探討基于BIM 技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)施工安全管理應(yīng)用

李為浩

因?yàn)楣て诙?、?qiáng)度高、重量輕等優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)建筑已逐步代替了從前的鋼混結(jié)構(gòu)建筑并得到廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)的大型鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝日趨成熟和復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工難度不斷增大，帶來(lái)了新的隱患與風(fēng)險(xiǎn)。之前很多工程師、設(shè)計(jì)師創(chuàng)新了施工方法和技術(shù)，取得不錯(cuò)的成效，最有效的方法就是將BIM（即建筑信息模型）技術(shù)運(yùn)用到施工項(xiàng)目當(dāng)中，但此項(xiàng)技術(shù)還在起步階段，尚需完善。

伴隨國(guó)家整體經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步推進(jìn)和發(fā)展，城市化建設(shè)也在加速，高層建筑的數(shù)量日益增多。一個(gè)項(xiàng)目在構(gòu)建時(shí)，要采用鋼結(jié)構(gòu)，包括交叉作業(yè)、大型設(shè)備的使用、重型吊裝等手段，這些在施工中都存在安全隱患。另外很多建筑行業(yè)的安全管理制度不健全，現(xiàn)場(chǎng)管理人員的安全意識(shí)不強(qiáng)，所以為確保大型施工項(xiàng)目的安全性，需將BIM 技術(shù)在前期工程中應(yīng)用起來(lái)，主要是在各企業(yè)里建立標(biāo)準(zhǔn)的BIM 族庫(kù)；在工程前期能識(shí)別危險(xiǎn)源或劃分危險(xiǎn)區(qū)域，有效保證開(kāi)工后現(xiàn)場(chǎng)和人員的安全；搭建3D 實(shí)景漫游用于安防巡視；減少平面管理和空間管理的沖突，確保作業(yè)環(huán)境的安全性；將可視化技術(shù)交底，提高作業(yè)人員的安全意識(shí)和應(yīng)急反應(yīng)的主觀能動(dòng)性，使現(xiàn)場(chǎng)的安全管理有效而清晰。本文詳細(xì)闡述了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工管理方面的應(yīng)用。

1.BIM 技術(shù)簡(jiǎn)述

作為建筑行業(yè)的一項(xiàng)新興技術(shù)，BIM技術(shù)在這幾年逐漸發(fā)展起來(lái)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一種動(dòng)態(tài)3D 建模程序，是將各種信息資料進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)算法模擬再現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)手段。這些新型技術(shù)的運(yùn)用可以清楚地發(fā)現(xiàn)施工中的不利因素，從而確保工程項(xiàng)目的高效推進(jìn)。BIM 技術(shù)能更加完整地收集資料，大幅提高施工管理的成效，推動(dòng)各環(huán)節(jié)工作的進(jìn)度。模型可視與信息優(yōu)化是BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，它可以利用物理原理和構(gòu)建對(duì)象的幾何圖形將各個(gè)項(xiàng)目中的功能直觀展示出來(lái)，也可以提取模型中關(guān)于建筑的關(guān)聯(lián)信息，亦可以通過(guò)優(yōu)化圖紙數(shù)據(jù)，測(cè)試出圖紙的完整性和可行性，保證工程項(xiàng)目順利進(jìn)行。

2.BIM 技術(shù)在安全管理上的特性

動(dòng)態(tài)優(yōu)化、可視化、仿真模擬化是BIM 技術(shù)在安全管理上的幾大特點(diǎn)。就“可視化”技術(shù)來(lái)說(shuō)，極大地縮小和簡(jiǎn)化了施工現(xiàn)場(chǎng)的抽象范圍，改進(jìn)了各個(gè)階段的可視化能力。這些都得益于技術(shù)開(kāi)發(fā)人員將建模呈現(xiàn)出了三維動(dòng)態(tài)的效果，而且含有大量的參數(shù)和模塊疊加。在運(yùn)用BIM 技術(shù)時(shí)，技術(shù)開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)建模獲取數(shù)據(jù)，有利于工程現(xiàn)場(chǎng)的管理組織和安排以及多種儀器和大中型設(shè)備的構(gòu)建。BIM 技術(shù)的場(chǎng)景模擬化特性，能分析模擬周遭環(huán)境的地質(zhì)構(gòu)成、地層和環(huán)境裂縫等數(shù)據(jù)，為施工形式、高程以及結(jié)構(gòu)位置等提供可行性的治理措施，保證整體建筑的安全性和穩(wěn)定性。在整個(gè)實(shí)施過(guò)程中，先進(jìn)的BIM 技術(shù)發(fā)揮了其對(duì)安全管理的預(yù)判、分析能力，并且對(duì)不同的環(huán)境特點(diǎn)與建筑進(jìn)行適應(yīng)和轉(zhuǎn)換。同理，BIM 技術(shù)可以在工程前期判別危險(xiǎn)因素，制定最佳的施工工藝策略，杜絕安全隱患。例如：搭建腳手架、支架、基坑防護(hù)、安裝吊籃等過(guò)程，BIM技術(shù)也可以提前優(yōu)化。開(kāi)展工程項(xiàng)目時(shí)，一般需要對(duì)施工動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤和優(yōu)化，只有在不斷變化的外部環(huán)境中，適時(shí)調(diào)整建模過(guò)程中的數(shù)據(jù)資料，才可控制好成本，保證工程項(xiàng)目的順利完工。

3.工程施工中的安全問(wèn)題

（1）相關(guān)設(shè)備和技術(shù)落后。先進(jìn)而實(shí)用的BIM 技術(shù)為工程施工提供了極大的便利條件，但是想要此項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮更大的作用并廣泛應(yīng)用起來(lái)，就要有設(shè)備和技術(shù)的支持。根據(jù)目前狀況來(lái)看，支撐BIM 技術(shù)的相關(guān)設(shè)備還很落后，很多工程管理人員和技術(shù)人員對(duì)BIM 技術(shù)一知半解，在應(yīng)用上也很滯后，完全沒(méi)有發(fā)揮其效力。還有部分建筑單位為了節(jié)省成本，依然采用傳統(tǒng)的管理模式和技術(shù)設(shè)備，導(dǎo)致BIM 技術(shù)的浪費(fèi)和整體施工效率的低下。

（2）安裝大中型構(gòu)件時(shí)的隱患。廠房在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要安裝很多高體量的構(gòu)件裝備。比如鋼柱，假設(shè)在安裝時(shí)固定不好，會(huì)造成傾斜甚至翻倒，威脅施工人員的生命安全。另外鋼柱本身沒(méi)有爬梯，在起吊時(shí)還要靠人工輔助，施工人員上下時(shí)沒(méi)有保護(hù)措施，也有墜落的風(fēng)險(xiǎn)，極易發(fā)生高處墜落事故。因此現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)必須依靠人工調(diào)控和干預(yù)，確保施工人員的安全。但是整體移動(dòng)時(shí)如果安裝不到位或哪個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，仍然存在發(fā)生意外墜落的可能性，威脅到施工人員的人身安全。

（3）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑后續(xù)的管理不足。一般鋼結(jié)構(gòu)的建筑都不耐高溫，每個(gè)項(xiàng)目建成后都要依據(jù)不同的防火級(jí)別進(jìn)行針對(duì)性的防火處理。而且鋼材自身不耐腐蝕，建好的建筑要定期維修和檢查，更換老化的構(gòu)件。以上現(xiàn)象是傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑最常見(jiàn)的問(wèn)題，在后續(xù)管理中也很繁瑣，一直以來(lái)都沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)科學(xué)的解決方案，但是BIM 技術(shù)卻填補(bǔ)了這項(xiàng)空白[1]。

4.工程安全管理上的運(yùn)用

（1）科學(xué)運(yùn)用BIM 技術(shù)可降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)建筑的復(fù)雜性、鋼管種類(lèi)的多樣性導(dǎo)致施工工程難度加大，所以作業(yè)過(guò)程中會(huì)存有各種風(fēng)險(xiǎn)。以往的CAD 圖紙?jiān)趯?shí)地測(cè)量和作業(yè)中有局限性和不足，而運(yùn)用了BIM 技術(shù)后，這些問(wèn)題都得以解決?；诖隧?xiàng)技術(shù)，用實(shí)景模擬的方式便可把作業(yè)過(guò)程中的安全隱患找出，挖掘原設(shè)計(jì)的漏洞和不足，制定科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，減少作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，建立安全屏障。BIM建模技術(shù)實(shí)際上是對(duì)施工前的模擬工作，跟實(shí)際作業(yè)差別不大。它可以預(yù)演整個(gè)施工過(guò)程，提早發(fā)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程中的問(wèn)題并給出解決方法。合理利用BIM 技術(shù)可以規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)施工中的不利因素和問(wèn)題，把安全管理前置化，提高工程質(zhì)量[2]。

（2）對(duì)設(shè)備沖突和機(jī)械碰撞的檢測(cè)。鋼結(jié)構(gòu)工程在施工期間會(huì)有大量的立體交叉施工，如果設(shè)計(jì)不合理或現(xiàn)場(chǎng)秩序混亂，會(huì)引起設(shè)備碰撞或沖突現(xiàn)象，對(duì)項(xiàng)目的安全和推進(jìn)不利。檢測(cè)機(jī)械碰撞和設(shè)備沖突包含以下兩點(diǎn)：①管線沖突與碰撞的檢測(cè)。在綜合型的施工現(xiàn)場(chǎng)，都有大批布控復(fù)雜的設(shè)備管線，伴隨施工進(jìn)度的推進(jìn)，這些管線會(huì)有空間碰撞和沖突，造成安全隱患。利用BIM 技術(shù)對(duì)作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模，合理布局管線系統(tǒng)，預(yù)演過(guò)程，集中穿插調(diào)配，一旦發(fā)現(xiàn)沖突就能讓技術(shù)人員警覺(jué)并重新調(diào)試監(jiān)測(cè)，直到隱患解除。②機(jī)械沖突與碰撞的檢測(cè)[3]。在各種工程項(xiàng)目中，必須有大型的機(jī)械設(shè)備和裝備作為輔助，方便工程材料的運(yùn)輸和安裝，然而，這些大型設(shè)備和裝備需占用龐大的空間或場(chǎng)地，如果沒(méi)有有效地進(jìn)行管控，那么設(shè)備和設(shè)備之間或設(shè)備和建筑之間都會(huì)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致安全事故。所以，通過(guò)BIM 技術(shù)，可以根據(jù)大型機(jī)械設(shè)備的幾何構(gòu)造及運(yùn)行規(guī)律構(gòu)建動(dòng)態(tài)的3D 模型，模擬其運(yùn)行軌跡，有效預(yù)防沖突和碰撞，維持現(xiàn)場(chǎng)秩序[4]。

（3）對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的平面布局。在施工的不同階段，都會(huì)受到天氣、環(huán)境、地形等因素的影響，擾亂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的平面布局。所以在工程項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，務(wù)必系統(tǒng)科學(xué)地布置施工現(xiàn)場(chǎng)。建筑行業(yè)以往都采用CAD 制圖等手段進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的平面布局，但其弊端較多，沒(méi)有具體的劃分細(xì)則，沒(méi)法適應(yīng)復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在作業(yè)中常常出現(xiàn)矛盾，例如各種物料的碼放和存儲(chǔ)、臨時(shí)設(shè)施的安裝和搭建、設(shè)備的反復(fù)搬動(dòng)等，都增加了人工損耗和費(fèi)用。如果利用BIM 技術(shù)搭建三維場(chǎng)景，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，則解決了以上問(wèn)題。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不同區(qū)域應(yīng)該如何布局，各個(gè)樓層需要做防護(hù)的具體位置，搭設(shè)外架的標(biāo)準(zhǔn)，宣傳廣告的掛設(shè)位置等等都可以通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，搭設(shè)外部腳手架之前，可以先進(jìn)行3D 建模，以防后期結(jié)構(gòu)上的沖突；優(yōu)化安裝、空調(diào)和消防等模塊的設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)防各種不必要的設(shè)備管線碰撞，檢測(cè)項(xiàng)目圖紙的合理性并及時(shí)修正，以免影響工程進(jìn)度和施工質(zhì)量[5]。

5.總結(jié)

BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中得到廣泛應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)具有工期短、抗震效果明顯、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等突出特點(diǎn)，已逐步取代了鋼混結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)施工工藝。但是因?yàn)槠浔旧淼氖┕ず同F(xiàn)場(chǎng)管理難度大、技術(shù)要求高，所以沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。BIM 技術(shù)在項(xiàng)目后期的管理中也有很大作用，能為建筑的維護(hù)和保養(yǎng)提供便利。隨著信息化和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的運(yùn)用和信息構(gòu)建將是歷史發(fā)展的趨勢(shì)，一定會(huì)給建筑行業(yè)注入新的契機(jī)和活力。