數(shù)字模型化在建筑消防設(shè)施設(shè)計(jì)與防火監(jiān)督中的運(yùn)用

趙宗虎

摘 要：消防設(shè)施是現(xiàn)代樓宇建筑的重要組成部分，消防設(shè)施的設(shè)計(jì)是否科學(xué)、安裝是否合理，將會(huì)對(duì)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生直接的影響。在智慧建筑背景下，借助于三維數(shù)字模型，可以在虛擬環(huán)境下對(duì)建筑消防設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝等進(jìn)行模擬，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，持續(xù)改進(jìn)施工方案，為消防設(shè)施的安裝與建筑防火監(jiān)督等工作的開展提供技術(shù)支持。本文首先概述了現(xiàn)階段建筑消防設(shè)施常見的一些問題，隨后分別介紹了數(shù)字模型在消防設(shè)施設(shè)計(jì)與安裝，防火監(jiān)督與救援決策等方面發(fā)揮的重要作用，最后對(duì)未來數(shù)字模型在建筑消防領(lǐng)域的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)字模型;消防設(shè)施;可視化;防火監(jiān)督

中圖分類號(hào)：TU998 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0194-02

0引言

通過分析近年來發(fā)生的若干起建筑火災(zāi)事故發(fā)現(xiàn)，很多建筑的消防系統(tǒng)存在各種隱患、故障，導(dǎo)致在火災(zāi)發(fā)生時(shí)沒有發(fā)揮報(bào)警、滅火作用，錯(cuò)過了最佳撲救時(shí)機(jī)，造成了事故嚴(yán)重化、擴(kuò)大化。為了規(guī)避此類問題的發(fā)生，一種措施是從建筑消防設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)等方面出發(fā)，保障消防設(shè)施始終正常運(yùn)行、發(fā)揮作用;另一種措施則是利用信息技術(shù)做好防火監(jiān)督，火災(zāi)隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)事故及時(shí)報(bào)警，方便采取相應(yīng)的措施。數(shù)字模型化為這兩種措施的應(yīng)用提供了技術(shù)支持，探究數(shù)字模型的應(yīng)用方法具有重要價(jià)值。

1建筑消防設(shè)施常見的問題

1.1消防設(shè)施的安裝不科學(xué)

現(xiàn)代建筑在消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上日益完善，但是在具體安裝消防設(shè)施時(shí)，由于設(shè)備種類和數(shù)量多，加上線路較為復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安裝不達(dá)標(biāo)，消防設(shè)施無法正常運(yùn)行的情況。例如由于大型建筑在設(shè)計(jì)時(shí)消防設(shè)施線路、管路錯(cuò)綜復(fù)雜，安裝過程中，現(xiàn)場施工空間小，管路錯(cuò)綜復(fù)雜，設(shè)備線路、管路接口處理不當(dāng)，接觸不良密封不嚴(yán)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。消火栓栓口密封不嚴(yán)，水帶與消火栓連接處連接不牢固，后期使用時(shí)很容易出現(xiàn)滲漏泄壓，水帶脫扣漏水等問題，從而影響火災(zāi)的撲救工作。還有的噴淋滅火裝置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，噴淋啟動(dòng)滅火，由于電氣控制系統(tǒng)的線路錯(cuò)綜復(fù)雜，接觸不良現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，即便是噴淋系統(tǒng)動(dòng)作了，由于起泵信號(hào)未能傳送到消防控制系統(tǒng)，從而無法發(fā)送起泵指令，從而噴淋裝置也無法發(fā)揮應(yīng)有作用。由于上述問題的存在，導(dǎo)致消防設(shè)施無法發(fā)揮出應(yīng)有的作用，帶來了嚴(yán)重的建筑火災(zāi)隱患。

1.2 消防報(bào)警系統(tǒng)存在功能缺陷

建筑消防系統(tǒng)的前端元件，是各種類型的傳感器，例如煙氣濃度傳感器、空氣溫度傳感器等。如果煙氣濃度、空氣溫度超過一定數(shù)值，傳感器就會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，此時(shí)報(bào)警系統(tǒng)響起，提醒有關(guān)人員及時(shí)采取滅火措施。但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多建筑物內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，存在不報(bào)警、誤報(bào)警、報(bào)警延時(shí)等常見問題。如果存在上述缺陷，不利于建筑火災(zāi)隱患的發(fā)現(xiàn)、火災(zāi)事故的處置。因此在建筑消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝中，也需要通過檢查確定各類功能是否正常發(fā)揮。

2數(shù)字模型化在建筑消防設(shè)施中的應(yīng)用

2.1利用數(shù)字模型化優(yōu)化消防設(shè)計(jì)

2.1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝中，需要與建筑內(nèi)部的其他系統(tǒng)（如給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等）產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，為了避免各個(gè)系統(tǒng)之間相互影響，需要借助于數(shù)字模型技術(shù)，提前做好協(xié)同設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合建筑設(shè)計(jì)圖紙，利用計(jì)算機(jī)上的相關(guān)軟件，制作3D的數(shù)字模型。在該模型上分別進(jìn)行消防系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與布局。例如消防水泵的安裝位置，給水管道的布局等?；跀?shù)字模型的協(xié)同設(shè)計(jì)，可以最大程度上避免沖突問題，為后期消防設(shè)施的安裝提供了便利和參考。另外，即便是其他系統(tǒng)發(fā)生了設(shè)計(jì)變更，也可以及時(shí)在數(shù)字模型上做出修改，協(xié)調(diào)速度較快。

2.1.2 可視化設(shè)計(jì)

以往建筑消防設(shè)施的設(shè)計(jì)與布局，主要是通過二維平面圖紙來展現(xiàn)。但是由于圖紙上各類管線錯(cuò)綜復(fù)雜，不僅給設(shè)計(jì)增加了難度，而且消防設(shè)施的安裝也有較大概率出現(xiàn)質(zhì)量問題。相比來看，數(shù)字模型真正實(shí)現(xiàn)了消防設(shè)計(jì)的“所見即所得”。對(duì)于安裝人員來說，只需要將數(shù)字模型上的線路布局、設(shè)備定位，直接復(fù)制到實(shí)際建筑物上，就可以保質(zhì)量的完成消防系統(tǒng)的施工。從設(shè)計(jì)人員角度來說，可視化設(shè)計(jì)還能夠從不同的角度，例如俯視視角、剖面視角等，核對(duì)設(shè)計(jì)方案是否科學(xué);從安裝人員角度來說，借助于數(shù)字模型，可以更加全面的了解設(shè)計(jì)意圖，也有助于確保消防設(shè)施的安裝質(zhì)量，提高其防火、滅火能力。

2.1.3 碰撞檢測

在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中，消防系統(tǒng)只是其中的一個(gè)組成部分，另外還包括給排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)雖然功能不同，但是相互之間存在密切的聯(lián)系。例如消防系統(tǒng)的功能發(fā)揮，離不開給排水系統(tǒng)的支持。碰撞檢測的目的，就是從宏觀層面上，檢驗(yàn)各個(gè)系統(tǒng)之間是否存在沖突，或是能否正常聯(lián)動(dòng)。利用數(shù)字模型開展碰撞檢測，一方面可以更加細(xì)致、全面的反饋細(xì)節(jié)問題，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合這些問題，重新對(duì)設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)布局進(jìn)行優(yōu)化;另一方面也能夠增強(qiáng)信息反饋的時(shí)效性，盡快修改以避免對(duì)后期的安裝施工造成負(fù)面影響。近年來高層、超高層建筑有增加趨勢，建筑內(nèi)部系統(tǒng)更加復(fù)雜，基于數(shù)字模型的碰撞檢測其重要價(jià)值也得到了進(jìn)一步的凸顯。

2.2 利用數(shù)字模型化進(jìn)行消防設(shè)計(jì)審核

建筑消防設(shè)計(jì)除了應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循相關(guān)的規(guī)范外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合每一座建筑的具體情況，對(duì)設(shè)計(jì)方案中的具體細(xì)節(jié)，尤其是消防部分進(jìn)行審核、檢驗(yàn)。比如，在審核消防分區(qū)面積時(shí)，由于在設(shè)計(jì)過程中已將消防分區(qū)的信息錄入系統(tǒng)，且可以通過顏色來區(qū)分不同分區(qū)，審核人員可以直觀地查看某一分區(qū)的邊界、面積、疏散路線等信息，無需再像以往那樣反復(fù)查看設(shè)計(jì)圖才能完成審核。數(shù)字模型可以接入多種二次開發(fā)的軟件輔助審查，比如審核人員利用相關(guān)審查軟件，設(shè)置合理的審查規(guī)則，軟件就可以自動(dòng)進(jìn)行多種類設(shè)計(jì)審查，并形成相關(guān)報(bào)告。基于數(shù)字模型的消防設(shè)計(jì)審核，其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)內(nèi)容直觀、明確，有無設(shè)計(jì)缺陷可以一眼看出來，這樣就提高了審核效率。還有就是即便發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)問題，也方便在3D建筑模型上做出修改。

2.3 利用數(shù)字模型化指導(dǎo)消防設(shè)施安裝

建筑消防系統(tǒng)中主要包含消防設(shè)施、管路和其他電器元件。以往在建筑消防設(shè)施的安裝時(shí)，部分安裝人員對(duì)CAD圖紙理解有誤，導(dǎo)致安裝出現(xiàn)質(zhì)量問題。相比之下，如果使用數(shù)字模型指導(dǎo)消防設(shè)施的安裝，一方面是更具指導(dǎo)意義，包括每一種消防設(shè)施的所在位置，管線的布局等等，都可以清晰的標(biāo)注出來，為現(xiàn)場安裝提供了參考。另一方面，方便了現(xiàn)場安裝人員隨時(shí)進(jìn)行對(duì)照，如果有安裝問題，也可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，保證了消防設(shè)施的質(zhì)量隱患可以盡快處理。從系統(tǒng)組成上來看，傳感器也是消防系統(tǒng)的主要部分，參考數(shù)字模型安裝好傳感器，為下一步的防火監(jiān)督也提供了便利。

3 數(shù)字模型化在建筑防火監(jiān)督中的應(yīng)用

3.1防火監(jiān)督和制定救援預(yù)案

建筑火災(zāi)的突發(fā)性和危害性，決定了必須要通過密切監(jiān)控，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)隱患，采取措施，將損失降至最低。數(shù)字模型可以通過防火監(jiān)督和制定應(yīng)急預(yù)案的方式，為火災(zāi)救援工作開展提供一定的支持。在建筑消防系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可以源源不斷的收集消防系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，并利用這些參數(shù)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化、更新，最大程度上保證了建筑消防系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，與3D數(shù)字模型保持一致。這樣就可以通過大數(shù)據(jù)分析，提前發(fā)現(xiàn)異常信息，例如電氣設(shè)備漏電導(dǎo)致電壓波動(dòng)，發(fā)現(xiàn)這一問題后及時(shí)排查線路故障。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，安排工作人員及時(shí)排查隱患，降低火災(zāi)發(fā)生率，支持防火監(jiān)督工作開展。另外，依托數(shù)字模型進(jìn)行火災(zāi)模擬，還可以根據(jù)模擬結(jié)果提前編制救援預(yù)案。這樣即便是后期發(fā)現(xiàn)了火災(zāi)，也能夠利用應(yīng)急預(yù)案，將火災(zāi)損失降至最低。

3.2 為現(xiàn)場救援指揮決策提供參考

火災(zāi)事件中剩余可燃物數(shù)量決定燃燒速度，即：初始階段時(shí)可燃物數(shù)量龐大，其燃燒速率為時(shí)間遞增函數(shù)，隨著可燃燒物顯著減少，燃燒速度在極大程度上得到抑制，燃燒速率表現(xiàn)出大幅度下降趨勢。借助數(shù)字運(yùn)算將建筑消防設(shè)計(jì)及消防效果之間的直接關(guān)系計(jì)算出來。公式為：

dn/dt=-Kn（t）

式中：n（t）為可燃物剩余量;t為燃燒時(shí)間;K為常數(shù)。對(duì)上式進(jìn)行相應(yīng)變型可得到：

n（t）=c×e-kt

式中c=2.11，k=0.05，進(jìn)一步簡化與細(xì)化數(shù)字模型，經(jīng)階躍函數(shù)Au（t-t0）表征消防設(shè)施滅火功效可得式：

式中的t表示整個(gè)可燃物燃燒時(shí)間;t0表示從火災(zāi)發(fā)生到啟動(dòng)消防設(shè)施滅火的時(shí)間間隔。借助上述各式能夠直觀計(jì)算與評(píng)估建筑消防設(shè)施情況，并可為消防設(shè)施安裝及防火監(jiān)督預(yù)案的制定提供科學(xué)有力的依據(jù)。

4數(shù)字模型在建筑消防設(shè)施與防火監(jiān)督中的發(fā)展前景

近年來5G技術(shù)、AI技術(shù)的成熟度日益提高，并且在建筑智能控制領(lǐng)域得到了試點(diǎn)應(yīng)用。信息技術(shù)的應(yīng)用為建筑消防設(shè)施與防火監(jiān)督提供了技術(shù)支撐，也讓數(shù)字模型的精確度、可信度和智能化程度得到了進(jìn)一步的提升。從現(xiàn)階段的數(shù)字模型應(yīng)用效果來看，還存在數(shù)據(jù)反饋不及時(shí)、模型細(xì)部結(jié)構(gòu)不夠完善等問題。在利用數(shù)字模型開展建筑消防設(shè)施的設(shè)計(jì)與防火監(jiān)督時(shí)，這些問題的存在極有可能帶來重大隱患。因此，要想讓數(shù)字模型在相關(guān)領(lǐng)域有更出色的表現(xiàn)，下一步還需要著重在數(shù)據(jù)收集與轉(zhuǎn)化處理、模型細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理等方面繼續(xù)做好研究工作。例如利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以將整個(gè)建筑的消防、照明、水電等復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同步的反饋給中央控制系統(tǒng)。然后利用云計(jì)算技術(shù)，快速做出精準(zhǔn)分析，增強(qiáng)防火監(jiān)督的時(shí)效性。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字模型在建筑消防領(lǐng)域中的應(yīng)用也會(huì)越來越成熟。

5結(jié)語

在信息時(shí)代，信息技術(shù)與建筑行業(yè)的聯(lián)系更加密切，并直接催生了若干種專門用于建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督、質(zhì)量管理等方面應(yīng)用軟件，例如BIM（建筑信息模型等）。數(shù)字模型就是建筑信息化發(fā)展背景下的產(chǎn)物。在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建出3D建筑模型，該模型在內(nèi)部結(jié)構(gòu)與建成后的實(shí)體建筑完全保持一致，因此在虛擬模型上所作的消防系統(tǒng)規(guī)劃，對(duì)后期建筑消防設(shè)施的安裝有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。此外，還可以借助于數(shù)字模型進(jìn)行防火監(jiān)督、火情報(bào)警，為建筑火災(zāi)的防控提供參考。今后要繼續(xù)做好數(shù)字模型的優(yōu)化與應(yīng)用，以支持建筑消防系統(tǒng)更好的使用。

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