BIM 技術對高層建筑施工安全預警的研究

羅人蜜

（湖南高速鐵路職業(yè)技術學院，湖南 衡陽 421002）

0 引言

我國城市建設范圍正在不斷擴大，隨著城市建設規(guī)模的擴張，城市用地緊張，土地資源不足的現狀日益顯著。首先是農村人口向城市地區(qū)的大規(guī)模轉移帶來了城市空間需求的急速上升；其次是城市規(guī)劃內容不斷豐富，用地種類繁多帶來的城市用地緊張[1]。高層建筑具有空間集約化運用的優(yōu)勢，是城市建設的優(yōu)選用地規(guī)劃策略。同時高層建筑的施工過程中存在較多問題，諸如安全系數、高空耗材、施工難度等，這些問題都是阻礙高層建筑進一步推廣、提效的關鍵因素。應用BIM 技術能夠將預期計劃的方案策略與實際監(jiān)測的數據結果相結合，預警可能發(fā)生的危險和隱患，從而做到有效的危險排查，提高工程實施的安全系數。

1 高層建筑工程安全隱患

高層建筑的施工過程較為復雜，程序較多，因此施工過程中存在的安全隱患較多，加大了施工難度。主要危險因素有以下幾種：

（1）高空物體墜落。高層建筑的施工建設有一半工作都是通過高空作業(yè)來完成的，因此高空物體墜落帶來的安全隱患系數較高。高空作業(yè)的危險性加上施工隊伍工人的流動性，這就造成了一個危險頻發(fā)的現場環(huán)境[2]。在物理原理作用下，高層重物掉落會導致嚴重的傷亡事件風險，如果沒有相應的防護措施，高空墜物隱患帶來的是不可逆的人身傷害。對高層建筑工程作業(yè)來說，高處的作業(yè)量大，工作物料較多，工地本身就屬于密集型事故多發(fā)地，排除高空墜物隱患就顯得尤為重要。高空作業(yè)造成的危險會導致較為嚴重的人員傷亡和財產損失等，而且此類危險事件發(fā)生的頻次較高，合理規(guī)避此類風險對于高層建筑工程來說十分重要。

（2）局部塌方事故。和一般高度的建筑物相比，高層建筑的架空、層高、負重三方面特征為其施工過程帶來了難度和危險系數。施工所需的人工、物料都給工作帶來了較大的重量負荷，因此局部塌陷的危險事故更容易發(fā)生。施工作業(yè)現場一旦發(fā)生坍塌事件不僅會造成大量的人員傷亡和經濟損失還會延誤工程進度，影響城市建設的整體規(guī)劃。大部分的高層建筑都需要高架板材支撐，腳手架、模版等施工設備也會導致部分施工意外事故，施工設備坍塌誤傷工人的意外事件每年都會發(fā)生。為避免人身和財產安全損失，合理規(guī)避工地坍塌事件是對施工工人生命的尊重也是對社會責任的合理擔當。因此合理解決工地局部坍塌性事件的發(fā)生能夠減少高層建筑工作的安全隱患。為工人施工提供一個安全良好的作業(yè)環(huán)境，加快施工進度和效率，增強高層建筑施工建設的質量和水平。

（3）重物碰撞打擊威脅。根據相關數據分析，重物碰撞造成的人員傷亡率也比較高，還會造成施工設備的磨損、破壞及修復問題。工地施工建設過程中會有眾多機械設備及作業(yè)物料，體積和重量都比較大，是工程實施過程中的安全隱患。高層建筑施工現場的特點是重物密集，且有升降動作。因為施工節(jié)奏較為緊張，工人數量多導致人員密集，流通空間也有限，容易造成重物對工作人員的誤傷。合理有序的施工環(huán)境才能保障施工作業(yè)的高效實施，如何高效處理繁雜重物之間的碰撞以及意外打擊事件，是平臺安保工作人員需要特別關注的細節(jié)問題。此類事件的發(fā)生頻率穩(wěn)居意外事故前三，因此處理好工人在交叉作業(yè)時的意外碰撞等偶然事件能夠有效保證工作人員的人身和財產安全。

（4）機械碰撞傷亡。缺乏安全裝置的工作環(huán)境會導致安全隱患的產生。為了避免機械碰撞帶來的傷亡，需要對施工機械進行專業(yè)化的安全管理工作。首先要對機械故障采取及時有效的修繕工作，減少傷害行為的擴大，通過風險屬性識別采取對應的改進策略。另外對于有先天缺陷的機械要進行及時的檢查和維修，確定出現問題的環(huán)節(jié)，如采買失誤、使用磨損等。因此定期檢修流程必不可少。

2 高層建筑施工危險標識及預警系統(tǒng)

2.1 高層建筑施工危險標識

為加強高層建筑施工的安全系數，明確危險標識并建立完善的預警系統(tǒng)是安防工作的重要內容。BIM 技術應用于高層建筑施工的優(yōu)勢就在于可視預警的實現，綜合腳手架、高架板材以及塔吊設備的位置匹配優(yōu)勢，借助傳感技術搭建可視預警系統(tǒng)。（1）通過寬帶技術的延伸方式：UWB 超寬帶，打造實時傳輸通道實現報警器的敏感感應預警。當有人員在危險地帶徘徊時，系統(tǒng)會及時感性并發(fā)出預警信號提醒相關人員遠離危險地帶，防止高空墜落事故發(fā)生。（2）為了避免工人被重物砸傷，運用UWB 技術將塔吊和高架板材的狀態(tài)進行監(jiān)控和預測降低坍塌事故對工作人員帶來傷害的幾率。（3）通過UWB 技術改進環(huán)境安全系數檢測系統(tǒng)，給施工設備安裝較為完備的傳感器，由此實現實時監(jiān)測工作環(huán)境，降低重物雜亂導致的碰撞砸傷事件。

2.2 高層建筑施工預警系統(tǒng)

隨著新興技術的發(fā)展，高層建筑施工技術也受到了專業(yè)領域的影響。預警系統(tǒng)和預警技術的改善促進了高層建筑施工環(huán)境的極大改善。新興技術應用于高層建筑領域，不僅為其安全保障帶來了可靠性來源，而且對于施工準確性來說有性能方面的全面提升效果。目前我國高層建筑施工預警系統(tǒng)也十分注重器具的使用和安全防護理念的更新。安全管理方法已經區(qū)別于傳統(tǒng)的控制缺失模式，充分做到全面實時監(jiān)控人的行為和物的狀態(tài)。技術之間的融合也極大程度地提高了施工管理水平。高層建筑施工的預警系統(tǒng)強化管理是建筑行業(yè)發(fā)展的必然要求，也是安防預警系統(tǒng)發(fā)展的應用路徑。

2.3 安防預警系統(tǒng)之于高層建筑施工的可供性

通過一般的STAMP 模型的基礎建模數據可以發(fā)現，施工環(huán)節(jié)的控制器是施工項目管理人員的主要操縱環(huán)節(jié)，通過對變量數據的檢測達成傳感器的高效運行。傳統(tǒng)的管理方式存在時間、工作飽和等漏洞，不能對重大安全事故做出及時的預警和決策反應。為了提高施工安全可靠性，采用相應的安防預警系統(tǒng)能夠及時發(fā)現偶然事件并依據風險類型做出抗風險策略。針對傳統(tǒng)的效率低、可靠性差的施工控制手段，同時會帶來信息滯后的安全管理漏洞。及時流動安全信息，保證檢測技術和可視化技術的正常運轉能夠優(yōu)化整個施工流程。通過高層建筑施工意外事故數量統(tǒng)計發(fā)現，高空墜落、物體打擊、坍塌、機械傷害等類型造成的安全事故不在少數，通過安防預警系統(tǒng)對相關風險事故進行規(guī)避勢在必行。

3 BIM 預警系統(tǒng)的工作原理

3.1 BIM 預警系統(tǒng)

BIM 技術應用于高層建筑施工領域的起點是模型式應用，通過仿真性搭建實時監(jiān)測系統(tǒng)來實現隨時預警危險事故的發(fā)生。為應對各類施工安全威脅，足夠真實的模擬檢測和準確的預警系統(tǒng)需要相關設備和軟件的搭配組建。通過對施工現場環(huán)境的相關數據檢測，技術人員將這些準確的數據按順序傳輸至預警系統(tǒng)模型計算和相關性分析。下一步則是根據數據結果搭建BIM 模型，為施工提供各類建模基礎。BIM 信息模型的成功案例包括眉山春熙廣場、伊泰·天驕工程、成都綠地中心東村4 號地塊、德陽恒合工業(yè)云等。通過合理考量的施工模型，在搭建和施工過程中都會得到全面的安全保障和預警提醒。

3.2 BIM 系統(tǒng)的工作內容

高層建筑的施工內容具有階段性，因此相關的安全預警工作也要根據工程進度實時調整和更新。就BIM 的具體工作內容來說，首先是建筑模型的落地，根據工程的實況建立相應的建筑模型并依據模型掌握危險點的分布，達到有效的警示作用。另外還要檢測感應設備的敏感度，進行不同種類的敏感度實驗。數據的實時采集也影響著設備感應檢測的靈敏度，因此要將預設的設備參數與實際實驗數據相校對保證預警系統(tǒng)的準確性。

3.3 BIM 系統(tǒng)操作流程

BIM 技術的開發(fā)與應用是21 世紀對建筑行業(yè)影響比較大的一項新興技術，BIM 技術本身具有可視化、碰撞檢查、虛擬施工的特點，能夠高效溝通各個部門之間的問題解決能力，滿足可視化安全性能監(jiān)察要求。通過BIM 虛擬施工技術構建多維立體的數字化安全管理系統(tǒng)，分析施工關鍵的細節(jié)和薄弱環(huán)節(jié)，運用規(guī)則化檢查方法規(guī)避風險，進行高效的質量檢查。BIM 的工作流程能夠有效減輕風險，結合IPASS 系統(tǒng)統(tǒng)籌安排施工活動和施工現場的安全計劃，不僅能夠提前預防，還能實現流程完善功能，及時對危險情況進行把控。合理布置施工現場降低施工安全風險，合理控制施工不同階段的危險系數。

4 BIM 系統(tǒng)應用案例

通過案例解讀來進一步更新系統(tǒng)、完善檢測設備，有助于更加精準地預警安全問題和隱患，避免造成更加嚴重的損失。每一種新型技術的廣泛推廣都要先經過局部案例的檢驗和階段性考核，經過改良和完善的經驗性模型才具備大范圍推廣的條件。某地區(qū)試運營BIM 技術模型的狀況如下：使用UWB 寬帶技術搭載的檢測系統(tǒng)半年時間，并隨時根據工程進度調整傳感器等感應設備及零件，預警次數逐漸減少[3]，有效降低了安全隱患事件發(fā)生的頻率。通過實操過程中的數據印證，BIM 技術確實能夠為高層建筑的安保工作帶來實質性影響。

5 BIM 系統(tǒng)應用優(yōu)化分析

BIM 系統(tǒng)的應用優(yōu)化仍待改進，虛擬施工技術的加持給高層施工技術帶來了很多有益的改良，同時要求相關配套技術的跟進完善，以及相關設施的高效化改進。BIM 技術的核心要求就是無線傳感網絡技術的應用，通過信息采集和數據處理功能形成分布式傳感網絡，因此細節(jié)的敏感性和精確性關系到BIM 技術通信能力和無線傳輸能力的拓展。

另外短距離的低消耗傳輸功能是BIM 系統(tǒng)應用過程中優(yōu)化的重點，傳感器鏈接的距離一般保持在100m 左右，休眠消耗和工作消耗的數據規(guī)劃需要得到基層節(jié)點的功率優(yōu)化，保持傳感器低能消耗的持續(xù)性能要求。

短距離的無線傳輸也是BIM 技術需要優(yōu)化的關鍵點。傳感器的每一次跳動和反應都聯通了較小的電流工作系數，靈活的組織形式能夠穩(wěn)定跳脫系數，保證傳感節(jié)點工作的穩(wěn)定性。通過傳感節(jié)點的加入或者撤退，多跳網絡的結構會發(fā)生自適應性改變，實時更新傳感器節(jié)點的工作速度和節(jié)奏[4-5]。以此保證BIM 系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和高效性，避免個別節(jié)點失效或者脫節(jié)的可能性，促進系統(tǒng)應用的高效運轉。

6 結束語

高層建筑的施工建設不同于普通建筑工程，其風險性更高，設備操作更加復雜，因此對安全設備的管理和檢測要更加具有嚴密性和科學性[5]。BIM 技術的應用優(yōu)化了高層建筑施工團隊的效率和安全系數，能夠很好地實現工程安全檢測的可視化和動態(tài)化的效果。運用新型科技技術為不同的施工作業(yè)提供定制化的危險事故預防模型已經成為當代建筑施工團隊的必備技能，為保證施工團隊人員的人身安全和工程隊伍的財產安全，高效甄別施工作業(yè)過程中的安全隱患，排除風險事故是各個工程隊伍的首要工作。了解、掌握并合理運用BIM 技術識別安全管理風險并做出高效預警是我國未來建筑工地安防系統(tǒng)的常態(tài)化發(fā)展方向。