BIM技術(shù)在地鐵施工安全方面的應(yīng)用淺析

張成方 李 超

（1.天津惠普數(shù)據(jù)中心設(shè)計工程有限公司，天津 300457；2.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251）

隨著經(jīng)濟建設(shè)，交通技術(shù)的發(fā)展，為了解決地面交通擁堵，環(huán)境污染等問題，我國從多年前就開始大規(guī)模的進行鐵路建設(shè)工程。但在地鐵帶動經(jīng)濟發(fā)展，改善交通的同時，我們也應(yīng)當(dāng)看到地鐵施工的安全問題，不良的地鐵施工事故將會帶來很大的負(fù)面影響。根據(jù)統(tǒng)計，從2001年到2010年之間，我國和周邊國家共發(fā)生了100起以上的地鐵施工安全事故。這是由于地鐵施工內(nèi)容，地點，作業(yè)時間等都不相同，極易導(dǎo)致難以協(xié)調(diào)的情況，從而造成安全事故。由于地鐵建設(shè)有周期長、投資大、涉及面廣、工作量大等特點，在建設(shè)過程中稍微有點不注意，就有可能造成質(zhì)量隱患，工期拖延，更有可能引發(fā)安全事故。為了減少地鐵施工事故，傳統(tǒng)的方式已經(jīng)無法準(zhǔn)確完整的報告實時的建設(shè)狀況，所以我們必須要有一個更加高效，高科技的安全集成管理辦法對地鐵施工項目進行全面的，系統(tǒng)的，現(xiàn)代化的管理，這是以BIM作為核心的安全管理模式。基于BIM的建筑信息模型，我們就可以建造可視化的技術(shù)，為地鐵建設(shè)信息化提供基礎(chǔ)，讓管理決策更加信息化，自動化，科學(xué)化，標(biāo)準(zhǔn)化。在帶動地鐵施工效率提升的同時，也大大降低了施工安全隱患。下面，就讓我們基于BIM地鐵施工空間安全管理研究，對于施工空間管理理論，施工空間管理技術(shù)，基于BIM的施工空間安全管理方法，施工空間沖突檢查等問題進行探討。

一 地鐵施工空間管理理論

在地鐵施工活動中，需要空間移動，制作材料和存儲等。隨著施工的進展，施工過程中的空間需求也會發(fā)生不斷的改變，慢慢的可用空間就會越來越少，這樣施工路徑，材料處理就會給施工作業(yè)帶來許多困難。所以必須提前預(yù)測而且要合理安排施工活動所占據(jù)的空間，盡可能的減少對于施工人員的干擾和空間擁擠，不然就可能造成效率低下，質(zhì)量下降，安全事故等問題。認(rèn)識到空間管理的重要性，有助于更好的預(yù)測空間需要，提高利用率。在進行地鐵施工空間管理之前應(yīng)該先認(rèn)清空間的三個特點，即需求、位置、時間三要素，對于這三個要素，都必須相應(yīng)滿足。施工活動需要特定的空間資源，所以施工人員如果共享空間，就可能對雙方造成不利影響，因此，施工時需要足夠的可以用的空間。至于施工空間可以分為三類，一是可使用空間，就是指還沒有建造過程和建筑產(chǎn)品占用的可利用空間。二是施工過程空間，是指動態(tài)的活動，就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程占用的空間。三是施工產(chǎn)品空間，就是靜態(tài)的建筑品占用空間。

二 地鐵施工空間管理的關(guān)鍵技術(shù)

通過網(wǎng)絡(luò)來計劃進行場地安排空間是很常見的施工計劃，一般由施工經(jīng)理來制定分配臨時區(qū)域，管理材料運輸，起重機的位置等。但當(dāng)前這些規(guī)劃時空的方式都不夠直觀，不能夠很好的描繪建設(shè)的空間規(guī)劃。為了施工空間管理就急切的需要一個能描繪動態(tài)施工時間和空間的模型。將BIM技術(shù)引入4D的施工管理，可以有效的解決時變動態(tài)的全部過程問題，而且還可以隨進度變化給予結(jié)構(gòu)給予三維可視化和計算模型，提高施工安全和時變建模的效率，為時變理論的應(yīng)用提供適合的途徑與方法。還可以將BIM技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計細部，設(shè)計檢討和建設(shè)進度檢查，防災(zāi)檢查，設(shè)施管理資料等方面。再利用3D方式協(xié)作一起檢查設(shè)計，減少過去2D的失誤。BIM與3D的同時應(yīng)用在增加了空間上的視覺檢查以外，還校正了各個細節(jié)施工的剖面圖和標(biāo)記說明，避免頻繁的設(shè)計更替。香港理工大學(xué)的李恒教授提出了基于BIM的虛擬施工技術(shù)解決方案。主要分析了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化施工，優(yōu)化管理等問題，這樣就可以降低施工的成本和時間。現(xiàn)在國內(nèi)外對于BIM應(yīng)用的重點在于設(shè)計階段的施工圖生成，圖紙管理，設(shè)計優(yōu)化，施工碰撞檢查和優(yōu)化施工管理上面。BIM技術(shù)大大提高了設(shè)計圖紙的精確度，減少了施工時的事故與突發(fā)情況。

三 基于BIM的施工空間安全管理辦法

根據(jù)地鐵空間的安全開展技術(shù)路線，首先依據(jù)項目BIM的應(yīng)用目標(biāo)，實際設(shè)計圖紙和施工組織設(shè)計建立三維BIM的模型，然后相應(yīng)鏈接進度計劃再模擬施工，最后進行空間沖突檢查，并對危險區(qū)域劃分等級。BIM是被賦予了很多工程屬性的三維圖紙，由圖紙再建立立體的模型。BIM模型一般由結(jié)構(gòu)模型，建筑模型，機械模型和管道模型4部分組成。然后根據(jù)BIM的應(yīng)用目標(biāo)，依據(jù)詳細程度構(gòu)建不同模型且表達其屬性及構(gòu)件。施工模型是在建立上面的主體模型之后建立的模型，為了檢測空間碰撞情況。比如在運土車，挖掘機等運輸工具，其機械臂膀可以在機械旁邊一定半徑內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)，所以只用實體外形3D描述并不能全面反映其在工作時的空間需求。這就需要根據(jù)其運動的軌跡和特性建立一個整體模型。BIM模型信息完整性是根據(jù)應(yīng)用目的，用來確定信息表達的邊界和信息表達的周詳程度，用來避免信息的缺失或冗余。一般構(gòu)建共包含三維幾何的信息，比如形狀，空間位置等等。BIM模型信息統(tǒng)一性是由于BIM應(yīng)用需要的一系列軟件的串聯(lián)，當(dāng)模型在不同的軟件中變換時，因為采用了統(tǒng)一的建模工具而且因為相同的信息標(biāo)準(zhǔn)，同一信息就可以不用重復(fù)輸入。

四 地鐵施工空間沖突的檢查

對于地鐵建設(shè)工程來說，空間不是無限的，而是有限的，所以在工程建設(shè)過程中，設(shè)備摩擦、空間沖突是導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下的主要原因之一，還可能引發(fā)安全事故。每一個工序在進行的時候必須要有足夠的空間來進行活動。比如機械臂長的旋轉(zhuǎn)半徑，施工人員的活動半徑，如果兩者作業(yè)時在空間上產(chǎn)生了沖突，摩擦，就容易導(dǎo)致效率低下，人員傷害，財產(chǎn)損失等后果。所以在開工之前就要用BIM進行動態(tài)施工模擬，用來找出可能存在的問題，用來尋找最優(yōu)機械的行進路線和人員活動的范圍，大大減少了損失和人員傷害發(fā)生的可能性。在進行空間沖突檢測之前，需要對每一構(gòu)件和每一工序占用的空間進行描述，利用邊界法描述BIM的實體外形。此外，對于一些特別的實體，就不能簡單的用外形來描述其占用的空間情況。機械運輸作業(yè)的行為主要表現(xiàn)在其旋轉(zhuǎn)及前進，進行施工模擬的時候機械活動模型應(yīng)該跟著施工機械一起運動，然后查找出周邊可能發(fā)生的所有碰撞可能。

五 總結(jié)

因為地鐵施工的環(huán)境十分的復(fù)雜，施工現(xiàn)場和場外行人車流很多只有一墻之隔，所以可以利用的空間十分有限。加上地鐵施工現(xiàn)場擺放的器具，密集的工作人員，大量建筑材料，這些施工作業(yè)內(nèi)容，地點的交叉容易導(dǎo)致活動空間占用時間和空間上的安全隱患。這樣就必須基于BIM技術(shù)，將施工空間作為一種極其有限的資源進行嚴(yán)格的管理，這樣才可以最大程度的避免地鐵施工帶來的安全隱患。

[1]陳麗娟；基于BIM的地鐵施工空間安全管理研究[M]華中科技大學(xué)2012（1）

[2]高永剛；基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用[J]土木建筑工程信息技術(shù)2010（10）

[3]趙麗琴；基于外部性理論的城市地下空間安全管理問題研究[M]中國礦業(yè)大學(xué)2011（3）

[4]王陳遠；基于BIM的深化設(shè)計管理研究優(yōu)先出版[J]工程管理學(xué)報2012（14）

[5]王華偉；地鐵車站施工現(xiàn)場安全管理研究[M]西南交通大學(xué) 2008（11）

[6]張秋福；鄭州地鐵工程項目施工安全管理研究[M]南京理工大學(xué)2011（4）