基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)在大型公共建筑消防的應(yīng)用探討-V4

/基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)在大型公共建筑消防的應(yīng)用探討摘要：本文總結(jié)了建筑消防信息難以在多平臺(tái)有效互用的原因，探討了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)在大型公共建筑消防設(shè)計(jì)和管理領(lǐng)域的應(yīng)用。該技術(shù)促進(jìn)了消防信息在不同機(jī)構(gòu)、不同專(zhuān)業(yè)間的交換與互用，對(duì)實(shí)現(xiàn)大型公共建筑動(dòng)態(tài)化、交互化、扁平化的消防管理模式具有推動(dòng)作用。Abstract:Thispapersummarizesthereasonsforbuildingfiresafetyinformationthatisdifficulttoeffectiveinteroperateinamulti-platform,anddiscussestheapplicationofBIMtechnologybasedIFCstandardinthefiredesignandmanagementoflargepublicbuildings.ByusingtheadvantageofIFC,BIMmakesitpossibletopromotefireinformationexchangeandinteroperatebetweendifferentinstitutionsandprofessional,whichcanrealizedynamic,interactive,flatteningfiremanagementmodeinlargepublicbuildings.關(guān)鍵詞：大型公共建筑；消防管理；BIM技術(shù)；IFC標(biāo)準(zhǔn)；信息互用Keywords:Largepublicbuilding;Fire

controlmanagement;BIM;IFC;Informationinteroperability前言動(dòng)態(tài)、交互、扁平化的消防管理是將設(shè)計(jì)方、物業(yè)管理方和政府消防部門(mén)的工作有機(jī)統(tǒng)籌起來(lái)，不同專(zhuān)業(yè)的人員都能基于同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取自己所需的信息，避免信息在不同階段傳遞時(shí)發(fā)生信息延誤、缺損甚至丟失，同時(shí)也節(jié)約了時(shí)間和成本，從而大幅提高消防管理效率。在消防管理的過(guò)程中，一個(gè)重要環(huán)節(jié)是集成并交互來(lái)自不同方面、不同專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)信息。目前，設(shè)計(jì)方、物業(yè)管理方、政府消防部門(mén)這三方面，單看某一個(gè)方的數(shù)據(jù)信息交換與互用已發(fā)展的較為完善[1]，但三方面的數(shù)據(jù)信息之間沒(méi)有交換與互用的機(jī)制和方法，造成數(shù)據(jù)信息斷層，難以直接再利用[2]；因此各方都需對(duì)同種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行二次錄入，降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不利于提高消防管理效率。本文利用基于IFC(IndustryFoundationClasses，工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi))標(biāo)準(zhǔn)的BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)技術(shù)，探討建筑消防信息交換與互用的方法，各方可跨平臺(tái)獲取各類(lèi)所需的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在多專(zhuān)業(yè)、多層次的集成管理，推進(jìn)具有動(dòng)態(tài)性、交互性的大型公共建筑扁平化消防管理模式的實(shí)現(xiàn)?；贗FC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型建筑信息模型建筑信息模型（BuildingInformationModeling,BIM）通過(guò)對(duì)信息的收集、管理、交換、更新、存儲(chǔ)過(guò)程，為建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的不同階段、不同參與方提供及時(shí)、準(zhǔn)確、足夠的信息，支持不同項(xiàng)目階段之間、不同項(xiàng)目參與方之間以及不同應(yīng)用軟件之間的信息交流和共享[3]。BIM里的I（Information）代表著建筑全生命周期內(nèi)全面確切的信息，它不僅是建筑的幾何信息，還包含非幾何信息，如建筑的抗震級(jí)別、建筑材料耐火系數(shù)、空間拓?fù)潢P(guān)系等。IFC標(biāo)準(zhǔn)信息格式標(biāo)準(zhǔn)的建立，是解決信息交換與互用問(wèn)題的關(guān)鍵。國(guó)際協(xié)同工作聯(lián)盟（InternationalAllianceforInteroperability,IAI）發(fā)布的建筑業(yè)國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IFC[34]，作為建筑行業(yè)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，提供了建筑內(nèi)各種信息描述和定義的規(guī)范。IFC整體由信息資源層、信息核心層、信息共享層和信息領(lǐng)域?qū)?個(gè)層次構(gòu)建。IFC使用形式化的數(shù)據(jù)規(guī)范語(yǔ)言EXPRESS來(lái)描述建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這里的數(shù)據(jù)既是一個(gè)實(shí)體對(duì)象，也是某種屬性概念，是從“非常小”的信息記錄到“所有信息”[5]。基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型為建筑消防提供了描述建筑全生命周期內(nèi)消防所需信息數(shù)據(jù)的中間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于建筑消防各環(huán)節(jié)內(nèi)以及不同環(huán)節(jié)之間的信息交換與互用。BIM技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用探討消防設(shè)計(jì)大型公共建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、面積龐大，現(xiàn)有的火災(zāi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法滿(mǎn)足需求，目前多采用火災(zāi)性能化設(shè)計(jì)方法[6]?；馂?zāi)性能化設(shè)計(jì)方法通過(guò)火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置、火災(zāi)模擬計(jì)算等步驟，來(lái)判斷設(shè)計(jì)區(qū)域是否滿(mǎn)足消防安全標(biāo)準(zhǔn)。所以大型公共建筑的消防設(shè)計(jì)，需要更多、更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息支持?；贗FC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)，從設(shè)計(jì)階段便開(kāi)始建立一個(gè)貫穿建筑全生命周期的IFC標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息不僅具有建筑結(jié)構(gòu)信息，還包含建筑材料、家具及配件、線(xiàn)路、管道以及氣候信息，實(shí)現(xiàn)了全部信息的扁平化管理，如圖1所示。數(shù)據(jù)信息通過(guò)IFC解析器與轉(zhuǎn)換工具[7]，實(shí)現(xiàn)了與火災(zāi)模擬軟件之間的交互，為CFAST（TheConsolidatedModelofFireAndSmokeTransport）、FDS（FireDynamicsSimulator）、STEPS等火災(zāi)模擬工具提供可直接輸入的模型數(shù)據(jù)[78]，極大縮短了拓?fù)浣ㄖY(jié)構(gòu)的時(shí)間，進(jìn)一步提高火災(zāi)模擬分析的效率和準(zhǔn)確性，如圖2所示。項(xiàng)目開(kāi)展后，建筑數(shù)據(jù)信息可隨著設(shè)計(jì)方案的變化積累并更新。在建筑設(shè)計(jì)的同時(shí)，工程師可以便捷地計(jì)算出消防所需的各類(lèi)指標(biāo)的數(shù)值，反過(guò)來(lái)再改良消防設(shè)計(jì)方案，使消防設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化。消防管理消防設(shè)施管理大型公共建筑消防設(shè)施具有數(shù)量多、分布廣、種類(lèi)繁雜、系統(tǒng)龐大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生故障波及面廣，所以其日常管理工作要求標(biāo)準(zhǔn)高[9]。實(shí)踐證明，建立并運(yùn)用數(shù)字化、信息化、可視化的管理模式，可有效提高消防設(shè)施管理質(zhì)量，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)用基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)，可使交付使用的建筑與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息完全對(duì)應(yīng)，每個(gè)建筑元素都有準(zhǔn)確的電子信息檔案，一套完整的建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以協(xié)助樓宇消防設(shè)施管理。建筑信息數(shù)據(jù)包含建筑空間位置、結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)施設(shè)備、周邊環(huán)境等信息，通過(guò)轉(zhuǎn)換、解析過(guò)程，生成基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，如圖3所示?；贗FC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型，其中的消防設(shè)備信息與實(shí)際設(shè)備保持信息同步。在消防管理的交互界面中輸入設(shè)備編碼、名稱(chēng)、位置等任一條檢索信息，可快速完成檢索、定位，界面可顯示設(shè)備準(zhǔn)確位置和周邊環(huán)境情況以及設(shè)備的相關(guān)信息，如設(shè)備功能、所在位置、供應(yīng)商、使用期限、聯(lián)系電話(huà)、維護(hù)情況、責(zé)任人等。大型公共建筑中，從二維圖紙中獲得建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備空間關(guān)系等信息，需要專(zhuān)業(yè)的透視思維能力和空間分析能力[7]。BIM虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于消防設(shè)備管理沒(méi)有信息和視覺(jué)盲區(qū)。如圖4所示，工作人員可通過(guò)可視化界面，快速準(zhǔn)確查詢(xún)?cè)O(shè)備的各種信息，提高消防設(shè)備管理效率。數(shù)字化預(yù)案我國(guó)消防工作施行“預(yù)防為主，消防結(jié)合”的工作方針，火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案制度的建立正是貫徹這一方針政策。編制大型公共建筑的消防應(yīng)急預(yù)案時(shí)需要集成大量數(shù)據(jù)信息，需要火災(zāi)場(chǎng)景仿真模擬以及實(shí)際演練等多方面的支持?；贗FC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)，使各方面的數(shù)據(jù)信息得以集成，在各個(gè)環(huán)節(jié)中互聯(lián)互通，以下三方面可為編制數(shù)字化預(yù)案提供信息支持。1.建筑基礎(chǔ)信息采集與存儲(chǔ)。如圖1所示，通過(guò)建筑信息模型與IFC數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換和解析，采集整棟建筑及其周邊完整準(zhǔn)確的建筑信息并存儲(chǔ)其中。這些信息包括建筑地理位置、周邊建筑和街道概況，建筑結(jié)構(gòu)、面積、高度和耐火等級(jí)，建筑疏散通道和安全出口的位置、數(shù)量，建筑內(nèi)外消防水源、消防車(chē)道等。2.火災(zāi)模擬分析。對(duì)建筑內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的過(guò)程和人員疏散的模擬分析，是數(shù)字化預(yù)案制定的一個(gè)必要環(huán)節(jié)。建筑消防設(shè)計(jì)階段已對(duì)建筑進(jìn)行了火災(zāi)場(chǎng)景仿真，仿真結(jié)果可直接使用。建筑在使用過(guò)程中，如出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、功能和建材材料的變化，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息可同步更新，再進(jìn)行火災(zāi)場(chǎng)景仿真也變得較為便捷。3.數(shù)字預(yù)案表達(dá)與檢驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如圖1所示，為數(shù)字化預(yù)案提供多維的表達(dá)方式。建筑火災(zāi)模擬的過(guò)程可直觀的顯示，便于工作人員快速理解并熟悉預(yù)案。使用4D（XYZ軸+時(shí)間軸）方式模擬發(fā)生火災(zāi)的全過(guò)程，檢驗(yàn)數(shù)字化預(yù)案的實(shí)施效果，提高消防管理水平，為消防模擬訓(xùn)練提供信息支持。消防救援指揮縮短火災(zāi)發(fā)生到消防人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間是撲滅大型公共建筑初期火災(zāi)，防止小火釀成大災(zāi)的關(guān)鍵，這一點(diǎn)對(duì)人員密集的大型公共建筑尤為重要。大型公共建筑作為消防重點(diǎn)單位，進(jìn)入火災(zāi)狀態(tài)后，城市消防指揮中心可在數(shù)據(jù)庫(kù)中提取建筑空間結(jié)構(gòu)、建筑所在地點(diǎn)、周邊路況、消防車(chē)道和消防水泵位置等信息。信息的傳遞與提取均采用IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，救援信息在各個(gè)平臺(tái)間快速、無(wú)損的傳遞，相關(guān)救援人員可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查看其所需的內(nèi)容。各類(lèi)信息快速準(zhǔn)確的傳遞與查閱，進(jìn)一步縮短了從火災(zāi)報(bào)警、消防部門(mén)接警出警、救援人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)救援工作的時(shí)間，提高防指揮中心的快速接警能力和消防部隊(duì)的火災(zāi)救援效率。研究方向基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息同步交換與共享，將設(shè)計(jì)方、管理方、政府消防部門(mén)的工作擺到了同一個(gè)平臺(tái)上，為各方更好的協(xié)同工作，提高消防管理效率提供了舞臺(tái)。消防管理各環(huán)節(jié)的工作不再試簡(jiǎn)單的上傳下達(dá)，而是基于動(dòng)態(tài)、交互的扁平化消防管理。目前BIM技術(shù)在消防領(lǐng)域的研究方向有：（1）基于BIM技術(shù)，使消防管理真正貫穿建筑的全生命周期；（2）為消防管理創(chuàng)建更為完善、更為準(zhǔn)確的消防設(shè)施模型數(shù)據(jù)庫(kù)；（3）拓展各類(lèi)火災(zāi)模擬軟件的接口類(lèi)型，使其能直接準(zhǔn)確的讀取IFC數(shù)據(jù)；（4）通過(guò)完善的建筑信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)疏散路徑規(guī)劃功能；（5）BIM技術(shù)與GIS技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建城市消防管理平臺(tái)?？偨Y(jié)本文分析了大型公共建筑消防管理的數(shù)據(jù)信息無(wú)法有效交換與互用的原因，提出基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息交換與互用的方法，探討該方法在大型公共建筑消防領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM技術(shù)促進(jìn)消防信息在不同機(jī)構(gòu)、不同專(zhuān)業(yè)間的交換與互用，推動(dòng)具有動(dòng)態(tài)性、交互性的大型公共建筑扁平化消防管理模式的實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)GA767-2008.消防控制室通用技術(shù)要求[S],2008.尚存銀,陳志國(guó).我國(guó)城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào),2011,27(8),64-65.何關(guān)培.BIM總論[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.InternationalAllianceforInteroperability.IFC2xEdition3.清華大學(xué)BIM課題組.中國(guó)建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2011.李引擎.建筑防火性能化設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2005.JohannesA.W.Dimyadi.GeneratingFDSFireSimulationInputusingIFC-basedBuildingInformationModel[R].FireEngineeringResearchReport07/1.2007.SpearpointMJ,DimyadiJAW.Sharingfire