試析裝配式建筑安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

翁益民

【摘要】本文介紹了裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)以及BIM技術(shù)在施工安全管理過程中的主要應(yīng)用。將BIM技術(shù)引入裝配式建筑安全管理，從施工方案優(yōu)化、施工場地布置、安全教育培訓(xùn)等多個(gè)方面全面分析BIM在裝配式建筑安全管理中的應(yīng)用情況，最后出助案例進(jìn)行應(yīng)用過程和效果展示分析，為提高裝配式建筑安全管理水平提供參考

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑;BIM技術(shù);安全管理;施工方案

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.054

引言：

我國的裝配式建筑正處在起步的階段，施工管理經(jīng)驗(yàn)及理論技術(shù)研究相對缺乏致使現(xiàn)階段裝配式建筑安全管理風(fēng)險(xiǎn)上升。建筑信息模型BIM技術(shù)是一種三維幾何數(shù)據(jù)模型，作為信息化技術(shù)的一種，其準(zhǔn)確的定義應(yīng)該為：利用數(shù)字化的表達(dá)方式將建筑項(xiàng)目的物理特性和功能特征展現(xiàn)出來，BIM技術(shù)是建筑項(xiàng)目全周期可靠的知識共享及決策基礎(chǔ)，同時(shí)也是構(gòu)建建筑虛擬模型的行為?？梢夿IM技術(shù)在建筑初期就為項(xiàng)目提供了施工方案，策劃，及程序保證。BIM還擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。其強(qiáng)大的加點(diǎn)處理能力和多用戶協(xié)同工作模式給工程進(jìn)度節(jié)省了時(shí)間，其數(shù)據(jù)可以與云端技術(shù)相結(jié)合，數(shù)據(jù)隨取隨用，模型和圖紙的永久關(guān)聯(lián)保證了構(gòu)件準(zhǔn)確的制造。BIM技術(shù)采用模塊化的方式建模，接觸構(gòu)件都包含建筑信息和屬性，在遇到需要變動(dòng)的情況下，只需要對相關(guān)模塊的屬性進(jìn)行修改。整個(gè)施工項(xiàng)目都可在BIM技術(shù)平臺實(shí)現(xiàn)，其施工階段主要包括規(guī)劃，設(shè)計(jì)，施工，運(yùn)營維護(hù)等。

裝配施工的BIM可視化交底技術(shù)實(shí)現(xiàn)：所有裝配建筑的工序，施工關(guān)鍵注意點(diǎn)，安裝步驟及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，以及質(zhì)量交接工藝標(biāo)準(zhǔn)等，這些都可以以視頻文件的方式進(jìn)行傳輸，播放，給現(xiàn)場工人施工，提供了極大的便利性。BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)思路不同于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)理念，將整體思路進(jìn)行分解細(xì)化，并將設(shè)計(jì)方法劃分成四個(gè)階段：預(yù)制構(gòu)件庫構(gòu)建形、BIM模型構(gòu)建、BIM模型結(jié)構(gòu)參數(shù)分析與BIM模型建造實(shí)施。

具體操作在裝配式建筑的施工階段，主要作用在兩個(gè)方面：（1）構(gòu)件管理：構(gòu)件實(shí)體的管理以及施工中質(zhì)量進(jìn)度控制的結(jié)合對構(gòu)件的生產(chǎn)和運(yùn)輸及在施工現(xiàn)場的存儲管理和施工進(jìn)度質(zhì)量等成本控制實(shí)現(xiàn)完整監(jiān)控。（2）施工過程中的質(zhì)量與進(jìn)度控制：通過BIM的標(biāo)簽技術(shù)、生產(chǎn)工藝、施工過程、運(yùn)營維護(hù)、報(bào)廢回收等階段結(jié)合起來，不但可以解決信息創(chuàng)建、管理、傳遞的問題，還可以將三維圖紙，裝配過程，管理過程的全程跟蹤通過BIM數(shù)據(jù)庫為裝配式建筑施工奠定基礎(chǔ)，對于實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化有極大推動(dòng)作用。

1、裝配式建筑施工危險(xiǎn)源分析

裝配式建筑日益發(fā)展成為我國建筑業(yè)的中堅(jiān)力量，諸多傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑安全隱患在裝配式建筑施工機(jī)械化、生產(chǎn)工廠化等優(yōu)勢下不復(fù)存在。然而裝配式建筑機(jī)械拆裝、構(gòu)件吊裝、人機(jī)配合等復(fù)雜作業(yè)較多，稍有不慎即有可能引發(fā)安全事故，新的安全隱患危險(xiǎn)源仍不容忽視。

1.1施工方案編制不清晰

裝配式建筑配合環(huán)節(jié)眾多。其中施工方案在編制過程中難免有漏洞，尤其在臨時(shí)性工程上表現(xiàn)明顯。例如裝配式陽臺板，預(yù)制梁等預(yù)制構(gòu)件的安裝都需要在吊裝時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐部件，但是在施工方案中對代固定件的連接方式和大件的支撐點(diǎn)位置等表述不清楚，在現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)中一旦安裝偏差過大，臨時(shí)支撐系統(tǒng)很容易發(fā)生受力不均，站樁不穩(wěn)等安全隱患，有時(shí)還會發(fā)生預(yù)制構(gòu)件失穩(wěn)的安全事故。

由此看出，施工方案對工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度等均能產(chǎn)生直接的影響，而且還會牽涉到建設(shè)項(xiàng)目的人力、物力、環(huán)境和技術(shù)等多個(gè)方面的影響維度。

1.2施工場地布局不合理

裝配式建筑的最大特點(diǎn)就是，標(biāo)準(zhǔn)件的施工順序及吊裝組合。在施工前就需要將相應(yīng)物資運(yùn)輸儲存，以保證工程建設(shè)的順利開展。例如裝配式建筑構(gòu)件現(xiàn)場存放位置與物料運(yùn)輸，塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)等諸多環(huán)節(jié)前后相關(guān)，若擺放位置不合理，則塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將極易與較大構(gòu)件發(fā)生碰撞，引發(fā)構(gòu)件墜落、倒塌等重大安全事故。另外，裝配式建筑還存在交叉作業(yè)較多的安全隱患。無論從時(shí)間跨度，還是立體跨度，交叉作業(yè)都在所難免。

1.3現(xiàn)場施工作業(yè)安全隱患

塔吊設(shè)備是裝配式建筑最重要的吊裝工具，頻繁的吊裝作業(yè)也預(yù)示著安全風(fēng)險(xiǎn)會增加。也是裝配式建筑使用最多的大型機(jī)械工具之一。塔吊的安全運(yùn)行對項(xiàng)目安全施工至關(guān)重要。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，塔吊經(jīng)常出現(xiàn)的故障主要由：機(jī)械故障、操作失誤、塔吊指揮不當(dāng)、引導(dǎo)員配合不當(dāng)?shù)?。每一個(gè)失誤都會引發(fā)嚴(yán)重的安全事故：如構(gòu)件墜落、碰撞、倒塌等。

1.4現(xiàn)場應(yīng)急疏散方案不完善

建立有效的建筑施工現(xiàn)場應(yīng)急疏散方案是提升職工自救能力及應(yīng)對突發(fā)事件綜合能力的重要保障，但是部分現(xiàn)場單位僅是簡單地將過往所編制方案用于當(dāng)前工程之中，導(dǎo)致其具體內(nèi)容與施工現(xiàn)場存在偏差，一日發(fā)生重大安全事故，施工人員將無法及時(shí)確定疏散路徑，有效進(jìn)行人員疏散，繼而導(dǎo)致重大安全事故的發(fā)生。

1.5安全培訓(xùn)工作未落實(shí)

裝配式建筑的從業(yè)人員必須進(jìn)行嚴(yán)格的安全教育，并建立三級教育制度，從入職到上崗，安全教育應(yīng)該貫穿施工人員的整個(gè)作業(yè)過程，并將技術(shù)與安全相結(jié)合。在安全教育過程中，應(yīng)該避免說教宣講、死記硬背書面考試的形式，有條件的可以開展實(shí)訓(xùn)操作，構(gòu)件拼接，事故教訓(xùn)及模擬體驗(yàn)，等進(jìn)一步較深員工的安全意識。所有安全教育要留檔，有記錄，并定時(shí)檢查培訓(xùn)效果。

2、裝配式建筑安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

通過質(zhì)量控制、場地布置等應(yīng)用場景對BIM在裝配式建筑安全管理中的應(yīng)用情況進(jìn)行展示。

2.1施工方案優(yōu)化

施工方案優(yōu)化對于裝配式建筑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)效益最大化意義重大。傳統(tǒng)方式下施工方案的優(yōu)化主要依靠施工前現(xiàn)場調(diào)研，制定多組施工方案以備項(xiàng)目經(jīng)理做出最優(yōu)化選擇。此方式下制定的施工方案過多依賴現(xiàn)場調(diào)研人員的主觀經(jīng)驗(yàn)完成，對施工過程及技術(shù)細(xì)節(jié)很難全面展示和精準(zhǔn)把握，方案中難免出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞，不能法足裝配式建筑構(gòu)件精準(zhǔn)化施工的要求。運(yùn)用BIM技術(shù)對相關(guān)施工方案進(jìn)行比選時(shí)，通過創(chuàng)建相應(yīng)的安全信息模型對不同的施工方案進(jìn)行三維模擬，在施工前仿真模擬出預(yù)制構(gòu)件從進(jìn)場到安裝的全過程，并重點(diǎn)反復(fù)進(jìn)行碰撞監(jiān)測分析，使安全隱患在施工模擬中徹底暴露，為施工方案的優(yōu)化比選提供依據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)出具的分析報(bào)告，不斷深化改進(jìn)預(yù)制構(gòu)件的吊裝、安裝、運(yùn)輸、堆放、設(shè)計(jì)等方案，使最終的裝配式建筑施工方案達(dá)到最優(yōu)化安全施工效果。3E74F730-9572-47FA-934D-2AEFC41ADB33

2.2施工場地布局調(diào)整

裝配式建筑是由大量預(yù)制構(gòu)件所組成，交叉作業(yè)多，施工工藝復(fù)雜施工環(huán)境復(fù)雜多變，出于施工區(qū)域空間方面的限制施工現(xiàn)場布置方案設(shè)計(jì)如果不夠合理，將會嚴(yán)重影響到施工后期的吊裝過程，其至出現(xiàn)沖突安全事故。傳統(tǒng)圖紙停留在紙面描述，對裝配式建筑現(xiàn)場布置中的沖突錯(cuò)漏無法動(dòng)態(tài)展現(xiàn)。BIM安全信息模型能夠?qū)?gòu)建堆放、機(jī)械設(shè)備、道路設(shè)施、地形地貌等施工總平面布置效果進(jìn)行可視模擬，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建場地布置模型進(jìn)一步對塔吊作業(yè)、車輛運(yùn)輸、構(gòu)件存放等環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，提前發(fā)現(xiàn)識別場地布置方案中的碰撞點(diǎn)、沖突點(diǎn)等存有安全隱患之處，并利用BIM軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的布置效果。

2.3施工現(xiàn)場安全檢查防護(hù)

傳統(tǒng)施工管理很難對危險(xiǎn)源及時(shí)準(zhǔn)確定位，BIM安全管理模型將項(xiàng)目進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更信息同步輸入，使安全設(shè)計(jì)驗(yàn)證與安全規(guī)則檢查能夠伴隨項(xiàng)目進(jìn)展變化同步完成，并對危險(xiǎn)源問題及時(shí)標(biāo)注提醒，提高安全檢查的時(shí)效性、準(zhǔn)確性。利用BIM防護(hù)功能和BIM模型提供給施工需要防護(hù)功能的部位，然后對需要預(yù)先進(jìn)行防護(hù)的“四口”和“五臨邊”等事故高發(fā)區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，以防現(xiàn)場工作人員誤入危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生危險(xiǎn)，利用BIM還可以對現(xiàn)場防護(hù)設(shè)施設(shè)置合理性及防護(hù)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地模擬檢查。此外，模型中包含的項(xiàng)目所在地的氣候、天氣、地質(zhì)、材料等各項(xiàng)因素，也能為安全檢查和防護(hù)提供多維度信息支持。

總之，利用BIM對建筑工程施工安全隱患進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，保證安全檢查時(shí)效性，降低建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

2.4安全應(yīng)急疏散方案優(yōu)化

創(chuàng)造安全疏散逃生條件是裝配式建筑施工現(xiàn)場發(fā)生事故時(shí)避免擁堵、踩踏等次生事故，減少人員傷亡的關(guān)鍵。將BIM安全信息模型和Pathfinder等應(yīng)急疏散模擬軟件相結(jié)合，將BIM模型轉(zhuǎn)化為應(yīng)急疏散軟件可識別格式后進(jìn)行導(dǎo)入，在BIM模型中對施工現(xiàn)場環(huán)境的全景模擬，利用疏散模擬軟件的人員蔬散路徑、時(shí)間計(jì)算、模擬功能，對施工現(xiàn)場進(jìn)行動(dòng)態(tài)化疏散場景模擬，直觀觀察分析疏散路徑、人員分布、疏散速度等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)情況，并根據(jù)生成的圖表數(shù)據(jù)協(xié)助判斷分析，對既定應(yīng)急疏散方案進(jìn)行有的放矢地調(diào)整改進(jìn)，最終生成最優(yōu)應(yīng)急疏散方案。

2.5安全教育培訓(xùn)

BIM安全信息模型可以使用3D或4D技術(shù)逼真展示建筑的建造順序，以及更加具體、真實(shí)地展示設(shè)備、材料、人員等各項(xiàng)參數(shù)。對機(jī)械進(jìn)場出場路線等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)演。在漫游路徑中將安全事故的發(fā)生過程以動(dòng)畫視頻的形式節(jié)選導(dǎo)出，得到逼真的安全事故情景。再將視頻動(dòng)畫導(dǎo)入VR引擎，在VR眼鏡、手柄等設(shè)備的輔助配合下，施工人員將體驗(yàn)到“身臨其境”的事故現(xiàn)場感受。這種新型的安全培訓(xùn)方式改變了傳統(tǒng)古板的教育形式，從以往的“說教式”教育跨越到如今的“沉浸體驗(yàn)式”教育，更能激發(fā)工人參加安全培訓(xùn)的熱情，進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員的安全意識，使安全培訓(xùn)能起到更好的警示效果。

3、工程應(yīng)用案例

蘇州政務(wù)中心綜合停車樓項(xiàng)目，位于蘇州市政府北側(cè)地塊。停車綜合樓建筑總高度為57.15米，總建筑面積48972.21平方米，其中地上建筑面積42085.27平方米，地下建筑面積6886.94平方米。

該項(xiàng)目將裝配整體式框架與現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合，是一種典型的預(yù)制裝配式建筑類型。整個(gè)項(xiàng)目圍欄及基礎(chǔ)構(gòu)件裝配率達(dá)到92%，其余構(gòu)件預(yù)制率占比達(dá)到54%。整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)著重與多組合，多裝配，少規(guī)格的基本原則和手段。將預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，種類簡單化，從而降低項(xiàng)目成本，體現(xiàn)裝配式建筑的優(yōu)勢特點(diǎn);另外，在施工技術(shù)方面加強(qiáng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新整合，達(dá)到整個(gè)施工過程降低腳手架搭設(shè)，無需外模板貼合，減少抹灰面積，無現(xiàn)場堆砌的綠色建筑工程，既達(dá)到縮短工期的目的，又實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的環(huán)境保護(hù)。

該項(xiàng)目中的BIM應(yīng)用主要體現(xiàn)在：建筑性能設(shè)計(jì)的模擬利用了Revit軟件核心平臺;預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)的精細(xì)化設(shè)計(jì)采用了Cartier軟件平臺;施工過程的可視化模擬和碰撞檢查應(yīng)用魯班軟件來實(shí)現(xiàn)。該裝配式建筑最后獲得了江蘇省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范項(xiàng)目和國家住建部裝配式建筑科技示范項(xiàng)目的榮譽(yù)，是一例典型的裝配式建筑應(yīng)用。

結(jié)語：

綜上分析裝配式建筑安全管理中引進(jìn)和應(yīng)用BIM技術(shù)，有效提高了施工質(zhì)量并控制返工率，既降低了施工成本，在一定程度上又能夠減少事故發(fā)生，達(dá)到經(jīng)濟(jì)化、安全化施工效果。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的施工安全預(yù)防機(jī)制對裝配式建筑生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的建立更具有直觀和便利性，技術(shù)與實(shí)踐相結(jié)合，對人、機(jī)、料、法，環(huán)，測等各個(gè)方面的持續(xù)優(yōu)化提供了支撐平臺?？傊?，BIM技術(shù)的應(yīng)用引導(dǎo)裝配式建筑安全管理從平面化向立體化轉(zhuǎn)變，提升安全管理的模擬性和智能化，降低安全風(fēng)險(xiǎn)和事故的發(fā)生率推動(dòng)裝配式建筑施工向最佳管控模式靠攏。

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