基于BIM和GIS技術(shù)的公共建筑消防安全評(píng)價(jià)研究*

蘇 熙 ， 吳風(fēng)華

（華北理工大學(xué)研究生學(xué)院，河北 唐山 063200）

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程的加快及人們對(duì)生活品質(zhì)和身心健康的執(zhí)著追求，公共建筑日趨成為人群聚集的場(chǎng)所。同時(shí)，為滿足人們的多種需求，公共建筑的功能和結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化，隨之而來(lái)的消防安全問(wèn)題也日益突出。消防救援局網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全年共接報(bào)火災(zāi)23.3萬(wàn)起，其中，商業(yè)場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)6 015起，賓館飯店發(fā)生火災(zāi)5 872起，學(xué)校發(fā)生火災(zāi)722起，醫(yī)院養(yǎng)老院發(fā)生火災(zāi)346起，公共娛樂(lè)場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)384起。由此可見(jiàn)，公共建筑發(fā)生火災(zāi)的比重很大。

林天楊研究了基于BIM的消防設(shè)備信息監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)很好地解決了消防設(shè)施與建筑模型結(jié)合不緊密的問(wèn)題，但僅僅是關(guān)于消防設(shè)施的系統(tǒng)，沒(méi)有建筑周邊消防信息[1]。寧培楠分析了借助GIS系統(tǒng)對(duì)消防站布局進(jìn)行優(yōu)化求解[2]，很好地利用了GIS的空間分析和宏觀地理環(huán)境的表達(dá)能力。費(fèi)智濤、郭小東通過(guò)GIS場(chǎng)景模擬技術(shù)，使用災(zāi)前、災(zāi)后對(duì)比的方式，評(píng)估了門(mén)頭溝區(qū)在應(yīng)對(duì)超設(shè)防地震災(zāi)害影響下的應(yīng)急服務(wù)設(shè)施（120急救、119火警和應(yīng)急避難）空間救援能力[3]。這些應(yīng)用充分展現(xiàn)了BIM和GIS技術(shù)在消防領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。但在消防安全評(píng)價(jià)方面，兩者的結(jié)合應(yīng)用較少，現(xiàn)行的消防安全評(píng)價(jià)多采用編制安全檢查表，根據(jù)表中的內(nèi)容通過(guò)檢測(cè)人員實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方式得到評(píng)價(jià)結(jié)果。近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM和GIS技術(shù)的發(fā)展及它們之間融合技術(shù)的日益成熟，三維場(chǎng)景中的建筑消防安全評(píng)價(jià)成為可能。

1 BIM技術(shù)和GIS技術(shù)

1.1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM 具有可視化、集成性、模擬性、協(xié)調(diào)性及優(yōu)化性等特點(diǎn)[4]。其中含有海量的建筑信息，包含建筑的屬性信息及幾何信息。為了實(shí)現(xiàn)豐富的建筑信息的表達(dá)，Autodesk、Bentley和廣聯(lián)達(dá)公司都開(kāi)發(fā)了多款軟件供人們使用。對(duì)于公共建筑的消防安全評(píng)價(jià)的建筑建模，主要用到的是Autodesk公司的revit軟件，revit軟件整合了建筑、機(jī)電、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的眾多功能，因而市場(chǎng)占有率較高，使用也較為廣泛。在建筑方面，它可以實(shí)現(xiàn)建筑信息的精細(xì)化表達(dá)，包括消防栓的位置、應(yīng)急照明燈的照明范圍和建筑的耐火等級(jí)等等。

1.2 GIS技術(shù)的特點(diǎn)

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）是在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的支持下，采集、存儲(chǔ)、檢索、管理、分析和描述空間物體的定位分布及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)的一類(lèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[5]。地理信息系統(tǒng)通常用于輔助人們做抉擇，如公園選址、人口發(fā)展預(yù)測(cè)等。在公共建筑的消防安全評(píng)價(jià)中可以起到查詢(xún)建筑屬性信息、空間距離量算、面積量算及空間分析等多種作用。

1.3 BIM和GIS技術(shù)融合的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)更注重建筑信息的微觀表達(dá)，主要應(yīng)用于單體建筑，而GIS技術(shù)更注重空間分析和宏觀地理環(huán)境的表達(dá)。公共建筑使用BIM建模不僅可以在三維場(chǎng)景中表達(dá)建筑物的外形，也可以展示建筑內(nèi)的設(shè)施陳列及墻體、消防器材等的屬性信息。GIS軟件可以通過(guò)添加線圖層、面圖層和貼圖等操作構(gòu)建建筑周?chē)h(huán)境，還提供空間運(yùn)算、空間分析和模型裁剪等功能，比如地圖量算、緩沖區(qū)分析、空間關(guān)系分析和對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行編輯修改等功能。兩者的融合可以更全面地展示建筑的內(nèi)外部信息，并結(jié)合GIS的分析功能實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)施安置合理性、疏散寬度是否達(dá)標(biāo)等做判斷。

2 公共建筑消防安全評(píng)價(jià)

公共建筑的消防安全評(píng)價(jià)通常是根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及各類(lèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定，制定消防安全檢查表，由消防檢測(cè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

3 工程應(yīng)用

以某校圖書(shū)館revit模型為例，結(jié)合公共建筑消防安全評(píng)價(jià)體系，探究BIM和GIS技術(shù)在消防安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。首先需要將revit模型導(dǎo)入GIS軟件，由于我國(guó)的超圖公司突破了BIM主流數(shù)據(jù)的無(wú)損接入，它支持一鍵讀取revit數(shù)據(jù)，快速導(dǎo)入所需數(shù)據(jù)，無(wú)需插件。避免了轉(zhuǎn)換為中間格式時(shí)可能會(huì)丟失屬性的弊端，節(jié)省時(shí)間的同時(shí)提高了工作效率[6]。所以實(shí)驗(yàn)是在超圖平臺(tái)當(dāng)中進(jìn)行的。

3.1 建筑本體特征

BIM技術(shù)是關(guān)于建筑信息模型化的技術(shù)，它的基本理念是建筑的三維幾何模型可以如實(shí)地表示建筑對(duì)象，其精細(xì)化建模的特點(diǎn)能夠詳細(xì)地展示建筑物中的消防通道、消防設(shè)施、電氣設(shè)備、消防安全告知牌等建筑內(nèi)部信息。如圖1所示，它可以顯示圖書(shū)館的桌、椅、書(shū)架、火災(zāi)報(bào)警器、報(bào)警燈、安全出口指示標(biāo)志、應(yīng)急照明燈等信息，方便讀者和管理人員了解館藏設(shè)施。而且可以設(shè)置和顯示建筑物及建筑構(gòu)件的顏色，便于分辨墻體顏色與消防設(shè)施或消防指示標(biāo)志的顏色對(duì)比是否合適。

圖1 圖書(shū)館內(nèi)部設(shè)施

正如公共建筑的消防安全評(píng)價(jià)體系中所述，評(píng)估內(nèi)容中包括建筑物本身的材質(zhì)信息，諸如建筑耐火等級(jí)、火災(zāi)荷載、裝修材料、燃燒性能、設(shè)備基本參數(shù)等。而B(niǎo)IM技術(shù)恰好可以錄入這些屬性信息，如圖2所示，圖2中列舉了消火栓和應(yīng)急照明燈的屬性信息。同時(shí)，BIM自帶的明細(xì)表功能可以統(tǒng)計(jì)構(gòu)件的個(gè)數(shù)、材質(zhì)的需求量等。

圖2 屬性信息

3.2 建筑物周邊環(huán)境

根據(jù)滅火救援的需要，街區(qū)內(nèi)的道路應(yīng)考慮消防車(chē)的通行，高層建筑應(yīng)布置消防車(chē)登高救援場(chǎng)地。如圖3所示，為谷歌地球上下載的衛(wèi)星遙感圖像（無(wú)偏移），利用GIS的分析功能對(duì)建筑周邊環(huán)境進(jìn)行量算的示例。

圖3 建筑周?chē)h(huán)境平面圖

3.3 消防安全管理

3.3.1 消防設(shè)施安置

我國(guó)制定的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定了室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器等消防設(shè)施的設(shè)置規(guī)范，這也是消防安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系重要的一部分。BIM精細(xì)化建模的特點(diǎn)可以清晰地展示建筑內(nèi)部的消防設(shè)施，同時(shí)結(jié)合GIS中空間量測(cè)和空間分析的功能在建筑的設(shè)計(jì)、驗(yàn)收及現(xiàn)狀階段對(duì)消防設(shè)施安置的安全性進(jìn)行評(píng)估。如圖4所示，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定公共建筑疏散走道和疏散樓梯的凈寬度不應(yīng)小于1.1米，室內(nèi)疏散通道上的應(yīng)急照明燈安裝間距不應(yīng)大于20米[7]，均可以通過(guò)在三維場(chǎng)景中進(jìn)行空間距離量測(cè)檢驗(yàn)其是否合格。

圖4 距離量算

開(kāi)敞度分析可以模擬觀測(cè)點(diǎn)周?chē)曈蚍秶?，比如檢查疏散樓梯周?chē)拈T(mén)、窗、洞口位置是否合適。如圖5所示，規(guī)范中規(guī)定，房間內(nèi)任一點(diǎn)至疏散門(mén)的距離不超過(guò)規(guī)范中規(guī)定?？衫瞄_(kāi)敞度分析，觀測(cè)點(diǎn)選擇房間的疏散門(mén)，觀測(cè)半徑輸入規(guī)范中規(guī)定的距離，可得到圖中所示網(wǎng)格區(qū)域，判斷該區(qū)域是否覆蓋房間內(nèi)的每一點(diǎn)。

圖5 開(kāi)敞度分析

3.3.2 消防安全宣傳教育

公共建筑消防安全既需要建筑建造者和管理者的努力，也需要建筑使用者的配合，所以消防安全宣傳教育是消防安全評(píng)價(jià)重要的一部分。GIS的粒子特效功能可以模擬火災(zāi)發(fā)生的場(chǎng)景，再結(jié)合BIM中構(gòu)建的三維場(chǎng)景，使用路徑漫游功能，設(shè)置基于著火點(diǎn)的合理逃生路線，輔助消防安全教育。

3.3.3 消防設(shè)施維護(hù)檢測(cè)

在建筑的全生命周期中，運(yùn)營(yíng)維護(hù)期要占其全生命周期的90%以上。也就是說(shuō)，對(duì)消防設(shè)備進(jìn)行信息監(jiān)管，其重點(diǎn)在于運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，本質(zhì)是進(jìn)行消防設(shè)備的運(yùn)維管理。GIS中的屬性修改功能可以幫助檢修人員及時(shí)錄入信息。路徑漫游功能，如圖6所示，也可以將規(guī)劃好的防火巡檢路徑在三維場(chǎng)景中顯示，方便巡檢人員了解巡檢路徑。

圖6 路徑漫游

4 結(jié)語(yǔ)

以公共建筑的消防安全評(píng)價(jià)中BIM和GIS融合技術(shù)的研究和應(yīng)用為主要目標(biāo)，課題組論證了可從建筑自身情況、建筑周邊環(huán)境和消防安全管理三個(gè)方面建立評(píng)價(jià)體系。在二者技術(shù)融合應(yīng)用方面，以某校圖書(shū)館為例實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景中公共建筑內(nèi)部設(shè)施的展示，及每個(gè)設(shè)施屬性信息的查詢(xún)，結(jié)合GIS的空間分析功能證實(shí)了BIM與GIS技術(shù)融合對(duì)公共建筑消防安全評(píng)價(jià)的輔助作用 。