的避免設(shè)備專業(yè)管路及線路在空間布局中的設(shè)計(jì)沖突，極大的減少施工階段可能遇到的設(shè)計(jì)失誤，提高設(shè)計(jì)、審核和施工的工作效率和質(zhì)量，在消防驗(yàn)收(或備案)時(shí)則可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)施工過程中是否嚴(yán)格按照經(jīng)過消防設(shè)計(jì)審核或備案的圖紙施工和是否存在降低施工質(zhì)量等問題。同時(shí)以建設(shè)工程的消防設(shè)計(jì)審核與消防驗(yàn)收或備案抽查為起點(diǎn)，同步建立建筑的數(shù)字化消防檔案，為建筑消防工程施工與維護(hù)、消防監(jiān)督檢查、消防安全管理等后續(xù)環(huán)節(jié)提供可靠的、鮮活的、持久的數(shù)據(jù)支撐，建筑三維數(shù)字化圖紙檔案的建立與維護(hù)在消防工作中的重要性日益凸顯。

(三)基于BIM的消防監(jiān)督檢查

消防監(jiān)督員在開展消防監(jiān)督檢查時(shí)首先要進(jìn)行建筑的消防合法性檢查，檢查建筑是否依法通過消防驗(yàn)收或進(jìn)行竣工驗(yàn)收消防備案，核對(duì)建筑物或者場(chǎng)所使用情況與消防驗(yàn)收或者竣工驗(yàn)收消防備案時(shí)的使用性質(zhì)是否相符。而當(dāng)前消防驗(yàn)收或者竣工驗(yàn)收消防備案是以紙質(zhì)二維設(shè)計(jì)圖紙作為審批或檢查的依據(jù)，在消防設(shè)計(jì)、審核、驗(yàn)收與監(jiān)督檢查環(huán)節(jié)存在著隱形的信息壁壘，消防監(jiān)督員無法及時(shí)準(zhǔn)確的獲知建筑的消防設(shè)計(jì)和施工文件，導(dǎo)致無法及時(shí)準(zhǔn)確的判斷被檢查建筑是否存在改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)、變更設(shè)計(jì)用途等消防安全違法行為。借助于BIM信息化的特點(diǎn)，將建筑工程各專業(yè)各階段的工程信息做成數(shù)據(jù)庫(kù)，可以隨時(shí)供建筑消防管理的各參與方查詢調(diào)閱，而且BIM“所見即所得”的可視化特點(diǎn)，可以使監(jiān)督員擺脫抽象且不直觀的二維紙質(zhì)圖紙，直接通過查閱三維的立體圖，三維可視化的核對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散和防排煙等多個(gè)消防子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工與當(dāng)前現(xiàn)狀是否存在差異，提高監(jiān)督檢查的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。

三、BIM技術(shù)在消防安全管理中的應(yīng)用

(一)基于BIM的建筑全生命周期管理

BIM技術(shù)是信息技術(shù)與建設(shè)工程有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它包含了豐富的建筑個(gè)體信息，這其中既有建筑的結(jié)構(gòu)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散和防排煙等系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工信息，也有消防設(shè)備生產(chǎn)廠商、維保、設(shè)計(jì)參數(shù)等管理信息，這些信息貫穿建筑生命周期的全過程，是鮮活的、動(dòng)態(tài)的。信息化是BIM技術(shù)的本質(zhì)屬性，信息化的特點(diǎn)可使建筑中包括名稱型號(hào)、維保記錄、設(shè)備成本，技術(shù)參數(shù)等數(shù)據(jù)在內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)等建筑構(gòu)件以及消防設(shè)施信息都可以完整準(zhǔn)確的被采集和保存。鑒于無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)具有工作無須人工干預(yù)、適用于惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，將建筑內(nèi)的建筑構(gòu)件及消防設(shè)施身份信息制作成RFID電子標(biāo)簽，建立建筑消防信息大數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)貫穿建筑生命周期的消防設(shè)施的精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化管理。

(二)基于BIM的“智慧消防”

“智慧消防”是以FAS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，以物聯(lián)網(wǎng)為骨架的，以消防大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)為支撐的，以防消一體化為目標(biāo)的現(xiàn)代化消防安全管理體系?，F(xiàn)代建筑的火災(zāi)防控主要依靠自身的主、被動(dòng)防火系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)，以建筑消防信息大數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用RFID、無線傳感、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，構(gòu)建消防大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，憑借云計(jì)算規(guī)模大、開放性等特點(diǎn)，運(yùn)用無線接入和消防安全管理APP等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑主、被動(dòng)防火系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)等建筑消防設(shè)施的智能化巡檢、維護(hù)、管理和控制，可以極大地提高管理效率，并降低管理難度與維護(hù)成本，同時(shí)可以將建立的建筑消防信息數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)字化三維滅火救援預(yù)案、GIS、FAS等技術(shù)手段有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控的信息化和智能化。

BIM是消防大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，將BIM技術(shù)與消防物聯(lián)網(wǎng)、FAS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合并應(yīng)用于“智慧消防”建設(shè)，結(jié)合當(dāng)前消防安全“戶籍化”和“網(wǎng)格化”管理，可以實(shí)現(xiàn)建筑(社會(huì)單位)與消防監(jiān)管(政府)，消防管理者與消防設(shè)備，消防設(shè)備和消防設(shè)備之間各種信息的互聯(lián)互通，建筑消防信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸給消防安全管理的各參與方(如社會(huì)單位消防安全管理人、公安消防部門、各級(jí)網(wǎng)格員)，使各類、各級(jí)消防安全管理者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以通過網(wǎng)絡(luò)終端，清楚了解自己管理權(quán)限范圍內(nèi)的每一個(gè)建筑和每一種消防設(shè)備的信息和狀態(tài)，從而構(gòu)建一個(gè)高效、可靠的“智慧消防”管理體系。

四、BIM技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

(一)基于BIM的滅火救援

在火災(zāi)發(fā)生后，消防員可以利用發(fā)出報(bào)警信號(hào)的火災(zāi)探測(cè)器位置信息第一時(shí)間在BIM的3D模型中準(zhǔn)確判斷起火部位在建筑內(nèi)的空間位置，科學(xué)的判斷火災(zāi)的發(fā)展蔓延趨勢(shì)，并掌握起火部位附近的安全出口、疏散通道等情況，進(jìn)而可以合理的規(guī)劃最佳的人員疏散路線，部署進(jìn)攻、堵截等滅火戰(zhàn)斗行動(dòng)，為消防員開展人員搜救與疏散、破拆排煙和火災(zāi)撲救等滅火戰(zhàn)斗行動(dòng)提供依據(jù)，佩戴空間定位裝置的消防員在火場(chǎng)的位置也可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的在BIM的3D模型中顯示，為指揮員的遠(yuǎn)程可視化指揮提供了方便，從而最大限度地減少火災(zāi)所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，可以根據(jù)滅火救援戰(zhàn)斗的需要，通知消防控制室操作人員遠(yuǎn)程啟動(dòng)相關(guān)部位的消防供水、防火分隔和防排煙等自動(dòng)消防設(shè)施，為消防員的滅火救援戰(zhàn)斗提供保障。

(二)基于BIM的消防預(yù)案編制和消防演練

對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣、體量巨大的現(xiàn)代建筑來說，基于二維平面圖制作的紙質(zhì)或數(shù)字化滅火救援預(yù)案，建筑的三維空間結(jié)構(gòu)和消防設(shè)施情況全靠想象，缺點(diǎn)十分明顯。將BIM技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)和FAS系統(tǒng)三者有機(jī)結(jié)合起來的數(shù)字化三維滅火救援預(yù)案，能夠涵蓋建筑消防設(shè)施、周邊建筑和消防車通道、消防撲救面、建筑內(nèi)外消防水源、微型消防站、企業(yè)專職消防站等多種要素，以三維方式直觀地調(diào)取和快速識(shí)別火災(zāi)發(fā)生的部位、火災(zāi)嚴(yán)重程度及建筑消防設(shè)施工作情況，能使火場(chǎng)指揮員夠快速準(zhǔn)確地獲知室內(nèi)外消火栓、水泵接合器、疏散通道和安全出口位置、數(shù)量等建筑物空間結(jié)構(gòu)和消防設(shè)施信息，可以提升滅火救援應(yīng)急預(yù)案的信息化水平，顯著地提高滅火救援預(yù)案的可操作性和可靠性。

將基于BIM的數(shù)字化三維滅火救援預(yù)案與BIM技術(shù)的3D漫游功能和VR技術(shù)結(jié)合起來，配合智能VR眼鏡、3D頭盔和VR多功能水槍等智能穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)漫游模擬，可以讓消防員足不出戶就可以深入建筑內(nèi)部開展“六熟悉”，也可以假定火災(zāi)場(chǎng)景，讓火場(chǎng)指揮員和消防員通過VR眼鏡就身臨其境般地開展全要素滅火救援演練，即降低了訓(xùn)練成本又避免了實(shí)地實(shí)裝出水演練對(duì)社會(huì)單位正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成的影響。同時(shí)對(duì)于各級(jí)各類學(xué)校的學(xué)生、企事業(yè)等單位從業(yè)人員來說，可以通過VR眼鏡和3D漫游模擬開展疏散逃生演練，可以提高社會(huì)單位組織疏散逃生的能力和消防宣傳教育的能力。

五、結(jié)束語

每個(gè)建筑都具有不同的體型、不同的功能，就像人類一樣，有著自己的生命周期，因此，在消防安全監(jiān)督及管理工作中應(yīng)該逐步推行基于BIM的建筑全生命周期的三維設(shè)計(jì)圖紙存檔審批制度，為每一棟建筑進(jìn)行數(shù)字化、信息化的“開戶建檔”，對(duì)每個(gè)建筑建立全面生命周期的信息檔案有著非常重要的意義。只有將先進(jìn)性的科學(xué)技術(shù)及其創(chuàng)新應(yīng)用轉(zhuǎn)化為消防力，發(fā)揮三維動(dòng)態(tài)實(shí)況建筑功能模型為建筑消防設(shè)計(jì)審核、監(jiān)督檢查、滅火救援、應(yīng)急疏散逃生、日常消防管理等提供充分、有效信息的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，才能將公安消防部門有限的警力從繁重的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法中解放出來，進(jìn)一步提升公安消防部門監(jiān)管水平和滅火救援能力；只有廣泛推進(jìn)基于建筑全生命周期的三維設(shè)計(jì)圖紙存檔審批制度，構(gòu)建云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等為技術(shù)支撐的建筑消防安全綜合管理策略和應(yīng)用平臺(tái)，開展涵蓋建筑工程全生命全周期的四維建筑消防安全管理，才能實(shí)現(xiàn)社會(huì)消防安全管理模式三維可視化、信息化、精細(xì)化、智能化創(chuàng)新，從而提高全社會(huì)建筑消防安全水平。

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