CN112991097A - 一种面向建筑工程火灾应急管理的bim应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，用于基于BIM的建筑运维过程测控等应用软件平台的构建等，旨在提高建筑工程在应对火灾时的快速反应能力，该模型融合了火灾应急管理所涉及的要素实体、关系、应用及知识等信息。对基于IFC的BIM框架进行了扩展，在传统BIM框架内部定义了面向建筑工程火灾应急管理的新实体，这些新实体通过相关连接机制与BIM框架内其他建筑对象进行关联，组成面向建筑工程火灾应急管理的应用方法，使建筑工程具有快速救援灭火的能力。本发明中各个实体所采用的动态相互交互机制能够满足建筑工程火灾应急管理的需求。

Description

一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法

技术领域

本发明涉及一种BIM模型的扩展，尤其涉及一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM模型的扩展。

背景技术

火灾应急管理是建筑工程运维管理的重要内容，特别是在建筑工程中相对封闭的地下工程建筑中，提高火灾应急管理的快速反应能力显得非常必要。近年来，基于BIM的工程运维平台在建筑工程中逐步得到应用，通过BIM运维平台实现火灾应急管理，能够动态可视地管控火灾探测、告警、处理和疏散等全应急过程，对于提高工程火灾情况下快速反应能力具有重要作用。

国际协同工作联盟(International Alliance forInteroperability，IAI)于1997年发布了适合建筑领域产品数据交换的国际工业标准(IFC，IndustryFoundationClasses)，该标准为实现全生命周期的信息交换与共享提供了一个标准的数据模型，自发布起已逐渐发展成为BIM最为广泛的数据标准。

国内外众多学者针对IFC标准的扩展做了详细的研究，但IFC标准内容繁多且复杂，完全把握并非易事。为了在建筑工程火灾应急管理中应用IFC标准，必须要满足如下要求：

首先，要满足基于BIM的建筑工程火灾应急管理模型中的需求。相比传统的建筑工程火灾应急管理，基于BIM的建筑工程火灾应急管理更加智能化，因此，除了需要加入建筑结构信息之外，还需要对建筑设备信息及工程保障人员行动进行联动，以便在火灾发生时快速应对突发状况，降低事故损失。

其次，所扩展的建筑工程火灾应急管理模型要满足IFC标准的表达格式。尽管IFC标准在不断发展完善，但IFC标准框架仍不能覆盖建筑工程火灾应急管理模型中所包含的全部对象，因此，在IFC的标准框架下扩展消防控制器、消防执行器、工程保障人员及相关设备设施等相关要素实体，从而使得BIM能够对建筑工程火灾应急管理过程进行有效描述，提高建筑、设备及人员之间的联动能力。

最后，满足IFC标准对建筑工程火灾应急管理模型的构建。为使得计算机语言能够描述所扩展的IFC标准，要对所扩展的建筑工程火灾应急管理模型进行定义与构建。

然而，现有BIM模型缺乏对火灾应急管理要素和流程的完整描述，使得BIM运维平台中BIM模型与火灾应急管理模型仍是相互独立的，导致其在火灾应急过程自动化、全流程处理和管理功能方面仍存在不足，缺乏对工程结构、设备及人员之间协作能力的有效支撑。因此，迫切需要在现有BIM框架基础上增加和扩展火灾应急处理管理功能。

发明内容

基于背景技术存在的技术难点和不足之处，本发明的目的在于提供一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，主要用于提高建筑工程建筑中的火灾应急管理的快速反应能力。

一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，由面向建筑工程火灾应急管理的实体、面向建筑工程火灾应急管理的应用方法及面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制组成；

优选的，所述面向建筑工程火灾应急管理的实体，将参与火灾应急管理模型中的实体分为建筑实体、设备实体及人员实体，其中扩展设备实体有：消防感知器实体、消防控制器实体、消防执行器实体、消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体、消防应急广播，人员实体有：工程保障人员实体、现场应急保障员实体、工程保障指挥员实体；

优选的，所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法是将扩展后的IFC标准框架中所参与建筑工程应急管理模型中的建筑实体、设备实体及人员实体通过相关连接机制与BIM框架内其他建筑对象进行关联组成新的灭火救援方法；

优选的，所述面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制则是火灾发生时，所参与的建筑、设备及人员实体为完成火灾应急管理的相互交互机制。

优选的，所述消防感知器实体实时获取建筑物运行状态；

优选的，所述消防控制器实体基于所述消防感知器实体进行处理数据信息并基于动静态信息进行自主决策,通过所述消防执行器实体控制信息的输出；

优选的，所述消防执行器实体基于所述消设备实体实现设备的调控，同时向所述消防控制器实体反馈执行结果；

优选的，所述消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体以及消防应急广播实体基于所述消防执行器实体实现设备自动化。

优选的，所述工程保障人员实体包括现场应急保障员实体、工程保障指挥员实体，且基于所述消防控制器实体的决策与现场实况进行决策、救援人员的调配以及现场灭火救援行动。

优选的，所述工程保障指挥员实体基于所述消防控制器实体的决策与现场实时情况进行救援计划的规划，并实现指令的下达和现场反馈的接收。

优选的，所述现场应急保障员实体基于所述工程保障指挥员实体的决策进行现场灭火救援，并向其反映现场实时状态。

优选的，所述消防感知器实体、消防控制器实体、消防执行器实体、消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体、消防应急广播、工程保障人员实体、现场应急保障员实体及工程保障指挥员实体均采用Express语言定义和描述。

优选的，在面向建筑工程火灾应急管理模型中可定义一个面向建筑工程火灾应急管理的应用方法和多个面向建筑工程火灾应急管理的新实体，所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法和所述面向建筑工程火灾应急管理的新实体之间是一对多关系，即多个面向建筑工程火灾应急管理的新实体可以组成一个面向建筑工程火灾应急管理的应用方法。

优选的，所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法，涵盖了火灾应急管理模型中的所有实体，将参与火灾应急管理模型中的建筑实体、设备实体及人员实体组合封装起来。

优选的，所述面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制基于所述应用方法完成实体之间的动态相互交互机制，且基于UML类图及时序图来描述模型中所包含的实体以及它们之间的相互关系，刻画实体之间的动态行为。

本发明具有的有益效果在于：

本发明提出的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM扩展及应用方法用于解决建筑工程在火灾应急过程自动化、全流程处理和管理功能方面仍存在不足，缺乏对工程结构、设备及人员之间协作能力的有效支撑等问题。

本发明提出一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM扩展及应用方法，并总结了建筑结构信息、建筑设备信息以及工程保障人员三方面的需求，降低了IFC标准对模型表达难度；所扩展的面向建筑工程火灾应急管理的新实体符合IFC标准框架，降低了所提出模型实现的难度；所组成的面向建筑工程火灾应急管理的应用方法满足建筑工程火灾应急管理的需要，面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制则最大化了人员的分配及建筑设备的调控；相比传统的建筑工程火灾应急管理，基于BIM的建筑工程火灾应急管理更加智能化。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为基于BIM的火灾应急管理的BIM及应用方法；

图2为新建IFC实体与火灾应急管理对象的对应表达；

图3为新建应急管理对象在IFC主体框架中的继承位置；

图4为在原有IFC模型体系上定义新的实体类型；

图5为基于EXPRESS语言的两种实体定义及在IFC框架中的位置；

图6为基于BIM的火灾应急管理模型对象协作关系的UML类图；

图7为基于BIM的火灾应急管理模型感知、控制及人员对象协作交互UML图；

图8为基于BIM的火灾应急管理模型设备对象协作交互UML图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

如图1所示为基于BIM的火灾应急管理的BIM及应用方法，其中扩展的框架由建筑实体、设备实体及人员实体组成；

其中Parallel 1:建筑实体用于传递建筑的详细信息，分别于消防感知器实体、消防控制器实体及工程保障人员实体相连接，提供建筑的基本信息,同时监控设备实体用于传递现场实况，分别与消防控制器实体与人员实体相连接以传递现场实况，供其做出决策。

Parallel 2：消防感知器实体与建筑实体相连接用于实时感知建筑实体运行信息，同时与消防控制器实体相连接，向其传递建筑状态信息；

Parallel 3：消防控制器实体同时接收消防感知器实体、监控设备实体以及建筑实体传递的建筑状态信息、现场实况信息及建筑物的详细信息实现自主推理决策功能，并将决策结果传输至与之连接的消防执行器实体及工程保障人员实体。

Parallel 4：消防执行器实体用于实现控制信息的输出，其通过与消防控制器实体相连接，接收消防控制器实体的决策推理结果，并调控设备，同时工程保障指挥员实体同时接收消防控制器实体、监控设备实体以及建筑实体传递的自主决策信息、现场实况信息及建筑物的详细信息进行决策，并规划救援灭火方案，并与通信设备实体相连接，实现与方案的传递。

Parallel 5：电源开关实体接收执行器的指令调控照明设备、空调终端及电梯实体，进行火灾区域局部断电，同时通信设备实体与现场应急保障员实体相连接，确保其接收救援灭火方案。

Parallel 6：消防执行器通过与消防控制器相连接，实现设备调控反馈，同时现场应急保障员实体与通信设备实体相连接，实现现场实况的反馈。

Parallel 7：通信设备实体与工程保障指挥员实体相连接，确保其接收场实况的反馈。

如图2所示为新建IFC实体与火灾应急管理对象的对应表达。共新建实体10个，其中建筑设备实体7个，有：消防控制器实体IfcFireController、消防泵实体IfcFirePump、消防执行器IfcFireActuator、防火门实体IfcFireDoor、消防报警设备实体IfcFireAlarm、消防应急广播设备实体IfcFireBroadcast、消防感知器实体IfcFireSensor；人员实体3个，有：工程保障人员IfcEngineeringSupportStaff、现场应急保障员IfcEmergencySupportOfficer、工程保障指挥员IfcEngineeringSupportCommander。

如图3所示为新建应急管理对象在IFC主体框架中的继承位置。文中扩展的建筑工程火灾应急管理对象实体可分别以IFC主体框架中的分布式控制元素对象IfcDistributionControlElement以及对象IfcObject为基类进行构建。

如图4所示为在原有IFC模型体系上定义新的实体类型。工程保障人员对象IfcEngineeringSupportStaff实体派生自IFC标准中参与工程角色对象IfcActor实体，表示火灾应急行动中参与应急管理的全部人员。该实体除了继承Name,Address,Telecommunicationaddresses以及Roles等属性之外，还应该包括：工作方式WorkMethod、职位等级Status、人员状态State、人员类别category等属性。对象化关系IfcRelAssignsToActor处理对象(IfcObject的子类型)到工程保障人员对象IfcEngineeringSupportStaff实体的分配，其定义IfcEngineeringSupportStaff与一个或多个对象之间的关系。工程保障人员对象IfcEngineeringSupportStaff实体在这种关系中扮演的特定角色可以关联起来，如果指定，则可以直接优先分配给个人或组织的角色。

如图5所示为基于EXPRESS语言的两种实体定义及在IFC框架中的位置。在实体参与工程角色对象IfcActor实体的下方添加了IfcEngineeringSupportCom-mander、IfcEmergencySupportOfficer两种新的实体，我们在定义这些实体时，事先提供一些预定义、用于特定场合(PredefinedType)的工程保障人员对象(如现场应急救援员)，分别采用IfcEngineeringSupportCommanderTypedNum、IfcEm-ergencySupportOfficerTypedNum表达。

实施例2

如图6所示为基于BIM的火灾应急管理模型对象协作关系的UML类图。消防感知器对象IfcFireSensor通过与建筑及设备元素对象IfcElement相连接获取建筑物实时的运行状态；消防控制器对象IfcfireController通过与消防感知器对象IfcFireSensor、监控设备对象IfcAudioVisualAppliance、建筑及设备元素对象IfcElement相连接处理数据信息并基于动静态信息进行自主决策，通过与消防执行器对象IfcFireActuator相连接控制信息的输出；消防执行器对象IfcFireAct-uator通过与设备对象相连接实现设备的调控，同时向消防控制器对象IfcfireCo-ntroller反馈执行结果；工程保障指挥员对象IfcEngineeringSupportOfficer通过与消防控制器对象IfcfireController相连接接收自主决策方案，与监控设备对象If-cAudioVisualAppliance、建筑及设备元素对象IfcElement相连接接收建筑物及设备的动静态信息并规划救援方案，通过与通信设备对象IfcCommunicationsAppl-iance相连接实现与现场应急保障员IfcEmergencySupportOfficer传递灭火救援计划、反馈行动结果及现场实况的目的。

如图7所示为基于BIM的火灾应急管理模型感知、控制及人员对象协作交互UML图。消防控制器对象IfcFireController同时接收监控设备对象IfcAudioVisualAppliance、消防感知器对象IfcFireSensor、建筑及设备元素对象IfcElement传递的建筑物实时动静态信息及建筑、设备的详细信息，进行自主决策，并发送指令给消防执行器对象IfcFireActuator来控制设备，其将控制结果反馈给消防控制器对象IfcfireController；同时，工程保障指挥员对象IfcEngineeringSupportCommander参考消防控制器对象IfcfireController的决策结果、监控设备对象IfcAudioVisualAppliance和建筑及设备元素对象IfcElement传递的动静态信息进行救援计划的规划，并通过通信设备对象IfcCommunicationsAppliance实现指令的下达和现场反馈的接收。

如图8所示为基于BIM的火灾应急管理模型设备对象协作交互UML图。消防执行器对象IfcFireActuator根据消防控制器对象IfcfireController的指令调整控制设备，之后电源开关对象IfcSwitchingDevice断开火灾区域的照明设备对象IfcLamp、空调终端IfcAirTerminal以及电梯对象IfcTransportElement中非消防电梯的电源。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于，包括面向建筑工程火灾应急管理的实体、面向建筑工程火灾应急管理的应用方法及面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制组成；

所述面向建筑工程火灾应急管理的实体，将参与火灾应急管理模型中的实体分为建筑实体、设备实体及人员实体，设备实体有：消防感知器实体、消防控制器实体、消防执行器实体、消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体、消防应急广播，人员实体有：工程保障人员实体、现场应急保障员实体、工程保障指挥员实体；

所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法是将扩展后的IFC标准框架中所参与建筑工程应急管理模型中的建筑实体、设备实体及人员实体通过相关连接机制与BIM框架内其他建筑对象进行关联组成火灾应急管理新的灭火救援方法；面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制则是火灾发生时，所参与的建筑、设备及人员实体为完成火灾应急管理的相互交互机制。

2.根据权利要求1所述的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于：

所述消防感知器实体实时获取建筑物运行状态；

所述消防控制器实体基于所述消防感知器实体进行处理数据信息并基于动静态信息进行自主决策,通过所述消防执行器实体控制信息的输出；

所述消防执行器实体基于所述消防设备实体实现设备的调控，同时向所述消防控制器实体反馈执行结果；

所述消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体以及消防应急广播实体基于所述消防执行器实体实现设备自动化；

所述工程保障人员实体包括现场应急保障员实体、工程保障指挥员实体，且基于所述消防控制器实体的决策与现场实况进行决策、救援人员的调配以及现场灭火救援行动；

所述现场应急保障员实体基于所述工程保障指挥员实体的决策进行现场灭火救援，并向其反映现场实时状态；

所述工程保障指挥员实体基于所述消防控制器实体的决策与现场实施情况进行救援计划的规划，并实现指令的下达和现场反馈的接收。

3.根据权利要求1所述的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于：

所述消防感知器实体、消防控制器实体、消防执行器实体、消防泵实体、防火门实体、消防报警设备实体、消防应急广播、工程保障人员实体、现场应急保障员实体及工程保障指挥员实体均采用Express语言定义和描述。

4.根据权利要求1所述的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于：

所述参与建筑工程应急管理模型定义一个面向建筑工程火灾应急管理的应用方法和多个面向建筑工程火灾应急管理的新实体，所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法和所述面向建筑工程火灾应急管理的新实体之间是一对多关系，即多个面向建筑工程火灾应急管理的新实体组成一个面向建筑工程火灾应急管理的应用方法。

5.根据权利要求1所述的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于：

所述面向建筑工程火灾应急管理的应用方法，涵盖了火灾应急管理模型中的所有实体，将参与火灾应急管理模型中的建筑实体、设备实体及人员实体组合封装起来。

6.根据权利要求1所述的一种面向建筑工程火灾应急管理的BIM应用方法，其特征在于：

所述面向建筑工程火灾应急管理的动态运行机制基于所述应用方法完成实体之间的动态相互交互机制，且基于UML类图及时序图来描述模型中所包含的实体以及它们之间的相互关系，刻画实体之间的动态行为。

Images