BIM技術(shù)在超高層項(xiàng)目施工安全管理中的應(yīng)用研究

潘 杰（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

0 引 言

當(dāng)前，建筑行業(yè)依然是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為我國經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)提供了重要保障。在建筑結(jié)構(gòu)的三個(gè)生命周期（施工階段、使用階段、老化階段）中[1]，施工階段一直是安全事故多發(fā)階段。隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，施工階段安全事故頻繁發(fā)生，建筑施工安全管理已逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理工作面以正在施工及已施工區(qū)域?yàn)橹?，即以傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)型”的事后管理為主。這一方面難以準(zhǔn)確了解即將要施工的結(jié)構(gòu)形式，另一方面也難以有效對(duì)施工過程的危險(xiǎn)源實(shí)施較為全面的預(yù)控，同時(shí)也是建筑施工安全事故居高不下的主要原因。造成當(dāng)前困局的根本原因是建筑業(yè)割裂的行業(yè)結(jié)構(gòu)和信息流失嚴(yán)重[2]。因此，連接各階段建筑結(jié)構(gòu)信息的流動(dòng)并進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理是一個(gè)值得思考的課題。

BIM 是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的三維建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的各項(xiàng)真實(shí)信息，并將此三維模型作為項(xiàng)目協(xié)同的公共管理平臺(tái)。近幾年，BIM 技術(shù)在我國建筑業(yè)中得到的快速發(fā)展、推廣和應(yīng)用，有利于完善建筑領(lǐng)域的經(jīng)營管理模式，并推動(dòng)建筑業(yè)的技術(shù)革新。BIM 在建筑協(xié)同設(shè)計(jì)、施工管理、造價(jià)管理、運(yùn)營管理等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的實(shí)施和應(yīng)用。BIM 的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)在于：可以盡早發(fā)現(xiàn)并幫助項(xiàng)目管理人員，解決施工過程中可能會(huì)碰到的技術(shù)問題以及不同專業(yè)工作的協(xié)同問題。在對(duì)高層建筑施工危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別的基礎(chǔ)上，通過基于 BIM 的動(dòng)態(tài)施工模擬、安全檢查、安全教育培訓(xùn)和施工安全計(jì)劃的優(yōu)化等，實(shí)現(xiàn)了 BIM技術(shù)和高層建筑施工安全管理研究的融合，建立了基于BIM 的高層建筑施工安全管理模型。

1 工程介紹

青島某建設(shè)工程用地面積約 3.3 萬 m2，總建筑面積約49 萬 m2，整個(gè)項(xiàng)目由 3 棟高層塔樓、2 棟裙房及 1 個(gè)地下室組成。塔樓的高度分別為：塔樓 1 （簡(jiǎn)稱“T1”） 210 m ，共 39 層；塔樓 2 （簡(jiǎn)稱“T2”） 369 m，共 73 層；塔樓 3 （簡(jiǎn)稱“T3”） 245 m，共 55 層。T1 包括 1 個(gè)五星酒店和 1 個(gè)企業(yè)品牌中心，建筑面積約 8.9 萬 m2；T2包括 1 個(gè)超五星酒店、辦公及頂層的觀光層，建筑面積約16.7 萬 m2；T3 為酒店式公寓，建筑面積約 6.4 萬 m2。裙房分東西 2 個(gè)裙房，總建筑面積約 1.9 萬 m2，西側(cè)裙房包括五星酒店大堂及酒店配套設(shè)施，東側(cè)裙房為商業(yè)用房。地下室為配套的停車庫、貨運(yùn)機(jī)、機(jī)房、各功能的后勤辦公等，總建筑面積為 15.1 萬 m2。該工程是集商業(yè)、辦公、酒店、娛樂休閑、觀光等為一體的多功能建筑。

本工程體量大、場(chǎng)地狹小、建筑業(yè)態(tài)多、結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，施工時(shí)多專業(yè)立體交叉配合，各種安全風(fēng)險(xiǎn)因素較多，因此傳統(tǒng)的安全管理方式并不能很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理的需求。

2 BIM技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用

BIM 模型可視化、動(dòng)態(tài)化、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地為本項(xiàng)目施工安全管理提供可靠的支撐。

2.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)

施工項(xiàng)目的危險(xiǎn)源辨識(shí)是否全面，決定了現(xiàn)場(chǎng)事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。傳統(tǒng)依靠管理人員依據(jù)施工圖紙及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)確定危險(xiǎn)源的類型和危險(xiǎn)程度的做法，由于現(xiàn)場(chǎng)即將施工的工況只能依靠想象而非直觀三維展示，容易導(dǎo)致危險(xiǎn)源辨識(shí)的漏項(xiàng)。本項(xiàng)目通過 BIM 模型真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，并階段性地根據(jù)施工進(jìn)度不斷演化，隨時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)變化；同時(shí)又可通過調(diào)整模型，提前展現(xiàn)即將要施工的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)工況，從而使管理人員更加直觀地從不同視角辨識(shí)危險(xiǎn)源，更加全面分析出各階段施工過程中存在的安全問題，并在模型中進(jìn)行標(biāo)記（如圖 1 所示），以便提醒參建人員施工到某項(xiàng)工序時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的安全事項(xiàng)。

圖 1 現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源標(biāo)識(shí)

2.2 BIM建模輔助安全方案審核

本項(xiàng)目工況復(fù)雜，存在不少異于普通工程的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，例如：為滿足基坑出土及底板混凝土澆筑需要，搭建了高 28 m 的貝雷橋結(jié)構(gòu)。貝雷橋構(gòu)件多、造型復(fù)雜，給施工方案的審核及相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)的討論制造了相當(dāng)大的困難。為此，本項(xiàng)目充分利用了 BIM 模型的可視化特點(diǎn)，依照設(shè)計(jì)圖紙建立了貝雷橋 BIM 模型（如圖 2 所示），在其施工之前直觀地展現(xiàn)了鋼管柱、貝雷片、工字鋼斜撐、鋼板等的相互位置及受力關(guān)系，為審核方案中的力學(xué)分析提供了便利，也暴露出了一些在二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的薄弱點(diǎn)。經(jīng)過與設(shè)計(jì)和施工單位討論確定后，對(duì)這些受力薄弱點(diǎn)進(jìn)行了加強(qiáng)，降低了施工及使用中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖 2 貝雷橋BIM模型

2.3 三維可視化安全技術(shù)交底

傳統(tǒng)的交底形式主要有書面交底、會(huì)議交底等，形式相對(duì)枯燥，導(dǎo)致交底內(nèi)容理解困難，實(shí)質(zhì)性內(nèi)容和要點(diǎn)不能得到很好的落實(shí)。本項(xiàng)目在傳統(tǒng)交底形式的基礎(chǔ)上，充分利用 BIM 可視化特點(diǎn)輔助三維交底，即首先建立三維模型，然后采用 Navisworks、Lumion 等三維可視化軟件做直觀展示、三維漫游和虛擬施工動(dòng)畫，直觀、動(dòng)態(tài)、生動(dòng)地展示所交底的內(nèi)容。在安全防護(hù)交底時(shí)采用三維模型講解防護(hù)設(shè)置位置、數(shù)量、搭設(shè)要求等內(nèi)容（如圖 3 所示），使被交底人員理解直觀、印象深刻，取得了很好的交底效果。

圖 3 臨邊洞口防護(hù)圖

2.4 BIM模型輔助安全驗(yàn)收

本超高層項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，施工時(shí)采用了全鋼附著式升降腳手架（爬架）。由于其結(jié)構(gòu)造型特點(diǎn)，本項(xiàng)目每一層的樓板邊界都互不相同，這給現(xiàn)場(chǎng)爬架主要受力結(jié)構(gòu)之一—埋件的施工和驗(yàn)收增加了難度。本項(xiàng)目在爬架層施工前預(yù)先建立爬架埋件的模型（如圖 4 所示），監(jiān)理人員在現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)收，通過移動(dòng)設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)瀏覽模型，查看埋件數(shù)量及位置，方便、快捷、高效地杜絕了爬架埋件的錯(cuò)埋和漏埋現(xiàn)象，減少了爬架施工的安全隱患，提高了工作效率。

圖 4 爬架埋件布置模型

2.5 云平臺(tái)輔助現(xiàn)場(chǎng)檢查

通過 EBIM 平臺(tái)的開發(fā)和應(yīng)用，可將工程建好的三維模型上傳至云端服務(wù)器，供項(xiàng)目參建人員瀏覽和使用?，F(xiàn)場(chǎng)管理人員只需攜帶手機(jī)、IPad 等移動(dòng)設(shè)備即可在現(xiàn)場(chǎng)快速查看模型，并將現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)的安全隱患直接與對(duì)應(yīng)位置的模型構(gòu)件或區(qū)域進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后在平臺(tái)上發(fā)布隱患問題情況，通過平臺(tái)實(shí)時(shí)通知相關(guān)責(zé)任人，大大減少了中間的等待環(huán)節(jié)。收到警示信息的責(zé)任人在隱患整改完畢后，將現(xiàn)場(chǎng)消除隱患后的照片載入到對(duì)應(yīng)位置，從而形成了對(duì)隱患問題的快速閉合管理。

3 結(jié) 語

BIM 技術(shù)可視化、多專業(yè)協(xié)調(diào)、模擬性的特點(diǎn)很好地契合了目前超高層建筑施工管理復(fù)雜多變的需要。本文根據(jù)本超高層項(xiàng)目的特點(diǎn)，對(duì) BIM 技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探索和研究。通過本項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐可以看出，BIM 技術(shù)可以在風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、施工安全方案審核、可視化交底、現(xiàn)場(chǎng)安全驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)施工安全問題跟蹤解決等方面有很好的應(yīng)用，其范圍貫穿了現(xiàn)場(chǎng)施工隱患識(shí)別、傳達(dá)、跟蹤、解決的全過程，同時(shí)也提升了現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理效果。因此，要充分利用 BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將其全面推廣應(yīng)用到超高層建筑施工安全管理中，從而切實(shí)提高超高層建筑施工的安全管理水平，也為我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。