基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全網(wǎng)格化管理研究

1.郭晨光 2.康俊輝

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引言

建筑結(jié)構(gòu)安全管理信息的傳遞與溝通多采用紙質(zhì)文件和口頭的形式，由此會(huì)導(dǎo)致信息滯留且利用率低下，一旦事故發(fā)生難以得到及時(shí)處理與致因的追溯。因此，如何提高建筑結(jié)構(gòu)安全管理效果，實(shí)現(xiàn)可視化、自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)管理，需要在技術(shù)與方法上進(jìn)行深入探索與創(chuàng)新。近年來我國建筑行業(yè)得到迅猛發(fā)展，建筑業(yè)總產(chǎn)值不斷增高，每年以約10%的速度增高。伴隨而來的是建筑物運(yùn)維期間安全事故也在逐年增加。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理主要通過目測和人工檢查的方法進(jìn)行，這種方式難以及時(shí)有效地預(yù)防、控制事故的發(fā)生。

一、我國建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理存在的問題

（一）運(yùn)維安全管理主動(dòng)性不足

現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)多數(shù)還達(dá)不到運(yùn)維管理的層次，建筑結(jié)構(gòu)安全管理屬于被動(dòng)型管理，管理的目標(biāo)是解決出現(xiàn)的問題，缺乏管理的主動(dòng)性和應(yīng)變性，對隱患的預(yù)防措施考慮相對較少，應(yīng)對突發(fā)事故能力較差，多為事故后處理。

（二）運(yùn)維安全管理信息化相對落后

現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維主要采用手寫記錄的模式，不但容易發(fā)生記錄不完整、錯(cuò)誤及記錄破損或丟失的現(xiàn)象，還增加了記錄人員的工作量，降低工作效率。在建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理過程中，特別是突發(fā)事件處理時(shí)，常需查找各類有用信息，目前的狀態(tài)基本都是在檔案室的大量紙質(zhì)版圖紙資料內(nèi)手動(dòng)尋找，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（三）運(yùn)維安全管理難度大

現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理相對于建筑物其他階段受重視程度明顯不足，而且對運(yùn)維階段的研究相對比較欠缺，缺乏成熟可行的管理體系和措施。同時(shí)由于管理人員素質(zhì)相對較低，具體表現(xiàn)在建筑運(yùn)維管理人員年齡偏大、學(xué)歷相對較低、管理能力相對落后、接受新事物的能力相對較差、主動(dòng)預(yù)防管理意識(shí)薄弱等，這些因素都制約著建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理水平的發(fā)展。

二、建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全風(fēng)險(xiǎn)分析

（一）不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)

不均勻沉降是反映建筑物地基變形特征的重要指標(biāo)，其危害表現(xiàn)為：建筑物外觀質(zhì)量受到影響、引起結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致其原有使用功能受到影響或喪失、降低建筑物對室內(nèi)人員和設(shè)備的保護(hù)能力、引起建筑物傾斜而導(dǎo)致精密儀器設(shè)備無法正常使用、引起房屋倒塌而導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡、導(dǎo)致上層建筑物無法正常使用等。

（二）大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)

大風(fēng)災(zāi)害是指大風(fēng)災(zāi)害天氣中所帶來的不良影響，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件墜落、屋面垮塌等。其危害主要表現(xiàn)為：建筑物倒塌、破壞、開裂、殘余變形和連鎖效應(yīng)、疲勞破壞及人群不適感等。其中，人群不適感是指由于風(fēng)力作用頻繁，建筑物的構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞，同時(shí)風(fēng)力使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，大幅振動(dòng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反復(fù)位移，導(dǎo)致居住者和工作人員產(chǎn)生不適的感覺。

三、網(wǎng)格化管理在建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理中的優(yōu)勢分析

（一）網(wǎng)格化管理的概念和特點(diǎn)

網(wǎng)格化管理是指利用網(wǎng)格小單元對管理對象進(jìn)行劃分，有利于預(yù)測并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。網(wǎng)格化管理還可以對各網(wǎng)格單元的資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配、協(xié)同管理，從而實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。網(wǎng)格化管理呈開放狀，可充分調(diào)動(dòng)管理對象的參與性，使管理者與管理對象深入進(jìn)行問題處理，從而彌補(bǔ)一對多管理模式的不足。通過劃分的各網(wǎng)格小單元，可以使信息在不同階層和不同區(qū)域間進(jìn)行無障礙傳輸，避免在傳統(tǒng)管理模式中常有的盲區(qū)，有效確保管理過程中無縫銜接。

（二）建筑結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化劃分

建筑結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同區(qū)域、空間或功能進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，以符合城市精細(xì)化管理的需要。(1)區(qū)域網(wǎng)格化劃分按建筑類型進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)格化管理的劃分，如住宅、醫(yī)院、商場等，不同類型的建筑設(shè)定不同的網(wǎng)格大小，以達(dá)到有效管理的目標(biāo)。(2)空間單元網(wǎng)格化針對多層級(jí)高層結(jié)構(gòu)，按照建筑空間進(jìn)行網(wǎng)格化管理的劃分，在縱向空間上對管理進(jìn)行劃分。(3)子系統(tǒng)網(wǎng)格化按建筑功能對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格化管理的劃分，形成子系統(tǒng)網(wǎng)格化管理。

四、基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全網(wǎng)格化管理體系構(gòu)建

（一）建筑結(jié)構(gòu)BIM模型的構(gòu)建與應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)BIM模型不僅包括建筑構(gòu)件，還可以將建筑物的各種物理、運(yùn)行性能參數(shù)信息整合到BIM模型中。在運(yùn)維階段，通過將BIM模型與自動(dòng)控制、傳感器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)相結(jié)合，利用管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)警功能和被動(dòng)防護(hù)功能，由此可達(dá)更佳的管理效果。利用網(wǎng)格化管理的劃分原則，將城鎮(zhèn)建筑群劃分為單元格，并針對每個(gè)單元格建立BIM模型。利用BIM模型的三維特性，可直觀顯示建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑設(shè)備的位置及建筑空間布局等，通過對關(guān)鍵建筑構(gòu)件和空間位置附加特定傳感器，可監(jiān)測構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫、熱應(yīng)力及水蒸氣等參數(shù)，將這些參數(shù)輸入對應(yīng)的模型構(gòu)件中，可為建筑結(jié)構(gòu)傾覆模擬、火災(zāi)模擬和人員疏散模擬等提供依據(jù)。

（二）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的作用是信息傳遞輸送，利用無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信等技術(shù)，可以將感知層處傳遞來的信息自動(dòng)輸入到BIM3D/4D模型中，從而動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)建筑實(shí)體中人或構(gòu)件的位置、周圍環(huán)境和檢測參數(shù)等安全狀態(tài)。維持網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)安全和通信穩(wěn)定，運(yùn)維安全管理小組可全天候地把握建筑結(jié)構(gòu)安全狀況。一旦出現(xiàn)人的不安全行為或建筑構(gòu)件及周圍環(huán)境的不安全狀態(tài)，管理平臺(tái)可及時(shí)警報(bào)。

（三）溝通處理即時(shí)化

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)安全管理主要由運(yùn)維管理方單方面進(jìn)行，安全事務(wù)的處理受管理者的經(jīng)驗(yàn)影響較大，具有較大的片面性和局限性。本平臺(tái)借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享與即時(shí)交流，整合建筑運(yùn)維相關(guān)方的管理資源，及時(shí)解決建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的安全問題。在運(yùn)維階段，通過附著在建筑構(gòu)件上的傳感器將建筑實(shí)體與BIM模型連接，形成一個(gè)聯(lián)動(dòng)的整體，各相關(guān)方都能通過管理平臺(tái)實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)，從而使建筑結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息得以共享。

結(jié)語

總之，網(wǎng)格化管理是目前城市管理模式的新形勢，BIM技術(shù)是建筑行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，將這兩者有機(jī)結(jié)合起來，并應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全管理，可有效提高我國建筑結(jié)構(gòu)安全管理水平，減少建筑安全事故發(fā)生。因此，基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全網(wǎng)格化管理具有重要的理論和實(shí)踐意義，有必要作為一個(gè)系統(tǒng)性工程去抓，不斷將建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)維安全網(wǎng)格化管理推向縱深。