淺談仿真化智慧綠色安全建造技術(shù)在工程中的應(yīng)用

金 陽(yáng)，官 鎖，李延志

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 工程簡(jiǎn)介

XX 隧道是某高速全線唯一的隧道，位于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)休閑園內(nèi)，穿越山體，將生態(tài)園劃分為兩部分，已經(jīng)對(duì)園林的生態(tài)保護(hù)造成較大的影響。因此對(duì)整個(gè)隧道在臨建設(shè)施占地規(guī)劃、隧道進(jìn)洞及主洞施工對(duì)環(huán)境的污染和隧道棄渣的處理等環(huán)保方面具有很大的挑戰(zhàn)。

智慧工地系統(tǒng)中BIM 技術(shù)是當(dāng)下隧道工程施工技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，如何通過運(yùn)用更智能化的管理方法和設(shè)備來確保隧道工程的安全和穩(wěn)定性，采取合理、高效的措施將隧道工程安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低，這是隧道工程施工中關(guān)鍵的問題。某互通主線2#橋第五聯(lián)現(xiàn)澆箱梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，由小樁號(hào)到大樁號(hào)方向逐漸變窄，小樁號(hào)處左側(cè)接D 匝道橋，右側(cè)接B 匝道橋，小樁號(hào)全幅寬50m，大樁號(hào)全幅寬38.9m，交接處位于勝利東路南側(cè)人行道上方。現(xiàn)澆箱梁采用單箱四室斜腹板，梁高1.6m，翼緣寬度為2.5m。箱梁跨中斷面底板厚度為20cm，頂板厚度為22cm，底板在支座附近加厚至40cm。四個(gè)腹板厚度均為45cm，邊腹板在橫梁附近加厚至75cm，中腹板加厚至85cm。

互通A、B 匝道橋上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁。現(xiàn)澆箱梁采用單箱單室斜腹板箱梁，梁高1.4m，翼緣寬度為1.75m。箱梁跨中斷面底板厚底為22cm，頂板厚度為25cm，腹板厚度為45cm，在支座附近底板加厚至42cm，腹板加厚至75cm。

現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架一次澆筑，蚌埠東互通現(xiàn)澆箱梁支架采用盤扣式滿堂支架搭設(shè)。

滿堂支架采用盤扣式支架+可調(diào)頂托+I12 工字鋼橫梁+縱向方木構(gòu)成滿堂支架施工。

2 仿真化智慧綠色安全建造體系的架構(gòu)分析

BIM 技術(shù)是仿真化智慧綠色安全建造的核心，通常情況下，都是基于BIM 系統(tǒng)平臺(tái)來設(shè)計(jì)仿真化智慧綠色城市安全建造技術(shù)，通常其可以分為數(shù)據(jù)層、模擬層以及應(yīng)用層。不過BIM 技術(shù)在工程建設(shè)各個(gè)階段其運(yùn)用側(cè)重點(diǎn)亦有所差別，具體分析如下：

2.1 設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要是通過3D 的形式來呈現(xiàn)出建造信息模型，要求不但要能夠與有關(guān)技術(shù)要求相符而且還需要具有較高的精準(zhǔn)性，碰撞率較低。不過要想擴(kuò)展設(shè)計(jì)階段的3D 模型，還需要將時(shí)間因素考慮在內(nèi)，就能夠在施工環(huán)節(jié)開展4D 虛擬建造以及施工進(jìn)度模擬。4D 虛擬建造主要是基于BIM 模型來添加時(shí)間維度，利用動(dòng)畫來對(duì)整體工程建設(shè)過程進(jìn)行模擬，以達(dá)到對(duì)具體建設(shè)環(huán)節(jié)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)方案的優(yōu)化、施工計(jì)劃的完善、施工質(zhì)量目標(biāo)的提升以及施工建設(shè)環(huán)節(jié)與最終結(jié)果的可視化效果進(jìn)行優(yōu)化的目的。4D 進(jìn)度模擬技術(shù)主要是有效綁定施工進(jìn)度圖與3D BIM 模型，采用軟件來模擬建造工程項(xiàng)目，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)項(xiàng)目建造的可行性進(jìn)行分析。并且3D BIM 模型還能夠結(jié)合模型來將工程量準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出來，并且對(duì)施工不同環(huán)節(jié)實(shí)際需要的人員以及材料數(shù)量進(jìn)行精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。

2.2 施工準(zhǔn)備階段

在施工準(zhǔn)備階段進(jìn)行4D 進(jìn)度模擬的目的在于有效采集數(shù)據(jù)信息，建設(shè)4D BIM 進(jìn)度模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。在采集數(shù)據(jù)信息時(shí)重點(diǎn)是根據(jù)已經(jīng)建設(shè)完成的3D BIM 模型來對(duì)各分部與分項(xiàng)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，隨后依據(jù)國(guó)家法規(guī)、地方定額標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)定額處理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，明確各分部分享工程的人員、機(jī)械設(shè)備以及材料的用量。

除了上述分析的應(yīng)用歷程與范圍，仿真化智慧綠色安全建造還應(yīng)用到許多其他范圍，如施工過程的進(jìn)度、成本、資源以及動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè)等。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 無人機(jī)+BIM 綠色建造技術(shù)

XX 隧道位于生態(tài)園園區(qū)內(nèi)，考慮到園區(qū)土地資源稀少，且結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，臨建場(chǎng)地選擇布置困難，加之為了在雨季前完成臨建，也存在著工期緊張等諸多難題。

項(xiàng)目BIM 小組團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過無人機(jī)+BIM 仿真技術(shù)對(duì)臨建進(jìn)行選址規(guī)劃和CI 布置，使用BIM 技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，旨在盡量減少園林土地的占用，盡量在狹小空間內(nèi)合理布置隧道噴錨站、型鋼加工廠、辦公區(qū)及工人住宿區(qū)，根據(jù)不同情況對(duì)總平面布置實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，在節(jié)約資源的同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)布置的合理性。

通過優(yōu)化對(duì)比，征地從13.5 畝降至8.8 畝，節(jié)約生態(tài)占地面積35%。在利用有限土地資源的同時(shí)，也指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置，加快了工期，為項(xiàng)目節(jié)約成本近20 萬元，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3.2 仿真化智慧安全建造技術(shù)

通過智慧安全體驗(yàn)館的建造，將隧道地貌及結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)于沙盤中，結(jié)合BIM 技術(shù)交底等方面的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)將VR 技術(shù)引入施工安全教育中，指導(dǎo)隧道的綠色建造、智慧施工。

3.2.1 BIM 三維技術(shù)交底

在智慧體驗(yàn)館內(nèi)還將老山地質(zhì)地貌、連拱隧道結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)于沙盤中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以更直觀地理解隧道施工，并利用隧道二維碼查看三維BIM 模型、隧道的結(jié)構(gòu)、施工工序、質(zhì)量控制要點(diǎn)、安全防控措施等信息。通過BIM 技術(shù)三維交底，使得交底內(nèi)容更直觀、通俗易懂，有效保證每道工序的施工質(zhì)量。

3.2.2 智慧安全設(shè)備及管理辦法的應(yīng)用

為了響應(yīng)國(guó)務(wù)院第724 號(hào)令《保障農(nóng)民工工資支付條例》精神，保障勞務(wù)人員合法權(quán)益，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目部將堅(jiān)持以信息化為手段，以落實(shí)管理責(zé)任為基礎(chǔ)，以制度建設(shè)為保障，構(gòu)建統(tǒng)一的建筑項(xiàng)目勞務(wù)實(shí)名制管理平臺(tái)。

人員記錄姓名、職務(wù)及進(jìn)洞時(shí)間等信息；車輛記錄駕駛員及車輛類型如裝載機(jī)、挖機(jī)等。這些信息在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行永久保存也可以通過LED 顯示屏以表格的形式顯示出來，將施工人員進(jìn)出洞情況匯總成考勤表，作為考勤的依據(jù)。

通過在洞內(nèi)外多處安裝監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)觀察洞內(nèi)作業(yè)情況，也可通過在手機(jī)上登錄客戶端，隨時(shí)查看洞內(nèi)實(shí)時(shí)施工情況、洞內(nèi)人員數(shù)量及有無潛在危險(xiǎn)源等信息。

4 應(yīng)用策略

通過分析仿真化智慧綠色安全建造技術(shù)及其運(yùn)用方向可知，在工程建設(shè)各個(gè)階段，對(duì)于信息化技術(shù)的需求都是較為龐大的，均要求使用到各類信息化軟件或系統(tǒng)，如自主開發(fā)、二次開發(fā)以及采購(gòu)成品軟件等方法。而且不同系統(tǒng)的工作形式以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法都有所區(qū)別，所以則應(yīng)當(dāng)要構(gòu)建起一個(gè)科學(xué)、完善的信息平臺(tái)，以確保工程建設(shè)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)能夠高效、準(zhǔn)確的傳遞，且具有較高的復(fù)用率。不僅如此，還需要對(duì)其相應(yīng)管理流程統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以便于能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)控與分析整體工程建造環(huán)節(jié)涉及的不同類型數(shù)據(jù)與信息。其中含括了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、采購(gòu)材料、施工安全管理、質(zhì)量控制以及人員的配置等內(nèi)容。

5 技術(shù)效益及總結(jié)

通過利用仿真化智慧綠色安全建造技術(shù)最大限度減少施工對(duì)生態(tài)園造成的破壞及污染和臨時(shí)占地，加快施工進(jìn)度縮短對(duì)整體環(huán)境的影響，在臨時(shí)設(shè)施規(guī)劃過程中節(jié)約生態(tài)占地面積35%，節(jié)約項(xiàng)目成本約20 萬元。通過智慧安全體驗(yàn)館的建造，將隧道實(shí)景沙盤結(jié)合BIM 施工技術(shù)交底，指導(dǎo)連拱隧道的綠色建造施工。通過VR 安全教育體驗(yàn)真實(shí)還原隧道施工可能造成的事故災(zāi)害，并結(jié)合人員勞務(wù)實(shí)名制通道、車輛識(shí)別系統(tǒng)、洞內(nèi)外視頻監(jiān)控等一系列先進(jìn)智慧安全設(shè)備及安全管理辦法的應(yīng)用，杜絕隧道施工安全事故的發(fā)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過對(duì)無人機(jī)+BIM 綠色建造技術(shù)應(yīng)用達(dá)到五節(jié)一環(huán)保要求，充分利用土地資源，滿足綠色建造的要求；對(duì)仿真化智慧安全建造技術(shù)的應(yīng)用，提高施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理信息化和智慧化水平，促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為同類型工程施工提供經(jīng)驗(yàn)。