BIM技术在建筑施工安全中的应用

2018-05-21重庆建工市政交通工程有限责任公司重庆400031

重庆建筑 2018年5期

（重庆建工市政交通工程有限责任公司，重庆 400031）

0 引言

安全作为工程建设施工的核心工作，是任何人不能触碰的高压线，是项目顺利推进的前提。目前，尽管施工项目的安全管理工作已形成较为周全的管理制度，但事故依旧不断发生，其造成原因是多方面的：首先，施工现场危险源的客观存在是事故发生的根源；其次，项目的管理力度不够增加了事故发生概率；最后，工人的安全意识淡薄是事故发生的直接原因。因此，为提高施工安全，保证项目顺利进行，就必须从降低施工安全风险，加强安全管理效率，提升员工安全意识三个方面入手。

随着网络信息化的不断发展，建筑业迎来了第二次技术革命。作为信息化的产物，BIM以其三维可视化信息模型与动态化模拟特征为建筑施工安全管理提供了更为科学的技术、管理与交流方式[1]。目前，许多学者对BIM在施工中的应用作出了探索[2-3]，为BIM在施工中的应用起到一定的指导作用，但对BIM在施工安全上的应用的探索依然不够完善。重庆铁路口岸公共物流仓储结合BIM技术，将BIM技术实践于施工安全中，在提升项目施工技术，加强安全管理力度与提高安全技术沟通效率方面均起到了显著效果，保证了项目施工的顺利进行，为BIM在施工安全上的应用进行了有益探索。

重庆铁路口岸公共物流仓储位于重庆市沙坪坝区土主镇，项目总建设用地面积约360亩，总建筑面积约22万㎡，场地南北向长约540m，东西方向长约490m，总工期不超过650日历天。工程包含建筑楼房13栋、道路工程、厂区排水工程、桥梁工程、园林绿化工程。其中，1-4#楼，6-9#楼，A、B匝道桥等均属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

该工程建设场地大、工期紧、内容繁多。这为现场施工安全管理带来了挑战：首先，过大的管理场地要求更为及时、准确的安全信息管理与风险源控制；其次，紧张的工期要求更为安全可靠的施工组织方式；最后，大量的高支模工作需要技术、材料、组织上的合理安排。为此，该工程利用BIM技术，对现场施工安全管理工作实施了一系列应用，并取得了业主、监理、集团等单位的一致认可。

1 BIM在施工安全上的应用

BIM在施工过程中的信息化主要体现在：以三维建筑模型为基础，结合科学的参数设定，对拟建构筑物的施工过程进行模拟，同时对建设过程中所涉及的各类数据、信息进行统一管理、共享、分析与处理。为项目施工所涉及的技术、质量、安全、造价等各个专业打造统一的信息集成平台，以提高项目的科学管理水平，提升工程建设效率，降低生产成本[4]。BIM在安全管理上的应用则可归纳为以下几个方面。

1.1 BIM在安全技术上的应用

安全的保障从根本上需要杜绝客观危险源的产生，这就需要工程技术人员从方案角度对可能存在的危险源进行处理。从技术上降低安全风险率，保证安全施工，做到万无一失。结合BIM技术，在高大模板支撑架安全验算过程中，工程技术人员可从以下几个角度对施工安全做到保障，优化施工方案。

1.1.1 构件的分类定位与分析

基于BIM三维信息模型，工程技术人员可根据施工规范对不同支撑高度、不同荷载大小对所需要的混凝土构件在三维模型中进行信息的分析与过滤，利用三维模型可视化吃饭需要做专项方案或者专家论证的构件进行准确的判断与定位，并结合工程实际对架体的搭设参数作出科学的设定。如图1。

图1 项目7#楼结构梁分类统计

1.1.2 构件信息统计

安全的力学验算需要准确的参数信息。利用BIM信息模型，工程技术人员可对工程内所有结构构件的断面尺寸、支撑高度、材料信息等基本信息作出准确而详尽的统计，使安全方案内的工程信息全面准确，疏而不漏。以便对构件进行分类验算，有效降低安全验算工作量。如表1。

1.1.3 安全计算书快速生成

人工的安全验算过程，由于涉及的工程参数众多，安全验算对象的繁杂，验算过程不仅效率低下，而且容易产生因人为疏忽而导致计算结果的不完善甚至不准确。也可能因过于保守的参数选取造成成本的浪费。目前，国内包括广联达、品茗等企业开发出了成熟的力学安全计算软件。目前，广联达开发了一款BIM模板脚手架设计软件，该软件以三维信息模型为基础，可为不同结构、不同架体、不同地区的安全验算提供了快捷的技术手段，实现了计算过程的“一键化”，极大地提高了架体安全验算的计算效率。同时，还可快速生成模板及架体材料的快速统计。利用上述特点，安全技术人员可结合安全技术与材料成本，提供最科学的模板支撑架方案。如图2、图3。

表1 7#楼结构梁基本参数信息明细表

图2 安全计算书“一键化”生成

图3 模板材料统计下料单生成

1.1.4 安全方案可行性分析

图4 项目群塔布置平面图

三维动态可视化模拟作为BIM的又一大特点，可对工程施工各类方案或者工艺过程进行全程的预模拟。该项目场地内塔吊共计13座，大多塔吊之间存在着碰撞的安全风险，如图5。项目利用BIM对群塔的施工方案进行动态模拟，通过三维模型可视化对塔吊运作过程中的碰撞可能性进行了参数预警与优化，并制定了科学的应急预案，加强了现场群塔施工的安全保障。同样，该技术还可用于复杂场地交通流线的预模拟、交叉作业施工组织等，供项目管理层作出最优决策。

1.2 BIM在安全管理上的应用

科学的管理离不开数据的收集、整理、分析和有效的沟通机制。作为三维模型信息集成的产物。近年来，BIM智慧管理平台[5]逐步进入了工程管理人员的视野。

1.2.1 危险源的辨识与决策

结合工程进度全过程的模拟，工程管理人员可根据建设过程的场地变化，预先对场地内诸如基坑、边坡、洞口等临边区域做好安全防护准备，尽可能地避免高处坠落、坍塌事故、物体打击、起重伤害等安全事故的发生。同时，工程人员还结合工程实际，通过施工进度的模拟对进度计划作出科学调整，有效避免建设过程中因交叉作业引起的安全事故。

1.2.2 安全问题的管控

安全的有效管理离不开安全制度与措施的落实，完善安全问题发现、处理、检查、修正的每一项工作，将安全管理形成闭合环。BIM智慧管理平台，借助网络信息化，凭借PC端与手机端的移动管理窗口，为安全管理人员提供了安全数据采集的便利性，随时随地完成工程安全数据的采集与整理，有效降低安全数据录入工作量。同时，通过协同功能将各项工作落实到人，并进行全程跟踪，有效地监督安全管理落实情况。为安全人员管理工作的评比提供科学的参考依据。

1.2.3 智慧工地安全数据管控

由于意识、认知、管理等原因。在对安全的检查过程中，安全管理人员难免存在着思维局限，导致难以及时发现危险源。BIM智慧管理平台借助智能传感设备的高效数据采集能力，将安全信息快速地分析处理。通过手机APP、微信平台、短信等方式及时通知安全管理人员，起到危险源的预警功能，提高危险监控效率，降低危险事故发生率。

1.3 BIM在安全教育上的应用

如今，绝大部分的工程安全技术交底工作依然停留在文字层面，该交底方式对整体文化素质与安全意识较低的工人起到的效果是不足的。BIM三维信息模型通过多方位的技术手段[6]使交底方式起到了本质的改变。

1.3.1 VR设备的安全教育体验

施工企业通过BIM三维模型的全过程仿真，借助VR智能设备对常见的高处坠落、坍塌事故、物体打击、起重伤害、机具伤害以及触电事故等进行事故全程模拟体验。一方面，能使工人们体验到事故发生全过程，切实地感受到安全事故的危害，从内心对危险产生警戒意识，提升安全操作意识；另一方面，能使经验不足的工人加强对实际操作流程的认识，避免违规作业的现象，如图5。

图5 项目VR安全教育体验

1.3.2 三维安全技术交底。

施工工艺流程的错误不仅会降低工程质量，还会增加事故的发生率。基于BIM的三维安全交底技术，首先利用三维模型对火灾应急演练、防洪应急救援等安全内容进行动态化视频展示，提高工人对每一个操作环节的认识水平，再配合文字与影像资料与对应三维模型挂接进行说明，不仅能最大限度地提高安全技术交底工作的效率，还能提升安全技术交底的质量，使传统的“走过场”在施工现场落地实施。

1.3.3 便捷式二维码安全教育宣传

传统的施工安全技术交底资料往往仅起到“走形式”的作用，交底会后尘封于资料档案室，难以持续地对工人进行教育。利用BIM三维模型的信息化，将安全技术交底资料与模型相关联，项目可通过互联网的形式将其做成二维码，并张贴于施工现场对应区域。让工人能随时查看交底内容，实现持续的安全技术交底。