某廠房工程施工安全管理中BIM技術的實際應用

0 引言

隨著整體建筑業(yè)的迅速發(fā)展，廠房建設的跨度和空間越來越大，并且采用了預制裝配式，施工中的安全管理問題凸顯出來。在工程項目全周期內應用BIM技術，有效解決施工中的諸多安全問題。尤其是通過BIM技術大大提升了安全隱患排查的能力，真正實現(xiàn)了所有安全管理資料的共通和共享，并達成了不同單位間安全管理方面的協(xié)作，顯著提升了整體的施工安全管理水平。

1 BIM技術在安全管理中的必要性

1.1 促進項目各方的溝通

基于4D可視化的BIM技術施工信息模型，可以進行信息的實時查詢和信息拓展，更有助于各方利用可視化模型進行技術討論、方案比選，最終作出會議決策，讓各個部門之間的信息交流更順暢，大大提升了安全管理工作的質量和效率。

1.2 促進施工方案的優(yōu)化

本工程的施工計劃編制由MS project軟件完成，以精確合理地安排流水施工；在MC軟件中導入施工進度的計劃，利用仿真化的模擬找出施工計劃中的各類問題，合理優(yōu)化施工方案，不但壓縮了成本，也縮短了工期。

1.3 彌補圖紙中的碰撞缺陷

由于房建工程不同專業(yè)都是獨立的，協(xié)調互動性差，在傳統(tǒng)的二維設計模式下因為專業(yè)交叉出現(xiàn)工作反復，影響生產(chǎn)效率，返工現(xiàn)象頻繁，導致費用增加，浪費了寶貴的資源。利用BIM技術的模型檢測構件和管線的綜合碰撞，設計中的問題可以預先發(fā)現(xiàn)，避免了設計變更，避免了因為返工帶來的質量問題。

1.4 可以快速統(tǒng)計工程量

利用BIM軟件統(tǒng)計工程量，會更快速和準確，通過材料用量的精準計算，進行有計劃地領料，節(jié)約了資源、降低了工程成本。

2 基于BIM的施工安全管理關鍵技術

基于BIM的施工管理技術不僅可以增強全體員工參與信息管理，提高工作效率；此外，還可以不斷完善項目管理目標，實施動態(tài)修正，最終達到提高質量、縮短工期、壓縮費用，促進效率提升的目的。傳統(tǒng)看板管理和BIM之間的協(xié)同作用如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)看板管理與BIM的協(xié)同作用關系

2.1 約束條件收集模塊

基于經(jīng)濟問題，針對目標函數(shù)的最大值或者最小值，一般在約束條件下求得。管理施工項目上，需要受到施工方案、施工標準、施工規(guī)范、現(xiàn)場天氣、設計要求以及交付標準等諸多條件的約束，利用KanBIM技術收集和整理約束條件，并進行可視化的表現(xiàn)，可以幫助管理者實現(xiàn)某些預期的目標，例如質量、安全管理、投資和工期等。

2.2 BIM模型構建模塊

傳統(tǒng)看板管理與BIM技術有機結合構成KanBIM，以施工信息平臺為基礎構建建筑信息模型，所以，需要以BIM軟件構建的施工階段的建筑信息模型為基礎，進行KanBIM的應用（如圖2所示）。該模型信息來源是多方位的，包括經(jīng)過審查后的建設單位提供的設計文件、施工進度、工程圖紙、標準圖集、合同文本等，根據(jù)模型細度L0D5o的標準構建而成，清晰顯示施工建筑的物理特征和功能特征。

圖2 KanBIM控制模塊流程

2.3 工程作業(yè)模塊

工程作業(yè)模塊為每一個施工過程進行服務，按照PDCA管理規(guī)則形成一系列工施工行為。第一，每個施工班組完成看板任務后，實施自行檢查后，確定質量和成本達標的程度。第二，自行檢查項目內部的相關機構，將自檢結果標志在質量看板上，然后報驗給監(jiān)理，只有通過驗收后方可布置新的看板任務。

2.4 終端信息反饋模塊

該模塊的主要功能是向決策層反饋相關信息。KanBIM利用不同的圖標標識反饋每項任務當前狀態(tài)。首先，各個參與方可以借助移動終端進入KanBIM系統(tǒng)，實時掌握了解不同權限區(qū)域內的現(xiàn)場情況；其次，利用二維碼反饋結果，并將其在移動看板上粘貼，工作人員能夠利用手機掃碼獲得需要的信息，有目標地進行工作。

3 應用實例分析

利用產(chǎn)學協(xié)作的形式，在某建筑公司承接某工業(yè)廠房綜合體的工程，并將該施工信息化模式應用在該項目中。該項目的特點是施工新技術多、管線復雜、項目多方參與、協(xié)調工作困難。同時，本項目中應用BIM技術是甲方提出，主要是強化工程中應用該技術的深度和廣度，提升該管理技術的效果，本項目部進行試點應用了KanBIM技術，具體的應用項目包括質量管理、進度管理、安全管理和技術管理，具體應用情況如下。

3.1 質量管理

針對施工中新工藝的質量控制，利用該技術對傳統(tǒng)的質量管理模式進行豐富和優(yōu)化。主要進行如下工作：第一，在施工前通過BIM技術模擬新工藝的同時實現(xiàn)三維技術交底的可視化；第二，將質量看板布設在施工現(xiàn)場，表明施工質量控制要點和施工注意事項；第三，在工程部設置質量看板，對質量情況進行統(tǒng)計和匯總，包括描述質量狀況、不良情況、合格情況和不良原因等；第四，在工地大門口設置質量看板，可以視作管理質量的活動板，進行質量通告、質量信息、質量改進和質量糾正的信息發(fā)布等，根據(jù)PDCA的控制原則嚴格控制關鍵部位和新技術的質量。

3.2 進度管理

伴隨工程的進一步開展，可以利用KanBIM的雙向反饋功能，在可視化的協(xié)同管理平臺中實時錄入現(xiàn)場實際進度數(shù)據(jù)。施工的管理人員可以對任意的進度計劃節(jié)點進行選擇，尤其是某些具備里程碑意義的重要節(jié)點，對各工序執(zhí)行情況進行查詢。如果實際進度比計劃進度慢，模型中全部被影響到的后續(xù)節(jié)點都會高亮顯示紅色感嘆號，可以顯示受影響的范圍，以此為依據(jù)技術人員可以計算因為滯后對整體工程的影響，以此進行后續(xù)節(jié)點計劃的重新安排，其邏輯關系如圖3所示。

圖3 BIM協(xié)同管理平臺工程進度情況高亮顯示

3.3 安全管理

傳統(tǒng)的施工工地上只是單一的看板模式，主要是安全標語、安全施工掛圖、安全警示等。而KanBIM技術可以利用KanBIM的現(xiàn)代智能終端在VR體驗觀眾進行模擬體驗，體驗的情境包括電擊、腳手架傾斜、洞口墜落、高空墜落等。借助這樣的仿真體驗促進體驗者的安全意識提高。另外，在BIM技術模型中，有效形成施工現(xiàn)場可視化風險等級標準，對象是現(xiàn)場安全風險控制的關鍵點，以此進行針對員工的數(shù)字化安全培訓，促進所有人對安全狀態(tài)的了解，最大限度減少安全事故發(fā)生。通過二維碼顯示BIM協(xié)同管理平臺中任務狀態(tài)標識如表1所示。

表1 BIM協(xié)同管理平臺中任務狀態(tài)標識

3.4 技術管理

在傳統(tǒng)施工管理上紙質化的特點明顯，有很大的局限性，而KanBIM技術可以突破其限制，特別是利用多媒體終端設備，讓施工人員的信息獲取更便捷，更方便進行交流和技術培訓，特別是借助該技術的二維碼查看終端版，施工人員可以利用對二維碼的掃描，準確獲取構件的規(guī)格、位置混凝土強度、鋼筋情況、現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、檢測報告等信息，并能夠進行構件實時數(shù)據(jù)的上傳。

4 BIM技術應用效果

BIM以實現(xiàn)項目施工管理每個層級質量、成本、進度、安全控制過程的可視化為目的，通過KanBIM技術模式在該廠房工程中的應用，施工人員通過該技術平臺可以對作業(yè)情況一目了然，可以自主全面理解工作內容，對上級指派的任務進行高效完成。通過對采購時間的合理分配和調整，大大提升了重要工序的材料保障能力，顯著降低了消耗采購庫存量的水平，KanBlM技術在壓縮項目進度和節(jié)約成本方面發(fā)揮了顯著作用（見表2-表4）。借助該技術對工程質量問題進行可視化的表述和PDCA處理，顯著提高了驗收批的工程質量的合格率。經(jīng)過對該技術模式應用三個月的檢驗批、分部工程質量、分項工程驗收情況的匯總，顯現(xiàn)為100%的合格率，驗收優(yōu)良率比單位同類項目提高了8%。通過對BIM技術的應用，更方便了施工人員對日常信息的有效獲取，并成為對工程深度了解的平臺，真正形成全員都用BIM、全員都會用BIM、全員都愿意用BIM的局面。

表2 BIM應用之前的成本和工期

表4 BIM應用前后成本和工期效果對比分析

5 結束語

本文通過某廠房工程實例介紹了工程施工現(xiàn)場圍擋和封閉管理、基坑開挖、安全防護措施，利用BIM技術平臺的3D安全信息模型分析了基坑開挖、多塔作業(yè)等安全生產(chǎn)關鍵影響因素，采用4D施工模擬查看可視化效果保證了安全管理關鍵技術的落實。在實際施工前就能全面掌握項目安全信息，特別是利用可視化模型分析找出施工階段的潛在危險源，保證了安全管理關口的前移，完全打破了施工實踐時依靠經(jīng)驗進行安全管理的傳統(tǒng)模式，既為施工人員安全交底和項目全過程的安全管理提供了強有力支撐，全面提升了施工安全管理風險分析的精準性，也說明了在安全管理中應用BIM技術具有實際意義和優(yōu)勢。

表3 BIM應用之后的成本和工期