本文是一篇建筑工程管理论文，本文以 BIM 技术为平台，从施工现场信息化管理、火灾模拟与人员疏散模拟三方面出发，以某新媒体产业园项目为研究对象开展实证分析和数值模拟。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
自改革开放以来，国内越来越多的造型独特、工艺复杂的建筑涌现出来。根据中国统计年鉴相关数据知：自 2015-2018 年内，国内建筑业总产值逐年递增，2017 年建筑业总产值为 213943 亿元，相比于 2016 年增长 20377 亿元；2018 年建筑业总产值为 235085 亿元，相比于 2017 年增长 21142 亿元。国内建筑业总产值逐年递增，如图 1-1 所示。
图 1-1 2015-2018 年国内建筑业总产值
与此同时，国内建筑施工现场火灾事故也越来越多。2019 年，建筑施工现场因众多因素导致的火灾事故 2926 起，同比上升 5.8%。不同于一般建筑火灾，在建工程往往面临着严格的工期要求，施工现场临时消防设施不完善、施工人员火灾防范意识不足等，同时在建工程的现场通常分布着大量易燃、易爆的材料，导致施工现场容易发生火灾，并且火势蔓延速度非常快，极易造成重大人员伤亡和财产损失。我国近年来发生的施工现场火灾事故如图 1-2 所示：
2009 年 2 月 9 日，北京市中央电视台在建的附属文化中心工地发生火灾。火灾造成了重大人员伤亡，共有 7 名群众受伤和 1 名消防员牺牲，并花费了 6 个多小时才最终把大火扑灭。这起火灾事故除了造成巨大的经济损失外，同时也在社会各界中产生了不良的影响。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
Liska、Goodloe[3]等人提出了“零事故理论”，该理论在施工前出发来保证施工现场的安全性。Hammad、Akbarnezhad 等人[4]提出在进行场地布置时应考虑对社会和环境的影响。Zhou R、Zhao H 等人[5]构想出在生产厂房进行施工现场布置时，通过建立三维模型并通过对模型分析来找出布置时存在的问题，进一步对厂房实际布局规划进行优化。Zolfagharian S[6]提出合理的施工现场布局规划有利于提高生产率和安全性。Mohamed[7]重点考虑临时设施和材料使用区域之间的安全距离，继而优化了施工现场的布置。H Lei[8]为了解决施工现场消防安全管理存在的诸多问题，建立火灾风险评估指标体系对其进行改进。SHI Li-na[9]针对高层建筑施工场地存在的消防安全管理问题，提出了一系列有用的措施。
除了从施工现场方面考虑消防安全管理外，相关火灾模拟与人员疏散模拟渐渐运用在其中，并借助 BIM 技术快速、高效地实现这一手段。Gwynne、Galea 等人[18]把含有文本、图片以及声音等的数字化信息运用在地铁车站火灾人员疏散中，火灾发生时人员根据上述信息能够合理选择疏散通道。Uwe Ruppel、KristianSchatz[19]使用 BIM 模型进行火灾模拟和人员疏散模拟，利用这种方法建立起现实场景。卡蒂夫大学 Bin Wang 等[20]介绍了一种基于 BIM 的虚拟环境，并将其应用于疏散模拟研究中。Wang SX、Wainer G[21]将 BIM 模型与 Cell-DEVS 疏散算法结合，研究了人群疏散行为。Li N[22]等通过 BIM 技术构建出基于序列定位的 EASBL算法，能够在消防应急行动中第一时间找到被困人员。Wan J 和 Sui J[23]在疏散模型中一方面考虑了人与人之间的相互作用后，同时将气体扩散模型加入其中。ZengSheng[24]等通过计算机模拟研究了建筑物内疏散楼梯宽度对疏散人员安全撤离到室外所需安全时间的影响。
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第 2 章 基于 BIM 的施工现场消防安全管理实现及应用点
2.1 施工现场消防安全管理论述
2.1.1 施工现场消防安全问题
施工现场分布着各种各样的火灾危险源，简单来说有第一类危险源、第二类危险源。第一类火灾危险源通常指施工现场存在的具有大量能量的物体，对这类物体区域进行划分可分为生产区、生活区、办公区与施工区等。第二类火灾危险源是一种不安全因素，它使得约束和限制第一类火灾危险源的措施失效或者被破坏。第二类火灾危险源由三大部分构成，分别为人的不安全行为、物的不安全状态和物的不安全环境。
此外，不合理的施工现场消防安全管理是前两类火灾危险源的深层次原因，施工现场消防安全管理上的失误一方面导致不能提前预防火灾的发生，另一方面也会造成火灾发生时不能够在有效时间内将火扑灭，并及时将人员疏散到室外。为了提高施工现场消防安全管理的水平，必须要清楚其中存在的问题。总结以往施工现场火灾教训和防范经验，施工现场消防安全存在的问题主要有：
（1）临时建筑密集、耐火等级低
施工现场因场地狭窄，往往生活区、办公区、仓库等间隔距离较近，并且这些临时建筑结构简易，耐火等级低，一旦发生火灾，很有可能造成火烧连营的情况。
（2）施工现场易燃材料多
建筑物施工过程中会用到各种易燃材料，比如:木模板、油漆、油毡等，焊接火花或者工人丢弃的烟头都有可能引燃易燃材料。尤其在装饰装修施工期间，施工现场分布着大量装饰装修材料，若消防措施没有做好，极易引起火灾事故。
（3）消防安全责任落实不到位
建筑施工现场是一个动态的工作环境，各工序交叉施工，增加了施工现场消防安全管理的难度，往往造成消防安全管理工作混乱，人员职责划分不明晰等问题。如在施工现场未成立相关消防领导小组、未在严禁明火处张贴标识、无应急预案等。
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2.2 BIM 在施工现场消防安全管理中的优势
BIM 作为一种建筑信息化模型，它把建筑工程项目全生命周期内的信息都集中在一个模型中。BIM 模型基于 IFC 数据标准，任何一方都可以从中提取、处理与分析。作为完备的建筑信息模型，BIM 具有五大优点，从本论文建筑施工现场消防安全管理研究角度出发，以下主要从可视化、模拟性与优化性进行详细讨论。
（1）可视化
传统施工现场消防安全管理主要依托纸质图纸，这种方式存在信息传递效率低，展示效果差的缺点。BIM 技术的出现为建筑的可视化提供了一个更加真实、准确的平台。通过 BIM 技术可以将传统二维图纸包含的信息变成三维信息，三维信息中包含了建筑项目的几何、非几何和功能等完整信息。项目负责人和管理者可在项目施工前就能够通过施工现场三维模型提前观察施工现场分布状况并及时发现施工过程中潜在的火灾危险源，从而及时发现问题进行整改。
（2）模拟性
火灾情况下，施工现场进行人员疏散通常按照事前编制的应急预案进行。这种方式大多是照抄模板，现场管理者按照表格文字进行指导[41]，此外这种应急预案中往往并未考虑火灾发生时的烟气蔓延特点。利用 BIM 技术的模拟性，开展火灾模拟和人员疏散模拟，然后根据模拟结果制定人员疏散方案，以确保现场施工人员逃生和紧急救援路径的合理性，并且借助模型进行模拟，避免了真实实验的繁琐性，同时也节约大量人力、物力。对于施工现场人员消防演练和应急疏散，可以依据软件可视化模拟结果进行人员安全教育。
（3）优化性
在建筑工程设计、施工及运营阶段都在不断地优化，虽然 BIM 技术与优化过程没有必然的联系，不过通过 BIM 技术可以更加便捷、全面地进行。在建筑施工现场消防安全管理中，一方面可以利用三维场布模型优化完善场地布置，另一方面进行火灾人员疏散模拟优化人员疏散应急预案。
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第 3 章 基于 BIM 的施工现场不同区域火灾模拟.............................20
3.1 火灾数值模拟理论基础................................ 20
3.1.1 火灾燃烧条件................................... 20
3.1.2 火灾发展过程................................ 21
第 4 章 基于 BIM 的火灾影响下施工人员疏散模拟..............................39
4.1 人员安全疏散的目的与判定标准.................................... 39
4.1.1 人员安全疏散的目的........................................... 39
4.1.2 人员安全疏散的判定标准............................... 39
结论与展望.................................. 61
结论..................................... 61
展望........................................... 62
第 4 章 基于 BIM 的火灾影响下施工人员疏散模拟
4.1 人员安全疏散的目的与判定标准
4.1.1 人员安全疏散的目的
人员安全疏散的最根本目的为判定建筑火灾发生时，人员是否能够在火灾危险状态来临前及时撤离到安全位置。通常经过火灾模拟得出人员可用安全时间TASET，然后利用 Pathfinder 软件得出人员所需安全时间 TRSET，最后将两者时间对比分析，继而判定建筑火灾发生时人员是否可以及时撤离到室外。
4.1.2 人员安全疏散的判定标准
人员安全疏散判定标准：人员可用安全时间 TASET 必须大于人员所需安全时间TRSET[56]，即人员在火灾发生时能够及时撤离到安全位置于危险
