試析裝配式建筑安全管理中BIM技術的應用

翁益民

【摘要】本文介紹了裝配式建筑施工安全風險以及BIM技術在施工安全管理過程中的主要應用。將BIM技術引入裝配式建筑安全管理，從施工方案優化、施工場地布置、安全教育培訓等多個方面全面分析BIM在裝配式建筑安全管理中的應用情況，最后出助案例進行應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

【關鍵詞】裝配式建筑;BIM技術;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，施工管理經驗及理論技術研究相對缺乏致使現階段裝配式建筑安全管理風險上升。建筑信息模型BIM技術是一種三維幾何數據模型，作為信息化技術的一種，其準確的定義應該為：利用數字化的表達方式將建筑項目的物理特性和功能特征展現出來，BIM技術是建筑項目全周期可靠的知識共享及決策基礎，同時也是構建建筑虛擬模型的行為?？梢夿IM技術在建筑初期就為項目提供了施工方案，策劃，及程序保證。BIM還擁有強大的數據處理能力。其強大的加點處理能力和多用戶協同工作模式給工程進度節省了時間，其數據可以與云端技術相結合，數據隨取隨用，模型和圖紙的永久關聯保證了構件準確的制造。BIM技術采用模塊化的方式建模，接觸構件都包含建筑信息和屬性，在遇到需要變動的情況下，只需要對相關模塊的屬性進行修改。整個施工項目都可在BIM技術平臺實現，其施工階段主要包括規劃，設計，施工，運營維護等。

裝配施工的BIM可視化交底技術實現：所有裝配建筑的工序，施工關鍵注意點，安裝步驟及風險點，以及質量交接工藝標準等，這些都可以以視頻文件的方式進行傳輸，播放，給現場工人施工，提供了極大的便利性。BIM技術的設計思路不同于傳統建筑設計理念，將整體思路進行分解細化，并將設計方法劃分成四個階段：預制構件庫構建形、BIM模型構建、BIM模型結構參數分析與BIM模型建造實施。

具體操作在裝配式建筑的施工階段，主要作用在兩個方面：（1）構件管理：構件實體的管理以及施工中質量進度控制的結合對構件的生產和運輸及在施工現場的存儲管理和施工進度質量等成本控制實現完整監控。（2）施工過程中的質量與進度控制：通過BIM的標簽技術、生產工藝、施工過程、運營維護、報廢回收等階段結合起來，不但可以解決信息創建、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數據庫為裝配式建筑施工奠定基礎，對于實現建筑工業化有極大推動作用。

圖2? 基于BIM的裝配式結構設計方法

1、裝配式建筑施工危險源分析

裝配式建筑日益發展成為我國建筑業的中堅力量，諸多傳統現澆式建筑安全隱患在裝配式建筑施工機械化、生產工廠化等優勢下不復存在。然而裝配式建筑機械拆裝、構件吊裝、人機配合等復雜作業較多，稍有不慎即有可能引發安全事故，新的安全隱患危險源仍不容忽視。

1.1施工方案編制不清晰

裝配式建筑配合環節眾多。其中施工方案在編制過程中難免有漏洞，尤其在臨時性工程上表現明顯。例如裝配式陽臺板，預制梁等預制構件的安裝都需要在吊裝時設置臨時支撐部件，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位置等表述不清楚，在現場實際生產中一旦安裝偏差過大，臨時支撐系統很容易發生受力不均，站樁不穩等安全隱患，有時還會發生預制構件失穩的安全事故。

由此看出，施工方案對工程質量、安全、進度等均能產生直接的影響，而且還會牽涉到建設項目的人力、物力、環境和技術等多個方面的影響維度。

1.2施工場地布局不合理

裝配式建筑的最大特點就是，標準件的施工順序及吊裝組合。在施工前就需要將相應物資運輸儲存，以保證工程建設的順利開展。例如裝配式建筑構件現場存放位置與物料運輸，塔吊運轉等諸多環節前后相關，若擺放位置不合理，則塔吊運轉時將極易與較大構件發生碰撞，引發構件墜落、倒塌等重大安全事故。另外，裝配式建筑還存在交叉作業較多的安全隱患。無論從時間跨度，還是立體跨度，交叉作業都在所難免。

1.3現場施工作業安全隱患

塔吊設備是裝配式建筑最重要的吊裝工具，頻繁的吊裝作業也預示著安全風險會增加。也是裝配式建筑使用最多的大型機械工具之一。塔吊的安全運行對項目安全施工至關重要。在實際運行當中，塔吊經常出現的故障主要由：機械故障、操作失誤、塔吊指揮不當、引導員配合不當等。每一個失誤都會引發嚴重的安全事故：如構件墜落、碰撞、倒塌等。

1.4現場應急疏散方案不完善

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

1.5安全培訓工作未落實

裝配式建筑的從業人員必須進行嚴格的安全教育，并建立三級教育制度，從入職到上崗，安全教育應該貫穿施工人員的整個作業過程，并將技術與安全相結合。在安全教育過程中，應該避免說教宣講、死記硬背書面考試的形式，有條件的可以開展實訓操作，構件拼接，事故教訓及模擬體驗，等進一步較深員工的安全意識。所有安全教育要留檔，有記錄，并定時檢查培訓效果。

2、裝配式建筑安全管理中BIM技術的應用

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

2.1施工方案優化

施工方案優化對于裝配式建筑項目實現效益最大化意義重大。傳統方式下施工方案的優化主要依靠施工前現場調研，制定多組施工方案以備項目經理做出最優化選擇。此方式下制定的施工方案過多依賴現場調研人員的主觀經驗完成，對施工過程及技術細節很難全面展示和精準把握，方案中難免出現設計漏洞，不能法足裝配式建筑構件精準化施工的要求。運用BIM技術對相關施工方案進行比選時，通過創建相應的安全信息模型對不同的施工方案進行三維模擬，在施工前仿真模擬出預制構件從進場到安裝的全過程，并重點反復進行碰撞監測分析，使安全隱患在施工模擬中徹底暴露，為施工方案的優化比選提供依據，并根據系統出具的分析報告，不斷深化改進預制構件的吊裝、安裝、運輸、堆放、設計等方案，使最終的裝配式建筑施工方案達到最優化安全施工效果。

2.2施工場地布局調整

裝配式建筑是由大量預制構件所組成，交叉作業多，施工工藝復雜施工環境復雜多變，出于施工區域空間方面的限制施工現場布置方案設計如果不夠合理，將會嚴重影響到施工后期的吊裝過程，其至出現沖突安全事故。傳統圖紙停留在紙面描述，對裝配式建筑現場布置中的沖突錯漏無法動態展現。BIM安全信息模型能夠對構建堆放、機械設備、道路設施、地形地貌等施工總平面布置效果進行可視模擬，在此基礎上創建場地布置模型進一步對塔吊作業、車輛運輸、構件存放等環節進行動態模擬，提前發現識別場地布置方案中的碰撞點、沖突點等存有安全隱患之處，并利用BIM軟件進行模擬優化，從而實現最優化的布置效果。

2.3施工現場安全檢查防護

傳統施工管理很難對危險源及時準確定位，BIM安全管理模型將項目進度、設計變更信息同步輸入，使安全設計驗證與安全規則檢查能夠伴隨項目進展變化同步完成，并對危險源問題及時標注提醒，提高安全檢查的時效性、準確性。利用BIM防護功能和BIM模型提供給施工需要防護功能的部位，然后對需要預先進行防護的“四口”和“五臨邊”等事故高發區域進行精準的定位，以防現場工作人員誤入危險區發生危險，利用BIM還可以對現場防護設施設置合理性及防護效果進行實時動態地模擬檢查。此外，模型中包含的項目所在地的氣候、天氣、地質、材料等各項因素，也能為安全檢查和防護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行動態管控，保證安全檢查時效性，降低建筑施工安全風險發生概率。

2.4安全應急疏散方案優化

創造安全疏散逃生條件是裝配式建筑施工現場發生事故時避免擁堵、踩踏等次生事故，減少人員傷亡的關鍵。將BIM安全信息模型和Pathfinder等應急疏散模擬軟件相結合，將BIM模型轉化為應急疏散軟件可識別格式后進行導入，在BIM模型中對施工現場環境的全景模擬，利用疏散模擬軟件的人員蔬散路徑、時間計算、模擬功能，對施工現場進行動態化疏散場景模擬，直觀觀察分析疏散路徑、人員分布、疏散速度等關鍵節點情況，并根據生成的圖表數據協助判斷分析，對既定應急疏散方案進行有的放矢地調整改進，最終生成最優應急疏散方案。

2.5安全教育培訓

BIM安全信息模型可以使用3D或4D技術逼真展示建筑的建造順序，以及更加具體、真實地展示設備、材料、人員等各項參數。對機械進場出場路線等關鍵環節進行預演。在漫游路徑中將安全事故的發生過程以動畫視頻的形式節選導出，得到逼真的安全事故情景。再將視頻動畫導入VR引擎，在VR眼鏡、手柄等設備的輔助配合下，施工人員將體驗到“身臨其境”的事故現場感受。這種新型的安全培訓方式改變了傳統古板的教育形式，從以往的“說教式”教育跨越到如今的“沉浸體驗式”教育，更能激發工人參加安全培訓的熱情，進一步加強現場施工人員的安全意識，使安全培訓能起到更好的警示效果。

3、工程應用案例

蘇州政務中心綜合停車樓項目，位于蘇州市政府北側地塊。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。

該項目將裝配整體式框架與現澆核心筒結構體系相結合，是一種典型的預制裝配式建筑類型。整個項目圍欄及基礎構件裝配率達到92%，其余構件預制率占比達到54%。整個項目研發著重與多組合，多裝配，少規格的基本原則和手段。將預制構件標準化，種類簡單化，從而降低項目成本，體現裝配式建筑的優勢特點;另外，在施工技術方面加強與結構設計的創新整合，達到整個施工過程降低腳手架搭設，無需外模板貼合，減少抹灰面積，無現場堆砌的綠色建筑工程，既達到縮短工期的目的，又實現了項目的環境保護。

該項目中的BIM應用主要體現在：建筑性能設計的模擬利用了Revit軟件核心平臺;預制梁柱節點的精細化設計采用了Cartier軟件平臺;施工過程的可視化模擬和碰撞檢查應用魯班軟件來實現。該裝配式建筑最后獲得了江蘇省建筑產業現代化示范項目和國家住建部裝配式建筑科技示范項目的榮譽，是一例典型的裝配式建筑應用。

結語：

綜上分析裝配式建筑安全管理中引進和應用BIM技術，有效提高了施工質量并控制返工率，既降低了施工成本，在一定程度上又能夠減少事故發生，達到經濟化、安全化施工效果。同時，基于BIM技術的施工安全預防機制對裝配式建筑生產標準的建立更具有直觀和便利性，技術與實踐相結合，對人、機、料、法，環，測等各個方面的持續優化提供了支撐平臺?？傊?，BIM技術的應用引導裝配式建筑安全管理從平面化向立體化轉變，提升安全管理的模擬性和智能化，降低安全風險和事故的發生率推動裝配式建筑施工向最佳管控模式靠攏。

參考文獻：

[1]趙金華，陳懷偉，范曉航.淺談裝配式建筑施工技術特點與安全管理[J].建筑安全，2020（10）：78-80.

[2]賀紅偉.BIM技術在預制裝配式建筑施工安全管理中的應用分析[J].智能城市，2020（11）：102-103.

[3]劉長江.基于BIM技術的裝配式建筑施工安全管理研究[J].住宅與房地產，2018（2）：148.