裝配式建筑安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

張銀川

2015 年，我國制造業(yè)進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級的時期。2016 年開始，全國各地陸續(xù)出臺裝配式建筑行業(yè)的扶持政策。國務(wù)院辦公廳于2016 年9 月印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，指出要不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2017 年3 月出臺了《“十三五”裝配式建筑行動方案》，確定到2020 年，我國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15%以上。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門于2020 年8 月聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》，指出要大力推廣裝配式混凝土建筑，加大高性能混凝土、高強(qiáng)鋼筋和消能減震、預(yù)應(yīng)力技術(shù)的集成應(yīng)用[1]。

國家高度重視建筑安全管理工作，各級地方政府也加大了監(jiān)督力度，確保建筑高效施工、安全生產(chǎn)。由于裝配式建筑流程的精細(xì)化程度較高，對施工組織、施工技術(shù)和施工質(zhì)量都提出了較高的要求。一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，極易引發(fā)安全事故。應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)可以依據(jù)施工計(jì)劃、建筑構(gòu)件等基本信息構(gòu)建四維模型，并依據(jù)該模型對施工過程進(jìn)行動態(tài)模擬，從而有利于安全管理人員快速識別危險(xiǎn)源，針對安全隱患制定管控手段及措施。

1 裝配式建筑安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

將BIM 技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑施工管控領(lǐng)域，基于其共享、可視、模擬的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對安全隱患的及時預(yù)警，保證裝配式建筑工程順利進(jìn)行。

1.1 技術(shù)優(yōu)勢

首先，利用BIM 技術(shù)的5D 施工模擬功能把制造模型、施工進(jìn)度模型、操作模型、成本模型以及建筑設(shè)計(jì)模型等有機(jī)結(jié)合，能夠全面呈現(xiàn)建筑工程每個環(huán)節(jié)的情況。利用BIM 技術(shù)的模型模擬功能，在深入剖析后能夠了解裝配式建筑施工期間所存在的設(shè)計(jì)問題和安全隱患，便于及時采取修正措施。圖1 為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM 模型。BIM 模型可視化的特點(diǎn)還能夠提升安全教育的成效，降低人為因素導(dǎo)致的安全事故發(fā)生概率。其次，將建筑項(xiàng)目有關(guān)信息錄入到BIM系統(tǒng)中，能夠提升信息共享水平，改變施工期間信息不對稱的狀況，便于項(xiàng)目相關(guān)的各方查閱，實(shí)現(xiàn)安全便捷的信息交流。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM 模型

1.2 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

利用BIM 技術(shù)的動態(tài)模擬功能能夠在完工前對建筑各時期、各流程的安全隱患進(jìn)行排查，做好防范治理工作。而且提早進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃可以有效減少安全事故發(fā)生后造成的損失。另外，在開工前進(jìn)行模擬檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的不科學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)而降低返工的可能，避免延長工期，減少建設(shè)費(fèi)用?？傊?，裝配式建筑工程運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行管理后，風(fēng)險(xiǎn)損失以及施工成本得到了降低，確保了項(xiàng)目的收益。

1.3 環(huán)境優(yōu)勢

傳統(tǒng)的建筑安全管理難度大、消耗資源多，安全責(zé)任難以落到實(shí)處，施工安全管理體系不完善，安全檢查技術(shù)滯后，這些都是妨礙安全監(jiān)督管理順利進(jìn)行的因素，因此市場對BIM 技術(shù)的運(yùn)用抱有很大期望。我國政府將BIM 作為未來重點(diǎn)發(fā)展的建筑技術(shù)，并相繼出臺一系列政策措施，為BIM 技術(shù)在建筑安全管理領(lǐng)域的運(yùn)用營造了良好條件。例如《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司2020 年工作要點(diǎn)》中指出，要試點(diǎn)推進(jìn)BIM 審圖模式，提高信息化監(jiān)管能力和審查效率。

2 裝配式建筑施工安全管理中存在的問題

2.1 施工方案編制不科學(xué)

裝配式建筑施工方案的編制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是決定工程質(zhì)量、施工安全和施工進(jìn)度的重要因素。一方面，裝配式建筑施工流程復(fù)雜，多維空間同步作業(yè)，對施工方案的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和專業(yè)性都提出了較高的要求。另一方面，裝配式建筑需協(xié)調(diào)的部位較多，編寫施工計(jì)劃時難免出現(xiàn)差錯。例如，預(yù)制梁、預(yù)制陽臺板等預(yù)制構(gòu)件的安裝均需在吊裝過程中設(shè)立臨時性的支撐結(jié)構(gòu)，如果施工計(jì)劃沒有詳細(xì)闡明支撐點(diǎn)位置與固定連接方法，安裝時就可能產(chǎn)生較大誤差，臨時支撐架構(gòu)出現(xiàn)受力不均衡的概率便會大幅增加，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件失穩(wěn)而引發(fā)安全事故[2]。

2.2 施工場地布局不合理

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件體型很大，對建筑施工現(xiàn)場的存放場地提出了較高要求。同時，對于裝配式建筑工程來說，施工現(xiàn)場交叉施工作業(yè)較多，同一場地大量施工人員同步進(jìn)行不同的施工作業(yè)，這就需要對施工場地進(jìn)行合理布局，就近儲存相應(yīng)物資，以保證工程各個環(huán)節(jié)同步高效開展。如果場地布局不合理，對某項(xiàng)物資的規(guī)劃不夠清晰，就容易與其他工序產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致安全事故產(chǎn)生。例如放置裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件時，應(yīng)當(dāng)合理計(jì)算作業(yè)現(xiàn)場放置地點(diǎn)和物料運(yùn)送、塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)的間距，若缺少合理測算，那么塔吊在運(yùn)行過程中則容易與預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)生觸碰，情節(jié)嚴(yán)重的還會導(dǎo)致構(gòu)件掉落等安全事故。

2.3 現(xiàn)場吊裝作業(yè)安全隱患多

由于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件體積較大，因此在施工過程中對吊裝工序提出了較高要求，同時每一次吊裝作業(yè)也在一定程度上增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。例如塔吊機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)異常、實(shí)操不熟練導(dǎo)致失誤，塔吊指揮和實(shí)操合作不密切等皆會致使預(yù)制構(gòu)件掉落等，發(fā)生諸多安全事件。

另外，在預(yù)制構(gòu)件安裝期間，如果因操作問題導(dǎo)致構(gòu)件脫鉤后高空墜落，那么地面施工人員、物料等也將面臨安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 現(xiàn)場應(yīng)急疏散方案不合理

在裝配式建筑安全管理工作中，制定科學(xué)有效的建筑施工現(xiàn)場應(yīng)急疏散方案是安全管理工作的重要內(nèi)容。然而一些施工單位往往將建筑材料堆放在安全通道附近，致使安全通道堵塞，如果發(fā)生危險(xiǎn)事件，那么施工人員便無法順利找到疏散通道，快速撤離，極易引發(fā)重大安全事故[3]。施工現(xiàn)場應(yīng)急疏散通道、安全防護(hù)通道如圖2、3 所示。

圖2 安全應(yīng)急疏散通道

2.5 安全工作落實(shí)不到位

對裝配式建筑安全事故原因進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場施工人員安全意識淡薄和安全知識不足是引發(fā)安全事故的重要因素。雖然施工企業(yè)積極開展各項(xiàng)安全培訓(xùn)工作，但是這些安全教育培訓(xùn)的效果并不好。

究其原因，目前的安全培訓(xùn)依舊采用說教的形式，為了應(yīng)付檢查要求施工人員機(jī)械記憶安全準(zhǔn)則，臨時組織理論知識考試，實(shí)操效果不理想，無法達(dá)到培訓(xùn)目的。另外，部分建筑公司在安全技術(shù)交底方面缺乏科學(xué)有效的管理，沒有依照預(yù)制構(gòu)件的分類制定安全交底程序，或者缺少依照施工要求制定的安全交底層級。上述因素都會影響到裝配式建筑安全培訓(xùn)工作的順利開展。

圖3 安全防護(hù)通道

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑安全管理中的應(yīng)用

3.1 優(yōu)化施工方案

應(yīng)用BIM 動態(tài)模擬技術(shù)可以優(yōu)化裝配式建筑的施工方案，促使建筑企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益。在施工方案編寫過程中，運(yùn)用BIM 技術(shù)能夠構(gòu)建系統(tǒng)的施工方案模型，呈現(xiàn)施工方案的仿真效果，根據(jù)結(jié)果對比方案間的優(yōu)劣。在施工準(zhǔn)備階段，可使用BIM 技術(shù)對建筑安裝的全部過程進(jìn)行模擬，并且監(jiān)控每一個安裝步驟，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，為施工方案的改進(jìn)提供依據(jù)。同時，根據(jù)系統(tǒng)對監(jiān)控信息分析的結(jié)果，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件的安裝步驟，提升預(yù)制構(gòu)件安裝的安全性[4]。

3.2 調(diào)整施工場地布局

裝配式建筑建設(shè)期間，需要安裝數(shù)量眾多的預(yù)制構(gòu)件，作業(yè)現(xiàn)場存在大量交叉工序，加之施工技術(shù)內(nèi)容繁雜，施工現(xiàn)場的布置方式可能會出現(xiàn)問題。制定恰當(dāng)?shù)氖┕がF(xiàn)場布設(shè)方式，預(yù)防施工風(fēng)險(xiǎn)和矛盾產(chǎn)生，是施工單位在動工前需要著重考慮的問題。利用BIM 技術(shù)能夠動態(tài)化呈現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的材料與構(gòu)件堆放、建筑設(shè)備放置、車輛運(yùn)輸及吊裝等工序，事先預(yù)估布設(shè)方案中可能產(chǎn)生的安全隱患，確保施工活動的順利進(jìn)行[5]。

3.3 明確施工現(xiàn)場重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域

應(yīng)用BIM安全管控方式將施工方案、施工進(jìn)度修正數(shù)據(jù)輸入電腦系統(tǒng)，能夠?yàn)榘踩O(jiān)管工作的開展提供可靠參考，同時依據(jù)實(shí)際情況的發(fā)展及時標(biāo)記安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)置提醒模式，進(jìn)而提升安全監(jiān)管工作的及時性、高效性。另外，可利用BIM 模型明確施工實(shí)踐中每個環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)防護(hù)的位置，尤其對于事故發(fā)生概率高的區(qū)域，務(wù)必準(zhǔn)確定位且設(shè)計(jì)防護(hù)模塊，在作業(yè)人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時及時發(fā)出警示。建筑物臨邊安全防護(hù)挑網(wǎng)如圖4 所示。

圖4 建筑物臨邊安全防護(hù)挑網(wǎng)

3.4 優(yōu)化安全應(yīng)急疏散方案

依托BIM 技術(shù)持續(xù)改進(jìn)應(yīng)急疏散計(jì)劃，可以降低作業(yè)現(xiàn)場發(fā)生安全事件的人員傷亡率。例如，構(gòu)建BIM 安全信息模型后引進(jìn)Pathfinder 等專業(yè)系統(tǒng)，模擬相關(guān)數(shù)據(jù)，動態(tài)呈現(xiàn)疏散時長、人員分布情況以及疏散通道等具體內(nèi)容并加以分析，提升應(yīng)急疏散方案的科學(xué)性[6]。

3.5 加大安全教育培訓(xùn)力度

在安全教育活動開展時，有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)利用BIM 安全信息模型，依據(jù)建材、機(jī)器設(shè)施、施工人員等數(shù)據(jù)，多角度動態(tài)展現(xiàn)建筑施工的具體步驟，再現(xiàn)施工過程。另外，可以運(yùn)用VR 技術(shù)模擬安全事件，讓施工人員對安全事故現(xiàn)場有更深刻的認(rèn)知，意識到安全教育培訓(xùn)的重要性，調(diào)動施工人員的積極性，深化安全教育，取得更加理想的培訓(xùn)效果。

4 結(jié)語

應(yīng)用BIM 技術(shù)可以提前發(fā)現(xiàn)安全隱患并優(yōu)化施工安全管理方案，從而有效提高施工安全管理成效，節(jié)約施工成本。因此在應(yīng)用過程中，要根據(jù)BIM 安全信息模型科學(xué)調(diào)整施工場地布局，加大施工現(xiàn)場安全檢查防護(hù)力度，優(yōu)化安全應(yīng)急疏散方案，提升安全教育培訓(xùn)效果，助力裝配式建筑安全生產(chǎn)過程向科學(xué)化、規(guī)范化方向發(fā)展。