BIM技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用研究

夏睿 陳磊 許奇

BIM技術(shù)作為建筑工程全生命周期管理中一個革命性的突破，在我國工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。由于BIM技術(shù)具有可視化、模擬性等特點，已經(jīng)應(yīng)用與建筑過程各個階段。僅在施工階段的應(yīng)用已經(jīng)非常多，如：碰撞檢測、施工模擬、工期優(yōu)化等。本文將重點研究BIM技術(shù)在建筑工程施工階段安全管理中的應(yīng)用，并尋找應(yīng)用過程中存在的問題，提出相關(guān)建議，為BIM技術(shù)更好地應(yīng)用于實際工程。

一、引言

隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展的加快，建筑行業(yè)的發(fā)展規(guī)模也越來越壯大，從業(yè)人員增加以及建筑物的飛速升起，也導(dǎo)致了我國建筑行業(yè)安全事故的高發(fā)，這對施工企業(yè)提出了更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求。所以，許多企業(yè)和學(xué)者也都在研究如何將BIM技術(shù)引入到施工階段的安全管理中來，到目前為止，國內(nèi)已有很多應(yīng)用BIM技術(shù)的案例，如：深圳平安金融中心、天津117大廈等大型復(fù)雜建設(shè)項目，包括剛結(jié)束的天津周大福金融中心、上海迪士尼樂園奇幻童話城堡，在施工階段的很多方面都取得了突出的應(yīng)用成果。

二、BIM技術(shù)在施工階段安全管理的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用貫穿于建設(shè)項目全生命周期，而工程建設(shè)的施工階段，是建設(shè)項目從規(guī)劃設(shè)計變?yōu)閷嶓w建筑的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。施工單位應(yīng)用BIM技術(shù)獲得更加充足、可靠的工程信息，這能夠大大提升施工建設(shè)水平，保證施工質(zhì)量，做好施工安全管理，得到更多的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)已有的應(yīng)用與研究，可以發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)不僅有利于施工現(xiàn)場的場地規(guī)劃、施工過程的動態(tài)模擬、還有利于制定安全方案和應(yīng)急措施。

1.BIM技術(shù)有助于施工場地規(guī)劃

BIM技術(shù)的一大顯著特點就是可視化，BIM軟件的建模技術(shù)把二維的CAD圖紙結(jié)合到三維模型中，這是BIM應(yīng)用工作中最為基礎(chǔ)也是最為重要的工作。經(jīng)過進(jìn)一步的渲染，3D模型就更加能給人以真實感和直接的視覺沖擊。

（1）BIM技術(shù)有助于施工現(xiàn)場平面布置

建筑工程項目涉及的人員、機(jī)械、材料繁雜，施工現(xiàn)場平面布置需要考慮工程的位置、道路、生活區(qū)、大型機(jī)械、材料堆場、材料加工棚等，合理地規(guī)劃施工現(xiàn)場的布置，將有助于現(xiàn)場機(jī)械操作、材料運輸、人員作業(yè)的安全。原先二維圖紙的施工現(xiàn)場平面布置并不能直觀地呈現(xiàn)場地內(nèi)各設(shè)施的安放情況，后期往往會出現(xiàn)布置調(diào)整的情況，若是規(guī)劃不合理，很有可能造成安全事故，而利用BIM技術(shù)的可視化這一特點進(jìn)行三維模型的建立，便可以使規(guī)劃布置工作更加簡化。

（2） BIM技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合助力場地規(guī)劃

BIM技術(shù)的顯著特點是可視化，這有利于將Matlab、GIS等軟件中關(guān)于施工場地布置的優(yōu)化方案進(jìn)行立體的展現(xiàn)，更有利于施工現(xiàn)場布置優(yōu)化的研究，也有利于實際項目工作更好地開展?？梢岳肎IS和BIM技術(shù)確定場地內(nèi)最優(yōu)的塔吊布置數(shù)量和位置，首先確定材料的供應(yīng)和需求荷載的幾何布局，生成塔吊的可行區(qū)域，考慮不同類型塔吊進(jìn)行計算，最終確定塔式起重機(jī)的數(shù)量與位置，即為最優(yōu)方案。這樣的方案不僅使塔吊工作范圍覆蓋整個擬建工程，使得方案經(jīng)濟(jì)化，而且塔吊工作的重疊區(qū)域也非常小，避免起重沖突安全事故的發(fā)生。

（3）BIM技術(shù)有助于施工現(xiàn)場協(xié)同管理

施工現(xiàn)場的管理往往涉及項目的各個參與方，包括開發(fā)商、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位等，BIM技術(shù)的應(yīng)用有利于各方的交流。在設(shè)計階段，利用BIM軟件，如：Revit、廣聯(lián)達(dá)等軟件事先建立好3D模型，施工階段便可以直接進(jìn)行利用，建立項目綜合信息模型數(shù)據(jù)庫。其優(yōu)點一是節(jié)約了成本，如果設(shè)計階段均采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式，則需要建立建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、設(shè)備等不同專業(yè)的一系列的圖紙，設(shè)計過程復(fù)雜，成本較高；二是集所有信息于一個模型，較方便地獲得項目設(shè)計的全面數(shù)據(jù)，為施工階段的安全、進(jìn)度、成本、質(zhì)量管理提供依據(jù)；三是實現(xiàn)了設(shè)計階段與施工階段的信息互通，協(xié)同管理，甲方也可以根據(jù)BIM模型確定工程的進(jìn)度和質(zhì)量，有利于各方信息的互相交流，確保施工過程高效安全。

2.BIM技術(shù)有助于施工過程優(yōu)化

BIM技術(shù)可以進(jìn)行施工模擬，對現(xiàn)場的各個構(gòu)件進(jìn)行漫游查看，對施工現(xiàn)場進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)模擬，對復(fù)雜節(jié)點的施工方案進(jìn)行動畫輸出，對不同方案進(jìn)行模擬的出最優(yōu)方案，大大促進(jìn)施工工作的進(jìn)行。而這些過程中，也能發(fā)現(xiàn)很多安全問題，如碰撞檢測等，通過BIM軟件的模擬和優(yōu)化，可以將技術(shù)難度降低，危險程度降到最小。

（1）BIM技術(shù)可進(jìn)行碰撞檢測

在施工過程中，常常會出現(xiàn)由于設(shè)計不合理而導(dǎo)致的空間布局沖突。在施工前，提前利用BIM軟件進(jìn)行碰撞檢測，對原有不合理設(shè)計進(jìn)行修正，避免安全隱患，這將有利于項目的順利進(jìn)行。沖突碰撞檢查主要涉及設(shè)備、管線、結(jié)構(gòu)等，可分為靜態(tài)的碰撞檢測、的建和動態(tài)的碰撞檢測。

大型建筑工程設(shè)備管線布置復(fù)雜，由于設(shè)計得不合理，管線與管線之間、管線與設(shè)備、管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的空間沖突和碰撞非常頻繁，存在設(shè)計錯誤和安全隱患。BIM模型基于其三維可視先對建筑工程進(jìn)行一次三維校審，進(jìn)行沖突檢測，然后把檢測的結(jié)果反饋給專業(yè)的設(shè)計人員進(jìn)行調(diào)整，然后再進(jìn)行碰撞檢測，直到碰撞檢測無沖突位置，最后得出合理地設(shè)備管線布置方案。如，上海中心大廈在建筑給排水設(shè)計中進(jìn)行碰撞檢測，通過反復(fù)修改和深化設(shè)計，最后確定綜合管線方案。

（2）BIM技術(shù)可進(jìn)行施工方案檢驗

對于工程規(guī)模浩大、復(fù)雜程度高、工期緊的項目，采用基于BIM的4D施工模擬有助于結(jié)構(gòu)中復(fù)雜節(jié)點施工過程的演示，從多個時間和空間的角度了解項目。如果對施工方案沒有充足的了解，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)一知半解，不僅會造成工期的拖延，更有可能造成結(jié)構(gòu)的不合理施工，導(dǎo)致安全坍塌事故的發(fā)生。

（3） BIM技術(shù)有助于項目施工方案優(yōu)化

施工現(xiàn)場涉及的材料管理、人員管理、資金管理較多，所以需要根據(jù)實時的情況進(jìn)行方案的調(diào)整與優(yōu)化，比如，基礎(chǔ)施工階段與主體結(jié)構(gòu)階段，現(xiàn)場設(shè)施的布置就有所不同，塔吊也要隨著建筑物的不斷增高而爬升等。

在施工進(jìn)度方面，可利用BIM技術(shù)能夠在事前進(jìn)行施工進(jìn)度計劃的可視化模擬，觀察各個時間段，如基礎(chǔ)施工階段、主體結(jié)構(gòu)、屋頂結(jié)構(gòu)完成后的進(jìn)度情況。還可以進(jìn)一步進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)計劃的缺陷，施工人員可以對原有的Project軟件中的施工進(jìn)度計劃進(jìn)行優(yōu)化，并再次導(dǎo)入到BIM軟件中，與原有計劃進(jìn)行對比，從而有效完善施工進(jìn)度計劃，避免在實際施工中由于計劃出錯而導(dǎo)致一系列工程進(jìn)度問題。如某工程經(jīng)過工期優(yōu)化后，再導(dǎo)入到在Navisworks中進(jìn)行施工模擬時，可以發(fā)現(xiàn)原施工計劃中達(dá)到第二十層門窗開始安裝，而優(yōu)化后計劃方案中門窗工程已經(jīng)結(jié)束。

3. BIM技術(shù)有助于施工安全管理

施工現(xiàn)場安全管理設(shè)計的內(nèi)容較多，上述三維平面布置中的場地規(guī)劃和施工模擬過程中的設(shè)備、施工機(jī)械的碰撞檢測等都屬于安全管理的范疇。從施工現(xiàn)場安全管理方案的角度來講，安全管理還包括現(xiàn)場安全防護(hù)措施以及逃生預(yù)警等。

傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理方案僅是文字，建造防護(hù)措施的過程還是缺少依據(jù)，而BIM技術(shù)下的現(xiàn)場安全防護(hù)就非常直觀，根據(jù)3D模型制定安全防護(hù)管理方案讓現(xiàn)場施工人員有章可循。

除此之外，BIM技術(shù)在現(xiàn)有的應(yīng)用中還助力于施工現(xiàn)場多方位的預(yù)警管理，如Pathfinder疏散軟件、Thunderhead火災(zāi)動態(tài)模擬、PyroSim消防模擬軟件，這些軟件都可以與3D模型進(jìn)行結(jié)合，為施工現(xiàn)場安全計劃應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)。

三、結(jié)語

BIM應(yīng)用于施工現(xiàn)場安全管理中的效果雖然非常顯著，但BIM技術(shù)目前在我國的推廣與應(yīng)用還處于初級階段。首先，國內(nèi)建筑工程的安全管理現(xiàn)狀不容樂觀，監(jiān)管松懈，企業(yè)安全意識薄弱，安全教育投入不足，安全管理方法落后；其次，采用BIM技術(shù)的施工企業(yè)還不到10%，更不用提利用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場的安全管理。主要原因有信息化建設(shè)資金不足、專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量不足，大部分地區(qū)政府和行業(yè)主管部門政策支持缺失；再次，BIM軟件眾多，很多軟件無法實現(xiàn)互相操作，往往需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換或者重新建模，不能形成流暢地BIM工作流程。同時，隨著我國相關(guān)政策的不斷推出和建設(shè)主管部門的大力支持，未來還有很多發(fā)展空間，而且在施工現(xiàn)場安全管理方面的應(yīng)用還有待深入研究。