浅谈仿真化智慧绿色安全建造技术在工程中的应用

2020-02-16李延志

建材与装饰 2020年23期

金阳，官锁，李延志

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450004）

1 工程简介

XX 隧道是某高速全线唯一的隧道，位于当地生态休闲园内，穿越山体，将生态园划分为两部分，已经对园林的生态保护造成较大的影响。因此对整个隧道在临建设施占地规划、隧道进洞及主洞施工对环境的污染和隧道弃渣的处理等环保方面具有很大的挑战。

智慧工地系统中BIM 技术是当下隧道工程施工技术发展的趋势，如何通过运用更智能化的管理方法和设备来确保隧道工程的安全和稳定性，采取合理、高效的措施将隧道工程安全风险降到最低，这是隧道工程施工中关键的问题。某互通主线2#桥第五联现浇箱梁上部结构采用现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，由小桩号到大桩号方向逐渐变窄，小桩号处左侧接D 匝道桥，右侧接B 匝道桥，小桩号全幅宽50m，大桩号全幅宽38.9m，交接处位于胜利东路南侧人行道上方。现浇箱梁采用单箱四室斜腹板，梁高1.6m，翼缘宽度为2.5m。箱梁跨中断面底板厚度为20cm，顶板厚度为22cm，底板在支座附近加厚至40cm。四个腹板厚度均为45cm，边腹板在横梁附近加厚至75cm，中腹板加厚至85cm。

互通A、B 匝道桥上部结构采用现浇混凝土连续箱梁。现浇箱梁采用单箱单室斜腹板箱梁，梁高1.4m，翼缘宽度为1.75m。箱梁跨中断面底板厚底为22cm，顶板厚度为25cm，腹板厚度为45cm，在支座附近底板加厚至42cm，腹板加厚至75cm。

现浇箱梁采用满堂支架一次浇筑，蚌埠东互通现浇箱梁支架采用盘扣式满堂支架搭设。

满堂支架采用盘扣式支架+可调顶托+I12 工字钢横梁+纵向方木构成满堂支架施工。

2 仿真化智慧绿色安全建造体系的架构分析

BIM 技术是仿真化智慧绿色安全建造的核心，通常情况下，都是基于BIM 系统平台来设计仿真化智慧绿色城市安全建造技术，通常其可以分为数据层、模拟层以及应用层。不过BIM 技术在工程建设各个阶段其运用侧重点亦有所差别，具体分析如下：

2.1 设计阶段

在设计环节，主要是通过3D 的形式来呈现出建造信息模型，要求不但要能够与有关技术要求相符而且还需要具有较高的精准性，碰撞率较低。不过要想扩展设计阶段的3D 模型，还需要将时间因素考虑在内，就能够在施工环节开展4D 虚拟建造以及施工进度模拟。4D 虚拟建造主要是基于BIM 模型来添加时间维度，利用动画来对整体工程建设过程进行模拟，以达到对具体建设环节可能存在的风险与风险进行规避的目的，进而实现作业方案的优化、施工计划的完善、施工质量目标的提升以及施工建设环节与最终结果的可视化效果进行优化的目的。4D 进度模拟技术主要是有效绑定施工进度图与3D BIM 模型，采用软件来模拟建造工程项目，对施工进度进行优化，并对项目建造的可行性进行分析。并且3D BIM 模型还能够结合模型来将工程量准确统计出来，并且对施工不同环节实际需要的人员以及材料数量进行精准统计。

2.2 施工准备阶段

在施工准备阶段进行4D 进度模拟的目的在于有效采集数据信息，建设4D BIM 进度模型以及相关数据的处理。在采集数据信息时重点是根据已经建设完成的3D BIM 模型来对各分部与分项工程量进行统计，随后依据国家法规、地方定额标准以及企业定额处理统计数据，明确各分部分享工程的人员、机械设备以及材料的用量。

除了上述分析的应用历程与范围，仿真化智慧绿色安全建造还应用到许多其他范围，如施工过程的进度、成本、资源以及动态碰撞检测等。

3 技术应用

3.1 无人机+BIM 绿色建造技术

XX 隧道位于生态园园区内，考虑到园区土地资源稀少，且结构形状不规则，临建场地选择布置困难，加之为了在雨季前完成临建，也存在着工期紧张等诸多难题。

项目BIM 小组团队计划通过无人机+BIM 仿真技术对临建进行选址规划和CI 布置，使用BIM 技术模拟现场施工环境，旨在尽量减少园林土地的占用，尽量在狭小空间内合理布置隧道喷锚站、型钢加工厂、办公区及工人住宿区，根据不同情况对总平面布置实时进行动态调整，在节约资源的同时保证现场布置的合理性。

通过优化对比，征地从13.5 亩降至8.8 亩，节约生态占地面积35%。在利用有限土地资源的同时，也指导了现场实际布置，加快了工期，为项目节约成本近20 万元，创造了可观的经济效益和环保效益。

3.2 仿真化智慧安全建造技术

通过智慧安全体验馆的建造，将隧道地貌及结构形式呈现于沙盘中，结合BIM 技术交底等方面的实际应用，同时将VR 技术引入施工安全教育中，指导隧道的绿色建造、智慧施工。

3.2.1 BIM 三维技术交底

在智慧体验馆内还将老山地质地貌、连拱隧道结构形式呈现于沙盘中，现场施工人员可以更直观地理解隧道施工，并利用隧道二维码查看三维BIM 模型、隧道的结构、施工工序、质量控制要点、安全防控措施等信息。通过BIM 技术三维交底，使得交底内容更直观、通俗易懂，有效保证每道工序的施工质量。

3.2.2 智慧安全设备及管理办法的应用

为了响应国务院第724 号令《保障农民工工资支付条例》精神，保障劳务人员合法权益，降低企业风险，项目部将坚持以信息化为手段，以落实管理责任为基础，以制度建设为保障，构建统一的建筑项目劳务实名制管理平台。

人员记录姓名、职务及进洞时间等信息；车辆记录驾驶员及车辆类型如装载机、挖机等。这些信息在计算机上进行永久保存也可以通过LED 显示屏以表格的形式显示出来，将施工人员进出洞情况汇总成考勤表，作为考勤的依据。

通过在洞内外多处安装监控，可实现在监控室内实现观察洞内作业情况，也可通过在手机上登录客户端，随时查看洞内实时施工情况、洞内人员数量及有无潜在危险源等信息。

4 应用策略

通过分析仿真化智慧绿色安全建造技术及其运用方向可知，在工程建设各个阶段，对于信息化技术的需求都是较为庞大的，均要求使用到各类信息化软件或系统，如自主开发、二次开发以及采购成品软件等方法。而且不同系统的工作形式以及存储数据的方法都有所区别，所以则应当要构建起一个科学、完善的信息平台，以确保工程建设各环节数据能够高效、准确的传递，且具有较高的复用率。不仅如此，还需要对其相应管理流程统一标准与规范，以便于能够动态监控与分析整体工程建造环节涉及的不同类型数据与信息。其中含括了图纸设计、采购材料、施工安全管理、质量控制以及人员的配置等内容。

5 技术效益及总结

通过利用仿真化智慧绿色安全建造技术最大限度减少施工对生态园造成的破坏及污染和临时占地，加快施工进度缩短对整体环境的影响，在临时设施规划过程中节约生态占地面积35%，节约项目成本约20 万元。通过智慧安全体验馆的建造，将隧道实景沙盘结合BIM 施工技术交底，指导连拱隧道的绿色建造施工。通过VR 安全教育体验真实还原隧道施工可能造成的事故灾害，并结合人员劳务实名制通道、车辆识别系统、洞内外视频监控等一系列先进智慧安全设备及安全管理办法的应用，杜绝隧道施工安全事故的发生。