基于BIM技術(shù)的 裝配式建筑安全管理探析

朱云珍

以某建筑工程項目實(shí)例為依托，對基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理展開分析論述。研究結(jié)果表明，在裝配式建筑安全管理中應(yīng)用BIM技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)先對BIM的應(yīng)用目標(biāo)及配置加以明確，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建BIM安全信息模型，依托模型對施工場地進(jìn)行模擬布置，并對施工方案加以優(yōu)化，開展安全教育培訓(xùn)，以此來提高施工安全管理水平，避免安全事故的發(fā)生，確保裝配式建筑能夠保質(zhì)、保量、按時完成。

近年來，隨著城市化進(jìn)程的逐步加快，推動了建筑業(yè)的發(fā)展，各類建筑工程項目不斷增多。裝配式結(jié)構(gòu)以其自身所具備的諸多優(yōu)勢，在建筑領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。為確保裝配式建筑施工過程安全、有序開展，可依托先進(jìn)的BIM技術(shù)開展安全管理工作、提高管理水平。借此就基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理展開探析。

一、工程概況

某建筑工程項目占地13.2萬m2，總建筑面積為47.8萬m2，由地上和地下兩部分組成，其中地上建筑面積為32.5萬m2，地下為15.3萬m2。地上建筑的主體部分采用的是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，該項目的規(guī)模較大，預(yù)制混凝土構(gòu)件的數(shù)量較多，為確保施工安全有序進(jìn)行，決定在安全管理中引入先進(jìn)的BIM技術(shù)。下面重點(diǎn)對BIM技術(shù)在該裝配式建筑安全管理中的應(yīng)用展開分析。

二、基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理

1.BIM的應(yīng)用目標(biāo)及配置

（1）應(yīng)用目標(biāo)

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以構(gòu)建起與建筑工程相關(guān)的三維可視化模型，為參建各單位的協(xié)同工作提供支撐，能夠避免各專業(yè)之間的矛盾沖突?；谌S模型，可對裝配式建筑施工中存在的問題和風(fēng)險等級提前預(yù)判，以此來促進(jìn)施工安全管理水平的提升，避免重大安全事故的發(fā)生，保證項目如期完工。在項目施工準(zhǔn)備階段，BIM的應(yīng)用目標(biāo)包括以下幾個方面：設(shè)計圖紙深化、混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、施工流程模擬等。具體工作時，先獲取與施工現(xiàn)場安全有關(guān)的信息，并與項目信息現(xiàn)結(jié)合，依托BIM構(gòu)件模型，滿足施工安全管理的各項要求，在模型的支撐下，對各環(huán)節(jié)模擬優(yōu)化，如完善設(shè)計圖紙、安全教育培訓(xùn)、施工現(xiàn)場平面布置等，并在裝配式建筑正式開始前，將現(xiàn)場所有的風(fēng)險隱患盡可能排除，防止發(fā)生安全事故影響工程質(zhì)量和進(jìn)度；在施工實(shí)施階段，BIM的應(yīng)用目標(biāo)為將之前構(gòu)建好的模型應(yīng)用于現(xiàn)場施工安全管理工作的全過程當(dāng)中，依托計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息同步更新，識別、處理并控制各個施工階段的安全隱患問題，為項目目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供保障。

（2）相應(yīng)配置

在裝配式建筑工程安全管理中應(yīng)用BIM技術(shù)時，系統(tǒng)硬件的配置尤為重要，這是BIM技術(shù)作用得以發(fā)揮的根本保障。由于BIM軟件對計算機(jī)本身的配置要求較高，部分軟件如Fuzor等，在渲染處理時，要求計算機(jī)的CPU具有較高的性能?；谶@一前提，要對計算機(jī)硬件優(yōu)化配置，以滿足BIM的要求，防止應(yīng)用期間出現(xiàn)嚴(yán)重卡頓或是死機(jī)等情況。具體的硬件配置如下：高性能的計算機(jī)搭配圖形處理工作站、激光掃描儀、VR設(shè)備、服務(wù)器、移動站等。BIM應(yīng)用在執(zhí)行期間，要獲得各類管理系統(tǒng)及軟件的支持，在該項目中，要與應(yīng)用模塊及BIM建模相結(jié)合，所以BIM系統(tǒng)軟件的配置應(yīng)滿足相關(guān)要求，具體的配置可根據(jù)安全管理工作的實(shí)際需要而定。

2.BIM安全信息模型構(gòu)建

依據(jù)裝配式建筑施工現(xiàn)場的安全信息，結(jié)合主要構(gòu)件編碼體系的相關(guān)條件，要對具體信息及主要的預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)行編碼處理，通過外部鏈接，并借助參數(shù)化的形式，將相應(yīng)的信息準(zhǔn)確輸入到BIM的基礎(chǔ)模型當(dāng)中。以族的形式構(gòu)建混凝土預(yù)制構(gòu)配件，合理布置個部位的構(gòu)件，如鋼筋、吊鉤等，并建立多個族庫。

3.施工場地布置

在本工程中，裝配式建筑的主要用途為住宅，通過對工程施工現(xiàn)場的總平面圖進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境，利用Revit軟件，規(guī)劃現(xiàn)場地形地貌、道路、臨時設(shè)施等，并構(gòu)建施工場景及BIM模型。同時，向BIM系統(tǒng)中導(dǎo)入Fuzor軟件，以此來實(shí)現(xiàn)漫游模擬操作。

（1）模擬車輛運(yùn)輸

依托Revit軟件，對裝配式建筑施工車輛的相關(guān)信息進(jìn)行添加，通過分析車輛的實(shí)際運(yùn)行效果，對具體的道路路線合理規(guī)劃，保證車輛運(yùn)輸?shù)臅惩ㄐ?，在避免安全事故的同時，提高車輛運(yùn)輸效率。

（2）模擬塔吊作業(yè)

裝配式建筑施工階段，塔吊是不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備之一，它的主要作用是垂直運(yùn)輸混凝土預(yù)制構(gòu)件及各種材料。由于塔吊體量大、操作難度高，從而使其成為裝配式建筑施工現(xiàn)場內(nèi)的主要危險源。本工程的工期比較緊，為趕進(jìn)度，常常會出現(xiàn)多個建筑結(jié)構(gòu)同時施工的情況，也就是說，施工現(xiàn)場內(nèi)會有2臺以上的塔吊交叉作業(yè)。因裝配式建筑施工現(xiàn)場的場地并不是寬闊，所以在多臺塔吊同時作業(yè)的情況下，施工難度隨之增大，風(fēng)險系數(shù)也進(jìn)一步提升，給安全管理提出挑戰(zhàn)。為避免吊塔交叉作業(yè)時發(fā)生安全事故，依托BIM技術(shù)，與施工計劃有機(jī)結(jié)合，采取動態(tài)模擬操作的方法，對布置方案優(yōu)化調(diào)整，具體如下：施工正式開始前，先用Revit軟件和Fuzor軟件模擬處理，分析各方案的特征，從中找出最不利的因素以及存在的不良問題，比如施工碰撞、路線規(guī)劃不合理等，采取有效的方法和措施，對問題加以處理，從而最大限度減少現(xiàn)場安全隱患，增強(qiáng)施工的可行性。

4.施工方案優(yōu)化

（1）優(yōu)化設(shè)計圖紙

依托BIM開展的施工方案優(yōu)化，是基于現(xiàn)場實(shí)際的施工情況，以圖紙作為主要的參考依據(jù)，對BIM安全信息模型進(jìn)行構(gòu)建，利用Navisworks軟件，開展現(xiàn)場碰撞檢測，根據(jù)檢測所得的結(jié)果，改進(jìn)設(shè)計圖紙中的不足。同時在Ruzor軟件下，按施工方案，模擬并分析施工功工序，找出其中存在的問題，據(jù)此對方案內(nèi)容加以優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)反復(fù)多次的模擬處理后，獲得最優(yōu)的施工方案及措施，以此為基礎(chǔ)，對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo)，避免施工中產(chǎn)生過多的設(shè)計變更，最大限度減少安全隱患，消除危險源，避免安全事故發(fā)生，確保建筑工程順利完成。具體的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容及方法如下：根據(jù)設(shè)計圖紙中給出的相關(guān)要求，結(jié)合項目實(shí)際，構(gòu)建BIM安全信息模型，確保模型中有如下內(nèi)容：建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等。隨后將.nwc文件導(dǎo)出，并利用Navisworks軟件開展碰撞檢測，獲得相應(yīng)的分析報告。以Navisworks軟件所具備的導(dǎo)出功能為依托，將碰撞檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果全部導(dǎo)出，通過分析報告的形式呈現(xiàn)。在該報告中，包含如下信息：碰撞點(diǎn)的圖像、名稱、狀態(tài)、網(wǎng)格位置等，將上述信息轉(zhuǎn)換為Excel表格后進(jìn)行編輯和打印，為管理人員開展現(xiàn)場安全管理工作創(chuàng)造有利條件，有效識別可能發(fā)生的碰撞問題，避免圖紙會審時，出現(xiàn)漏審或是錯審等問題?；炷令A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)前，可結(jié)合分析報告中的內(nèi)容，對設(shè)計圖紙優(yōu)化調(diào)整，避免后期施工時不良問題的發(fā)生。

（2）優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件儲運(yùn)方案

本工程中的建筑主體采用是的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，由此使得混凝土預(yù)制構(gòu)件成為施工的重點(diǎn)。在BIM模型中，可以將預(yù)制構(gòu)件的具體施工流程總結(jié)為運(yùn)輸、堆放、吊裝、安裝等模塊?，F(xiàn)場安全管理中，吊裝和安裝所起到的作用比較重要，在設(shè)計圖紙正常的前提下，會直接影響現(xiàn)場安全管理的模塊是預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸與堆放模塊。這個影響具有雙面性，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的信息完整、準(zhǔn)確時，會對運(yùn)輸、堆放環(huán)節(jié)產(chǎn)生積極影響。而在該環(huán)節(jié)中應(yīng)用BM技術(shù)，能夠完成相關(guān)信息的及時存儲，有效解決信息脫節(jié)問題。BIM模型構(gòu)建時，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件及其安全信息進(jìn)行分類編碼，以便在模型中及時查看，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)檢驗收合格后，BIM模型會對相關(guān)的信息實(shí)時更新，如廠家、生產(chǎn)日期、養(yǎng)護(hù)及質(zhì)檢情況等，并形成具有唯一性的二維碼，可將該碼粘貼在相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件上。現(xiàn)場施工人員用射頻裝置掃碼后，便可讀取構(gòu)件的信息，從而使預(yù)制構(gòu)件的信息能夠在整個施工流程中有效傳遞，在提高作業(yè)效率的前提下，使施工安全得到保障。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸前，要結(jié)合實(shí)際情況，編制合理可行的運(yùn)輸方案，運(yùn)輸工具可以選擇平板拖車或是大噸位的卡車，并確保運(yùn)輸途中，車輛盡可能在平坦的路面上行駛。為減輕顛簸對混凝土預(yù)制構(gòu)件的損傷，可采取平躺的形式運(yùn)輸構(gòu)件，并用軟質(zhì)材料對構(gòu)件的四角進(jìn)行包裹，避免運(yùn)輸時受損。預(yù)制樓梯是比較特殊的構(gòu)件，運(yùn)輸時，應(yīng)采用二點(diǎn)支點(diǎn)平躺法，并采取有效的減振措施。結(jié)合運(yùn)輸?shù)缆罚肍uzor軟件，模擬構(gòu)件的運(yùn)輸方案，從中找出不安全因素，選取最佳的解決方案。在施工現(xiàn)場布置預(yù)制構(gòu)件堆放場地時，要以總平面設(shè)計圖紙為依據(jù)，避免產(chǎn)生交叉作業(yè)的情況，消除潛在的安全隱患，防止安全事故的發(fā)生。當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場后，由相關(guān)人員通過射頻裝置掃描構(gòu)件上的二維碼，快速完成構(gòu)件的檢驗及驗收，確認(rèn)達(dá)到后，運(yùn)至指定區(qū)域內(nèi)妥善堆放，隨后技術(shù)人員將預(yù)制構(gòu)件的入場信息輸入到BIM模型當(dāng)中，這樣便可對相應(yīng)的狀態(tài)信息實(shí)時查詢。

（3）優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件吊裝安裝方案

將相關(guān)模型導(dǎo)入至Fuzor軟件當(dāng)中，采用動態(tài)仿真的方法，模擬分析預(yù)制構(gòu)件的吊裝安裝方案。對該軟件的應(yīng)用，能夠為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供條件，導(dǎo)入進(jìn)度計劃后，可創(chuàng)建施工進(jìn)度計劃，當(dāng)需要對施工進(jìn)度計劃修改時，會產(chǎn)生對應(yīng)的文件，將該文件重新導(dǎo)回Project，便可使進(jìn)度計劃保持一致。在Fuzor軟件分析后發(fā)現(xiàn)，其中有數(shù)量眾多的車輛庫，設(shè)定車輛路線，并使車輛按規(guī)定的路徑行駛，通過軟件自帶的抓取功能，配合其他的設(shè)備，可模擬出真實(shí)場景的預(yù)制構(gòu)件安裝過程。具體操作時，可向Revit模型加入與施工安全防護(hù)措施有關(guān)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上以模擬的方式處理，用Fuzor軟件識別預(yù)制構(gòu)件吊裝安裝施工過程中存在的風(fēng)險隱患。對所得的信息分類整合后，據(jù)此優(yōu)化調(diào)整構(gòu)件的吊裝安裝方案，消除潛在的安全問題。如果安全問題無法被消除，則應(yīng)當(dāng)組織相關(guān)人員開展安全教育培訓(xùn)工作，做好預(yù)防措施，使損失降至可接受的程度。為便于參建各方的溝通，將BIM模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2D圖紙的形式，并對數(shù)據(jù)信息同步更新，借助Fuzor軟件的實(shí)時對照系統(tǒng)，快速完成轉(zhuǎn)換。當(dāng)BIM系統(tǒng)啟動后，可以通過窗口呈現(xiàn)進(jìn)度計劃的模擬過程。吊裝安裝施工方案優(yōu)化時，將模型與二維碼有機(jī)結(jié)合，對控制節(jié)點(diǎn)仿真模擬，具體包括預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場堆放方案、吊裝安裝方案等，并且能夠?qū)Ψ桨傅膱?zhí)行過程直觀展示，該過程可反復(fù)操作，直至獲得最優(yōu)方案為止，管理質(zhì)量隨之提升，確保項目施工的安全有序開展。

5.安全教育培訓(xùn)

安全教育培訓(xùn)是裝配式建筑安全管理工作的重要內(nèi)容之一，為達(dá)到預(yù)期中的培訓(xùn)效果，進(jìn)一步增強(qiáng)參與施工人員的綜合技術(shù)水平，使他們了解并掌握更多的安全防范措施，避免安全事故的發(fā)生，可利用BIM模型和VR技術(shù)，構(gòu)建安全體驗區(qū)，讓施工人員在VR環(huán)境中體驗，激發(fā)他們參與培訓(xùn)活動的積極性，并在培訓(xùn)中形成安全習(xí)慣。

（1）VR漫游

將裝配式建筑的BIM安全信息模型導(dǎo)入Fuzor軟件當(dāng)中，并與VR設(shè)備連接，通過控制手柄，施工人員能夠有一種親臨施工現(xiàn)場的感受，對手柄的不斷操控，可以感受到施工中各步驟的要求。利用該方法，能夠使新人在較短的時間內(nèi)了解整個施工現(xiàn)場的情況，而管理人員可對場地內(nèi)的危險區(qū)域及危險源進(jìn)行提前告知，使施工人員對危險源有更加深入的認(rèn)知，從而達(dá)到最終的培訓(xùn)目的。經(jīng)過安全培訓(xùn)的施工人員，安全意識有所提高，施工安全得到一定的保障。

（2）可視化

在BIM安全信息模型中包含大量的安全文件信息，體驗VR時，可從文件中進(jìn)行選擇，并以彈窗的形式呈現(xiàn)文件中的安全信息。管理人員可利用真實(shí)案例，向施工人員介紹相關(guān)工序的操作流程，從而達(dá)到可視化培訓(xùn)的效果，使傳統(tǒng)教育培訓(xùn)效果差的問題得到有效改善。在可視化培訓(xùn)中，施工人員對相關(guān)的操作要求熟練掌握，違規(guī)操作的情況隨之杜絕。與傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式相比，基于BIM的安全培訓(xùn)方式更加新穎，更容易被施工人員所接受。虛擬場景的構(gòu)建不會受到時空的限制，硬件設(shè)備的拆裝非常方便，可以循環(huán)利用，按施工進(jìn)度更新虛擬場景，開展相關(guān)的安全教育培訓(xùn)，不會導(dǎo)致成本費(fèi)用增加，優(yōu)勢非常明顯。

三、結(jié)語

裝配式建筑施工是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容較多，常常會出現(xiàn)多工種交叉作業(yè)的情況，一旦處理不好，則可能導(dǎo)致安全事故。為避免這一問題的發(fā)生，可在裝配式建筑安全管理中引入先進(jìn)的BIM技術(shù)，通過模擬仿真的方法，消除施工中潛在的風(fēng)險隱患，以此來提高安全管理水平。