施工安全中的BIM 應(yīng)用:奧本大學(xué)項(xiàng)目案例分析

亞歷克斯·貝林格 薩爾曼·阿茲哈爾(著)王 娜(譯)

(1.奧本大學(xué)麥克沃特建筑科技學(xué)院，奧本，阿拉巴馬州，美國(guó) 36849;2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

【編者按】

近年來，BIM 技術(shù)(如3D 可視化和4D 施工模擬)在施工安全管理和規(guī)劃逐漸成為熱點(diǎn)。本文通過美國(guó)阿拉巴馬州奧本大學(xué)的麥克沃特建筑科學(xué)學(xué)院種子基金項(xiàng)目“應(yīng)用4D BIM 實(shí)現(xiàn)安全管理和規(guī)劃的集成”的一個(gè)研究案例展示和驗(yàn)證了BIM 技術(shù)在此方面的潛力。

1 前言

施工安全規(guī)劃的一個(gè)重要職責(zé)就是要發(fā)現(xiàn)所有可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，防患于未然。建筑信息模型(BIM)使施工利益相關(guān)者能夠可視化的評(píng)估施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，并能提供足夠的時(shí)間做出相應(yīng)的減災(zāi)規(guī)劃。

應(yīng)用BIM 技術(shù)可以將安全問題與施工規(guī)劃更緊密的聯(lián)系起來，從而改善勞動(dòng)安全。BIM 技術(shù)可以提供更加直觀的施工現(xiàn)場(chǎng)布局，也為管理和可視化最新施工規(guī)劃圖和施工現(xiàn)場(chǎng)信息提供了可行的方法。BIM 的使用還鼓勵(lì)了項(xiàng)目的其他參與者，如設(shè)計(jì)者、分包商和安全專家等積極地參與到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和規(guī)劃中來。

本文介紹了一個(gè)正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目:應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)美國(guó)阿拉巴馬州奧本大學(xué)(Auburn University)校內(nèi)的一個(gè)在建項(xiàng)目進(jìn)行施工安全規(guī)劃和管理。這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)康樂中心，應(yīng)用BIM模型和4D 模擬進(jìn)行以下安全規(guī)劃:1)起重機(jī)管理;2)墜落防護(hù);3)應(yīng)急預(yù)案。運(yùn)用4D 施工模擬、3D 漫步和3D 渲染透視圖來探測(cè)各種潛在風(fēng)險(xiǎn)，并與施工工人進(jìn)行安全管理規(guī)劃方面的溝通。

2 項(xiàng)目信息

所有者:美國(guó)阿拉巴馬州奧本大學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施部

項(xiàng)目經(jīng)理(施工團(tuán)隊(duì)):羅賓斯＆ 莫頓(Robins＆ Morton)

建筑師:360 建筑公司

造價(jià):5 000 萬美元

規(guī)模:24 萬平方英尺(譯者注:約合22 297m2)

交付系統(tǒng):CM 公司

開工時(shí)間:2011 年10 月

預(yù)計(jì)基本完工時(shí)間:2013 年5 月

圖1 本項(xiàng)目的3D 渲染效果圖

圖2 起重機(jī)管理規(guī)劃中的起重機(jī)工作區(qū)域和鋼桁架安裝情況

總部在密蘇里州堪薩斯城的360 建筑公司開發(fā)了這個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)BIM 模型，主要用于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之間的溝通與可視化。研究小組獲得了這個(gè)模型并添加了一些漏掉的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和臨時(shí)的安全特性。圖1 是用于市場(chǎng)營(yíng)銷的項(xiàng)目渲染效果圖。

以下幾個(gè)部分介紹了基于這個(gè)BIM 基礎(chǔ)模型做出的項(xiàng)目安全規(guī)劃。

3 起重機(jī)安全管理規(guī)劃

起重機(jī)安全管理規(guī)劃的目標(biāo)是:1)確定起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑，保證輸電線和周圍建筑結(jié)構(gòu)的安全距離;2)確定什么團(tuán)隊(duì)在什么時(shí)間會(huì)使用起重機(jī)。本項(xiàng)目使用兩架格構(gòu)式臂架履帶起重機(jī)吊起和放置建筑構(gòu)件。項(xiàng)目北邊使用的是110t Link -Belt HYLAB 起重機(jī)，南邊使用的是250t Manitowoc Model 999 起重機(jī)。圖2 展示了起重機(jī)管理規(guī)劃中的鋼桁架布置情況。

如圖2 所示，彩色部分(黃色、橙色和藍(lán)色)表示起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑及其影響區(qū)域。黃色部分標(biāo)示了特定一天中任何時(shí)刻起重機(jī)轉(zhuǎn)臂有可能達(dá)到的范圍。根據(jù)項(xiàng)目總規(guī)劃，每周會(huì)對(duì)起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)進(jìn)行的非鋼安裝作出碰撞檢測(cè)報(bào)告。在項(xiàng)目定期的安全會(huì)議上，這些報(bào)告可以用來減少起重機(jī)與施工工人之間可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。另外，4D 施工模擬可以用在施工工作安全規(guī)劃中。

4 墜落防護(hù)規(guī)劃

墜落防護(hù)規(guī)劃是根據(jù)《職業(yè)安全與健康法案》(OSHA)第M 章:《墜落防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》(Subpart M:Fall protection standards)來進(jìn)行的。建立了兩種墜落防護(hù)圍欄模型:與混凝土板連接的二層(混凝土結(jié)構(gòu))安裝2x4 木質(zhì)圍欄，三層及更高層(鋼結(jié)構(gòu))安裝3/8＇航空用鋼索圍欄。根據(jù)《職業(yè)安全與健康法案》要求，高架板上的洞用膠合板覆蓋并用警示膠帶綁好。

圖3 用做墜落防護(hù)的圍欄系統(tǒng)模型

圖4 應(yīng)急預(yù)案的屏幕截圖:A)交通流方向;B)救護(hù)車達(dá)到路線

對(duì)墜落防護(hù)圍欄構(gòu)件進(jìn)行建模以后，把圍欄放到結(jié)構(gòu)BIM 模型中。在這個(gè)過程中，研究者可以通過3D 視圖發(fā)現(xiàn)2D 規(guī)劃圖中不易被發(fā)現(xiàn)的各種墜落風(fēng)險(xiǎn)，包括還沒有建好的樓梯井和天窗，墜落防護(hù)圍欄就被布置在這些地方。建模的圍欄按照區(qū)域和樓層分隔開來，生成的圍欄部分就被輸入到Synchro 來進(jìn)行4D 模擬。4D 施工模擬向承包商提供了完整的細(xì)節(jié)信息，包括圍欄將在什么位置、什么時(shí)間被安裝或者拆除。圖3 展示了BIM 模型中的一組典型的圍欄及其安裝位置。

5 應(yīng)急預(yù)案

基于BIM 模型的應(yīng)急預(yù)案包含五個(gè)部分:施工團(tuán)隊(duì)入口/出口，施工設(shè)備和運(yùn)輸路線，臨時(shí)設(shè)施和工件尾部地點(diǎn)，應(yīng)急交通路線，向工人提供惡劣天氣預(yù)警及工地指導(dǎo)。BIM 模型生成3D 漫步動(dòng)畫和透視圖，并可與工人實(shí)時(shí)溝通應(yīng)急預(yù)案。圖4 展示了部分應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)論

本研究的有效性正在通過項(xiàng)目?jī)?nèi)部和外部雙重驗(yàn)證。項(xiàng)目組最近完成了驗(yàn)證過程的第一階段，向一個(gè)BIM 專家核心組展示了BIM 模型及其集成的安全因素和4D 施工模擬。咨詢成員描述了以下三個(gè)主要的明顯優(yōu)勢(shì):1)加強(qiáng)了施工團(tuán)隊(duì)之間對(duì)安全規(guī)劃的溝通;2)改善了《職業(yè)安全與健康法案》和所有者之間對(duì)安全規(guī)劃的溝通;3)在施工前就充分考慮了施工安全管理中的物流細(xì)節(jié)。

在接下來的幾個(gè)月，項(xiàng)目組將在定期的安全會(huì)議上展示BIM 模型和模擬并充分地評(píng)估他們的有效性。

作者希望感謝本項(xiàng)目工程師羅賓斯＆ 莫頓集團(tuán)的保羅·霍恩(Paul Horne)提供了基礎(chǔ)BIM模型和安全規(guī)劃。同時(shí)也感謝M.J.哈里斯建筑公司(M.J.Harris Construction)(阿拉巴馬州伯明翰市)的保羅·赫芝帕斯(Paul Hedgepath)在整個(gè)項(xiàng)目周期不斷地提供反饋信息。本研究由建筑學(xué)院，設(shè)計(jì)和施工種子基金(College of Architecture，Design and Construction Seed Grant)以及建筑科學(xué)施工業(yè)基金(Building Science Construction Industry Fund)資助。