尹強(qiáng) 王立曉

作者簡(jiǎn)介：

尹強(qiáng)（1995- ），男，漢族，湖北咸寧人，碩士研究生，研究方向：應(yīng)急疏散。

摘要：建筑火災(zāi)威脅到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因此研究建筑火災(zāi)中人員快速有效安全疏散具有重要意義。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)因其具有可視性、協(xié)調(diào)性及可模擬性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑火災(zāi)疏散仿真領(lǐng)域。本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，以建筑火災(zāi)下人員應(yīng)急疏散為角度，從火災(zāi)仿真、疏散仿真兩個(gè)方面進(jìn)行綜述，歸納BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外火災(zāi)疏散仿真研究成果的基礎(chǔ)上，分析其不完善之處，為后續(xù)學(xué)者在關(guān)于BIM的建筑火災(zāi)疏散仿真領(lǐng)域的研究提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型；綜述；火災(zāi)仿真；疏散仿真；應(yīng)急疏散

引言

隨著城市化的日益發(fā)展，建筑火災(zāi)發(fā)生的頻率不斷上升，嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021年共接報(bào)火災(zāi)74.8萬(wàn)起，死亡1987人，受傷2225人，直接財(cái)產(chǎn)損失67.5億元[1]。因此，在建筑火災(zāi)發(fā)生時(shí)如何能夠及時(shí)有效疏散現(xiàn)場(chǎng)人員，減少生命財(cái)產(chǎn)的損失尤為重要[2]。計(jì)算機(jī)仿真可以進(jìn)行火災(zāi)仿真和疏散仿真，直觀地模擬火災(zāi)下人員疏散行為，有助于制定有效的疏散方案[3]，但以往研究仍存在建模過(guò)程復(fù)雜和建筑模型不夠精確等問(wèn)題，降低了仿真的效率。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，研究者逐漸將BIM應(yīng)用于火災(zāi)仿真和疏散仿真，利用BIM建立完整、精確的建筑模型等優(yōu)勢(shì)，解決以往火災(zāi)仿真和疏散仿真存在的問(wèn)題，提高了仿真的效率。BIM作為建筑信息模型，因其具有模擬性、可視化、可協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢(shì)[4]，被研究人員廣泛應(yīng)用于火災(zāi)仿真和疏散仿真。其模擬性特點(diǎn)可以為疏散救援提供模擬場(chǎng)景，使人們能在電腦上進(jìn)行消防疏散演習(xí)，既能給沒(méi)有參與過(guò)實(shí)際演習(xí)的人們帶來(lái)火災(zāi)場(chǎng)景的真實(shí)感受，也能降低消防演習(xí)的成本；可視化特點(diǎn)為救援疏散提供空間視覺(jué)體驗(yàn)；可協(xié)調(diào)性特點(diǎn)可以將實(shí)際建筑物整合成三維可視化模型，便于漫游體驗(yàn)，使消防救援人員可以直觀、迅速地掌握火災(zāi)建筑周邊情況及建筑內(nèi)部信息[5-6]。

一、BIM技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)仿真

20世紀(jì)70年代，美國(guó)火災(zāi)科學(xué)之父H.W Emmons教授將能量守恒、動(dòng)量守恒和質(zhì)量守恒原理與建筑火災(zāi)研究相結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)建筑火災(zāi)過(guò)程機(jī)制研究先河，并為火災(zāi)科學(xué)的理論研究奠定基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與崛起，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)開(kāi)始被引入火災(zāi)發(fā)生后的事故分析，并在第一屆國(guó)際火災(zāi)會(huì)議后確定其對(duì)于火災(zāi)人員疏散問(wèn)題研究的應(yīng)用價(jià)值，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)與火災(zāi)科學(xué)研究領(lǐng)域的結(jié)合開(kāi)始進(jìn)入全面發(fā)展階段[7]。最初學(xué)者僅僅利用火災(zāi)軟件對(duì)疏散者在火災(zāi)中疏散的效率進(jìn)行研究。張志魁[8]、齊珈[9]等學(xué)者利用火災(zāi)仿真軟件Pyrosim建立建筑模型，并模擬火災(zāi)發(fā)生過(guò)程煙氣蔓延情況，但是由于對(duì)建筑建模時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，無(wú)法全面反映建筑環(huán)境，且簡(jiǎn)化后建筑構(gòu)件細(xì)節(jié)的丟失會(huì)使模型不夠精確，因此準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提升。后續(xù)逐漸有學(xué)者將BIM技術(shù)與火災(zāi)仿真相結(jié)合，解決了由于火災(zāi)仿真軟件無(wú)法建立完整、精確的建筑信息模型的問(wèn)題，提升了火災(zāi)仿真的準(zhǔn)確性。鄧?yán)誓輀10]、NafisehLotfi[11]、吳夢(mèng)軒[12]、黃麗蒂[13]等學(xué)者利用BIM軟件建立建筑信息模型，導(dǎo)入火災(zāi)模擬軟件Pyrosim分析煙氣擴(kuò)散、溫度分布及能見(jiàn)度對(duì)人員疏散逃生的影響。研究發(fā)現(xiàn)，BIM結(jié)合火災(zāi)仿真軟件，既實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、詳細(xì)地建立建筑模型，又提高了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。但以上研究在BIM模型與火災(zāi)仿真軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸依靠的是DWG、DXF等中間文件，在傳輸和存儲(chǔ)的過(guò)程中重要信息會(huì)丟失，而構(gòu)件的材質(zhì)信息會(huì)對(duì)火災(zāi)的發(fā)展趨勢(shì)有重要影響，火災(zāi)發(fā)展的趨勢(shì)可能直接影響疏散者的疏散行為[14-16]，并直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和符合實(shí)際情況的程度[17]。后續(xù)有學(xué)者使用二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，優(yōu)化BIM與火災(zāi)仿真軟件之間的數(shù)據(jù)交流[18]，但火災(zāi)軟件仍需單獨(dú)創(chuàng)建網(wǎng)格、障礙物等繁瑣流程，且BIM平臺(tái)與火災(zāi)仿真軟件的交互還不夠便利[17]。

綜上可知，目前研究者大多數(shù)利用BIM具有完整的、精確的建筑信息模型這一優(yōu)勢(shì)與火災(zāi)仿真軟件結(jié)合，研究中仍存在BIM軟件與火災(zāi)仿真軟件數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用于疏散仿真

由于BIM可以建立完整、精確的建筑模型，研究人員將BIM與疏散仿真軟件、GIS和VR等結(jié)合進(jìn)行了研究，BIM不僅解決了疏散仿真軟件中疏散場(chǎng)景不夠真實(shí)的問(wèn)題，而且與GIS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外聯(lián)合疏散研究。通過(guò)與VR的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的疏散路徑規(guī)劃，并應(yīng)用于疏散演練，有利于對(duì)疏散行為的分析和對(duì)疏散效率的評(píng)估。

將BIM和疏散仿真軟件相結(jié)合，不僅可以減少疏散仿真軟件建立建筑模型的工作量，還能為疏散仿真提供更符合實(shí)際的疏散場(chǎng)景[6]。雖然比以往使用仿真軟件建立建筑模型工作量更小，建筑模型更精確[19]，但由于目前BIM與火災(zāi)仿真軟件的文件傳輸過(guò)程中存在數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，導(dǎo)致BIM的建筑信息不能得到充分利用。

肖木峰[20]、閻衛(wèi)東[21]、馬亞娜[22]、何欣[23]、張蒙[24]、Rania Wehbe[25]、Hui Zhang[26]等學(xué)者利用BIM建立建筑模型，進(jìn)行簡(jiǎn)化后導(dǎo)入疏散仿真軟件Pathfinder進(jìn)行疏散仿真研究，研究可知使用BIM建立建筑模型工作量更小，比仿真軟件建立的建筑模型更加符合實(shí)際。王婷[27]利用BIM建立建筑模型，簡(jiǎn)化后導(dǎo)入疏散仿真軟件Building Exodus中進(jìn)行人員安全疏散分析。Yuchun Tang[28]利用BIM的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，將BIM建筑模型導(dǎo)入到疏散仿真軟件Anylogic中進(jìn)行疏散仿真研究，研究結(jié)果有利于對(duì)疏散效率的評(píng)估，但在BIM建筑模型導(dǎo)入到疏散仿真軟件的過(guò)程中，還是會(huì)存在建筑材質(zhì)、門(mén)和樓梯構(gòu)件等丟失的情況，需要自己手動(dòng)建模來(lái)完成。

由以上研究可知，BIM可以使建立建筑模型的工作量減少，但如何充分利用BIM的建筑信息，保證BIM建立的建筑信息模型完整地導(dǎo)入疏散仿真軟件中而不丟失數(shù)據(jù)，仍值得進(jìn)一步研究，未來(lái)可以研究將疏散仿真軟件和火災(zāi)仿真軟件整合進(jìn)BIM平臺(tái)，形成基于BIM的火災(zāi)疏散仿真平臺(tái)。

結(jié)語(yǔ)

由于建筑火災(zāi)對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大威脅，建筑火災(zāi)疏散領(lǐng)域備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，BIM因其具有模擬性、可視化、可協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)，被研究者廣泛應(yīng)用于建筑火災(zāi)疏散仿真，也取得了大量的成果。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的綜述，得到的結(jié)論如下：

第一，BIM模型與火災(zāi)仿真軟件和疏散仿真軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸存在數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，影響仿真的精度，未來(lái)研究者可以將火災(zāi)仿真和疏散仿真與BIM集成，實(shí)現(xiàn)BIM與火災(zāi)疏散仿真一體化，形成基于BIM的火災(zāi)疏散仿真平臺(tái)。

第二，可以充分利用BIM和GIS的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化疏散仿真，大力增強(qiáng)BIM信息技術(shù)的應(yīng)用能力，但BIM和GIS的結(jié)合仍處于起步和探索階段，值得我們進(jìn)一步研究。

第三，現(xiàn)有基于BIM和VR的火災(zāi)疏散演練研究中，缺乏對(duì)火災(zāi)情境下疏散者心理的研究，未來(lái)研究可通過(guò)基于BIM與VR的沉浸式疏散演練，研究行人在疏散時(shí)的心理特征對(duì)疏散行為的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]應(yīng)急管理部消防救援局.2021年消防接處警創(chuàng)新高，撲救火災(zāi)74.5萬(wàn)起[EB/OL].（2022-01-20）［2022-9-17]. https：//www.119.gov.cn/article/46TiYamnnrs.

[2]王衛(wèi)華，吳淑嫻，程建.建筑物人員疏散方案的數(shù)學(xué)模型研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（11）：155-158+162.

[3]趙一丁.基于BIM的建筑火災(zāi)及疏散數(shù)值模擬方法研究[D].西南交通大學(xué)，2018.

[4]黃麗蒂，許欣欣，劉瑩，等.安全視角下的老齡化社區(qū)路網(wǎng)應(yīng)急疏散與路徑優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代城市研究，2022（08）：16-23.

[5]秦艷慧，胡孔知. BIM技術(shù)在建筑火災(zāi)中的應(yīng)用綜述[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022（01）： 58-65.

[6]王付宇，種法雯，陳夢(mèng)凱. 基于BIM技術(shù)的室內(nèi)火災(zāi)應(yīng)急疏散路徑優(yōu)化問(wèn)題研究綜述[J].南陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（06）： 6-14.

[7]李志勇.基于BIM的高層公共建筑火災(zāi)仿真與人員疏散規(guī)劃研究[D].天津理工大學(xué)，2021.

[8]張志魁.基于Pyrosim和Pathfinder的建筑火災(zāi)數(shù)值模擬和安全疏散研究[D].天津理工大學(xué)，2015.

[9]齊珈.基于PyroSim的火災(zāi)人員疏散模型研究[D].廣西大學(xué)，2018.

[10]鄧?yán)誓?基于BIM的火災(zāi)模擬與安全疏散研究[J].施工技術(shù)，2017（24）： 79-82.

[11]Lotfi N，Behnam B，Peyman F. A BIM-based Framework for Evacuation Assessment of High-rise Buildings Under Post-earthquake Fires[J]. Journal of Building Engineering（S2352-7102）， 2021， 43： 102559.

[12]吳夢(mèng)軒.基于BIM的高層建筑火災(zāi)安全預(yù)警模型及仿真研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2020.

[13]黃麗蒂.老年公寓火災(zāi)場(chǎng)景人群疏散模擬[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2020，30（03）：137-142.

[14]郝閔熙，王立曉，孫小慧.考慮參考點(diǎn)異質(zhì)性的出口選擇行為仿真研究[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2021，23（06）：32-39+45.

[15]王立曉，于江波，孫小慧.考慮心理異質(zhì)性的地鐵應(yīng)急疏散行為決策建模[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2021，31（10）：119-126.

[16]王立曉，蓋筱培，孫小慧.考慮決策規(guī)則異質(zhì)性的地鐵應(yīng)急疏散選擇行為研究[J].公路工程，2022，47（06）：180-187.

[17]張博.基于BIM的公共建筑火災(zāi)疏散仿真及設(shè)計(jì)優(yōu)化[D].大連理工大學(xué)，2021.

[18]呂希奎，白嬌嬌，陳瑤. 基于建筑信息模型與Pyrosim軟件的地鐵車站火災(zāi)模擬仿真方法[J].城市軌道交通研究，2019（06）： 147-151.

[19]邵志國(guó)，王昕鴻，于德湖.基于Revit和Pathfinder的地鐵車站安全疏散模擬研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，42（04）：143-148.

[20]肖木峰，周西華，白剛，等.基于Pathfinder的裝配式建筑施工安全應(yīng)急疏散研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2021，17（07）：124-129.

[21]閻衛(wèi)東. 基于Pathfinder的高校圖書(shū)館火災(zāi)疏散研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021（04）： 627-633.

[22]馬亞娜. 基于BIM技術(shù)的建筑火災(zāi)安全疏散仿真研究[D].蘭州理工大學(xué)，2021.

[23]何欣.基于Revit和Pathfinder的商場(chǎng)類建筑安全疏散研究[J].南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（06）： 14-20.

[24]張蒙. 基于BIM的高層建筑消防應(yīng)急疏散仿真研究[D].西安理工大學(xué)，2020.

[25]Wehbe R，Shahrour I. A BIM-Based Smart System for Fire Evacuation[J]. Future Internet（S1995-5903），2021，13.

[26]Zhang H，Long H. Simulation of Evacuation in Crowded Places Based on BIM and Pathfinder[J]. Journal of Physics（S1742-6596）. Conference Series，2021，1880（01）： 12010.

[27]王婷.基于BIM的火災(zāi)模擬與安全疏散分析[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2014（06）： 102-108.

[28]Tang Y，Xia N，Lu Y， et al. BIM-based Safety Design for Emergency Evacuation of Metro Stations[J]. Automation in Construction（S0926-5805），2021，123： 103511.