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1、基于BIM技术的高层建筑消防安全工程管理应用研究1 绪论1.1 研究背景与意义1.1.1 研究背景近年来，随着我国经济的快速发展以及城镇化进程的不断加速，农村地区大量人口逐渐向城市聚集，城市地区的居住及工作场所的需求与日俱增1-2。但是，我国城市地区普遍存在土地资源较为紧缺的问题，难以充分应对快速增长的居住需求。因此，对于土地价格日益攀增的城市中心而言，容积较大的高层建筑不仅是社会发展的基本需求，也是经济发展的迫切需要。尤其是在一线、沿海城市以及发展潜力较好的内陆城市，高层建筑愈发成为其今后建筑的主要形式。建设高层建筑，能够带来可观的经济与社会效益，具体包括：一是高度的人口集中可缩短部门之间的
2、联系距离，从而提高效率；二是高层建筑能够大幅度减少建设用地面积，有效节约了土地资源；三是建设高层建筑能够有效降低市政建设投资，同时可缩短建筑工期；四是高层建筑中离地面区较远的楼层通风条件较好，能够获取高质量的空气。然而，高层建筑的快速增多为消防安全管理工作带来了一系列挑战，主要原因在于在同等防火条件下，相较单、低层建筑，高层建筑更容易发生火灾，且发生火灾后人员逃离火灾现场较为困难，常由于烧伤、中毒、窒息等原因造成重大的人员伤亡事故，同时也会使得建筑物结构遭到严重破坏。通过分析高层建筑自身结构特点及各类火灾事故等，可对高层建筑火灾频发的原因进行归纳，主要包括：一是在高层建筑内产生的火灾，其火势蔓
3、延速度较快、方式多样等；二是由于高层建筑的结构较为复杂，使得人群疏散难以有序开展，易造成重大伤亡事故；三是高层建筑的防火设计较为复杂，且消防设施等不够完善。此外，由于高层建筑自身结构复杂、装饰材料繁多等原因，使得高层建筑发生引发火灾的因素远多于低层建筑。有鉴于此，高层建筑的消防安全管理演变为建筑安全领域的重要内容3。.1.2 国内外研究现状1.2.1 高层建筑消防管理研究现状高层建筑火灾事故的高发性逐渐引起社会各界对其消防安全管理的重视，并对如何预防火灾事故展开了积极探索。国外方面，欧美等国家的消防管理已经形成较为完善的体系，同时在法制建设、体制改革、消防宣传等方面，同样拥有较为成熟的经验4-
4、7；亚洲地区以日本、新加坡为代表，结合现实状况，其更加契合我国消防事业的发展路径，能够为我们提供更具参考价值的经验8-10。国内方面，诸多专家学者对高层建筑消防安全管理其展开了研究，如杨秸11针对建筑消防安全管理存在的问题，从明确责任、加强监管、开展宣传等方面提出了应对措施；周伟12借助故障树分析法，从定性与定量角度获取导致建筑发生火灾的潜在因素，从而为预防火灾提供有效参考；许守玉13对梳理了高层建筑消防安全管理现状，并针对突出问题提出了对策建议，以实现强化消防安全管理的目的；魏谋清14在阐述火灾危害的基础上，分析了不同消防器材以及各类设施的安全隐患，并据此提出了应对策略；马作栋15从防火特征
5、着手，分析了高层建筑消防安全管理存在的问题，并提出相应的解决方案；林忠华等16在分析高层建筑消防安全管理存在问题的基础上，提出了优化安全管理的一系列举措；王凯17为了充分说明火灾的危险性，从火灾蔓延方式、人员疏散难以程度、火灾扑救难度等方面着手，并从设计、施工、监管等方面提出增强安全管理的相关措施；吕玉涛18强调了高层建筑消防安全管理的重要性，并针对如何解决我国当前消防安全管理存在的问题提出了应对措施；王伟、罗海龙等19-20通过分析当前高层建筑的发展现状及火灾特点，对其存在的共性且突出问题进行归纳，并提出了相应的火灾防范对策；张茜21针对高层建筑消防安全疏散存在的问题，从减少疏散时间、增加可
6、用安全疏散时间等方面提出了快速、安全疏散的对策建议；张巍敏22则提出了如何更好地进行高层建筑消防安全疏散设计的改进措施；马学楠23提出了高层建筑防水或疏散设计优化建议，以逐步消除高层建筑可能存在的火灾隐患，降低火灾事故发生几率.2 BIM 相关理论基础作为智能化的建筑 3D 模型，BIM 技术能够提供与建筑结构极为贴合的三维可视化信息模型，据此可直观清楚地获取建筑的内部结构、各类设施的布局等，从而实现对工程对象的完整描述。BIM 的特点表现在借助利用数字模型对工程项目的全生命周期进行信息集成和动态管理，同时通过创建三维协同工作环境，将各参与方进行整合，从而提高决策速度和质量、降低项目成本、提高
7、项目质量、增加项目收益的目的54-55。本章将针对 BIM 技术内涵、特点、应用内容等进行具体阐述。2.1 BIM 的内涵卡耐基麦隆大学的恰克 伊士曼教授最早提出了建筑信息模型 BIM（Building Information Modeling），历经多年的发展与完善，BIM 技术在理论研究与实际应用方面均取得了较高的成就。如将 BIM 技术应用于建筑工程等领域的项目中，能够更好地支撑其信息集成、信息交互及不同人员之间的协同等活动56-57。相较于下一代信息技术（IT，information technology）、计算机辅助设计（CAD，computer-aided design）及计算机辅
8、助设计图（CADD，computer-aideddrafting and design）技术，建筑信息模型的突出特点是能够将建筑结构更为真实、立体地展示于模型中58。当前各界尚未对 BIM 进行统一定义，通过大量分析文献研究59-60，可将 BIM概念总结为以下两类：第一类主要从广义角度出发，如 Bilal Succa 曾指出，作为一种管理方法，BIM 主要面向各类项目生命周期的建筑设计以及数据收集整理。此外，Bilal Succa 强调作为 BIM 最终实现的前提，政策、过程和技术三项在项目管理中具有重要作用。从狭义角度出发，主要以美国国家标准技术研究院所给出的定义为准，即BIM 是整合各类
9、建筑工程项目信息的工程数据模型，其基础为三维数字技术61。美国国家 BIM 标准62（NBIMS，National Building Information Model Standard）将 BIM 的技术特性分为丰富的语义特性、面向生命周期、以互联网为基础的实现、存储各类几何信息、准确的信息及信息的可交互性（IFC 支持）等 11 个方面。.2.2 BIM 的特点作为完备的信息模型，BIM 将处于不同阶段的涉及建筑项目数据、资源以及过程等的信息进行连接，达到完整描述建筑工程对象的目的，由此可广泛应用于建设项目各相关参与方的工作中。通常，BIM 具有如下特征：（1）模型信息的完备性。BIM 技
10、术能够对项目整体的信息进行描述，不仅包括工程对象的 3D 几何信息和拓扑关系描述，还包括设计、施工、维护等阶段信息的存储与描述。其中设计信息主要包括工程对象的名称、建筑结构的类型、使用的建筑材料以及建筑工程的性能等；施工信息则以具体工序、开展的进度、建设成本、工程质量、人员、建筑设备、所需资源等为主；维护信息涵盖建筑项目的安全性能、材料可使用时间等。此外，BIM 技术也能够具体描述对象之间的工程逻辑关系等。（2）模型信息的关联性。建筑信息模型中的对象具有可识别性，且不同的对象之间相互关联。利用 BIM 的统计和分析功能，可生成包含各对象信息的资料库。当模型中某对象的信息发生变化，与之关联对象的
11、信息均会随之自动更新，从而确保所构建模型中信息的完整性及连续性。（3）模型信息的一致性。关联性能够促进 BIM 模型在项目生命周期的各阶段信息的完整性，也保证了模型内信息具备一致性。因此，针对建筑结构的同一信息无需重复输入，节省了大量时间。此外，建筑信息模型是随着项目推进而不断演化的，使用者可在不同阶段内对模型进行简单修改或增加模型对象，无需针对各阶段建立新的模型，使得信息能够一致，避免了不同错误的出现。.3 高层建筑消防安全管理分析 .153.1 高层建筑消防安全管理的必要性分析.153.2 高层建筑消防安全管理现状分析.173.2.1 单位内部管理现状分析 .173.2.2 消防监督管理现
12、状分析 .193.3 高层建筑消防安全管理存在的问题.193.3.1 消防设备管理存在的问题 .203.3.2 人员消防安全意识存在的问题 .203.4 本章小结 .214 基于 BIM 技术的高层建筑消防安全管理应用模型设计.224.1 BIM 技术在高层建筑消防安全管理方面的应用优势 .224.1.1 BIM 技术在建筑行业中的优势.224.1.2 BIM 技术在消防安全管理方面的优势.254.2 基于 BIM 的高层建筑消防安全管理模型构建 .274.3 本章小结.325 案例应用 .335.1 西安天赐颐府 1 号楼概况.335.2 天赐颐府 1 号楼消防安全管理模型构建.345.2.
13、1 消防安全管理的 BIM 平台架构.345.2.2 基于 BIM 的消防安全管理应用.355.3 消防安全管理相关建议.405.4 本章小结 .415 案例应用本章将结合案例特点进一步论述已构建的理论模型，基于 BIM 技术来实现对高层建筑的消防安全管理，以最大限度减少事故灾害的发生，指导安全管理实践活动。这可以提高建筑项目生命周期的安全管理水平，和企业的经济利益与社会效益。5.1 西安天赐颐府 1 号楼概况天赐颐府位于山西西安，主要户型是 89-155m2，是一类周边有绕城高速、航天大道、规划地铁 4 号线的高层建筑，设计建筑耐火等级为一级。该建筑项目是居民楼，楼层为 30 层左右，每层有
14、七户，设剪刀形楼梯，三部电梯。高层居民楼由于高入住率带来了较高的人员流动量，成年人、老人、小孩等不同年龄层均涵盖且人数较多，对于火灾疏散能力有着较高的要求。与通用建筑结构设计类同，为增强抗震能力及楼体在风力荷载等方面的能力，该住宅楼采用了混凝土核心柱与钢柱的设计样式。考虑到建筑防火等级的要求，在防火建筑材料的选择上，采用耐火性及强的防火材料包裹内部的混凝土预制板，以更进一步地提升高层住宅建筑的防火能力，保证建筑使用者的安全。在火灾发生时，除去烟气对人体带来的伤害之外，较大的火势会引起楼体的坍塌。为增强楼体的牢固性，降低该类情况发生的概率，为建筑使用者延长逃生救援时间，采取现浇钢筋混凝土结构进行
15、施工，以提高建筑的耐火承重时间。该住宅楼的主要防火及疏散设施包括：（1）灭火系统。该楼设有消火栓系统，用水量 20L/s，同时设手提式磷酸铵盐干粉灭火器。消防栓等设备日常按规律专人负责并记录在册。（2）自动报警系统。住宅楼设火灾报警器，在消防电梯和防火电梯处均设置了智能型感烟探测器。火灾发生时可切除非消防电源，发送消防信号病点亮应急照明等。（3）疏散设施。首层设置了安全出口，设有防烟剪刀楼梯和消防电梯，剪刀疏散楼梯的宽度 1.25m；消防电梯采用载重量 800kg，45s 可从直通顶层。.结论高层建筑消防安全管理水平的提升，能够有效预防火灾事故的发生，提高火灾救治效率，从而促进社会的稳定发展。
16、然而，当前仍存在诸多问题制约着高层建筑消防法安全管理水平的提升，而已有相关研究多集中于针对普遍问题提出的对策建议，过于主观化，且较少考虑建筑结构自身特点。因此，如何利用科学化的管理方法和现代化的技术，以实现对高层建筑消防安全管理水平的提升，成为当前研究的重点。首先，在大量阅读文献的基础上，本文归纳整理了与高层建筑消防安全管理及 BIM 技术应用相关的理论综述；然后，对 BIM 技术的内涵、特点、应用内容等进行了梳理总结，以说明 BIM 技术应用于高层建筑消防安全管理的可行性；其次，通过梳理在该方面的现有文献研究现状，分析了高层建筑消防安全管理现存问题，说明借助科学化方法提升消防安全管理水平的必
17、要性；之后，构建了基于 BIM 技术的高层建筑消防安全管理模型，从而对高层建筑消防系统进行模拟优化；最后，以西安天赐颐府 1 号楼为研究对象开展实证分析和模型验证。本文的主要结论如下：（1）介绍了高层建筑消防安全管理相关内容。通过梳理目前在该方面的研究现状，从消防设备管理、消防安全管理制度、人员消防安全意识等方面深入剖析了当前高层建筑消防安全管理存在的问题，说明了科学化、信息化管理手段应用于高层建筑消防安全管理的必要性。（2）构建了基于 BIM 技术的高层建筑消防安全管理模型。从消防设计规划子模型、消防应急预案子模型、智能消防系统子模型三个方面构建了完善的消防安全管理模型，并对各子模块的作用意义等进行了详细的阐述，对于同类型建筑消防安全管理具有一定借鉴意义。.参考文献（略）