基于BIM的装配式建筑安全管理应用研究

2021-10-08段万国刘凯龚黎明岳广鑫

智能建筑与智慧城市 2021年9期

段万国，刘凯，龚黎明，岳广鑫

（中国建筑第八工程局有限公司上海分公司）

1 引言

自2015年以来，我国装配式建筑飞速发展，在传统建造方式的基础上逐步开展对多层、小高层办公以及住宅建筑的改进和创新，通过对装配式建筑预制构件部品化生产，伴随规模化程度提高，在各地区应用和推广得越来越广泛。截止到2020年，我国新开工装配式建筑共计6.3亿m2，与2019年相比增长50%，占同年新开工项目建筑面积比例约20.5%。根据住建部的通报，在重点推进地区，新建装配式建筑占比54.6%，已经完成《“十三五”装配式建筑行动方案》中确定的15%的工作目标[1]。综上，考虑到建筑业人工成本的逐渐走高，装配式建筑行业市场前景优越，拥有很大的发展潜力。

近些年，各级政府对建筑安全事故的重视程度越来越高，但由于装配式建筑在施工生产过程中需要同时进行预制构件的生产、运输和现场装配等多维空间作业，安全事故风险易叠加，且装配式建筑的施工组织、施工技术和工艺尚不完善，因此极易引发施工安全事故[2]。为促进装配式建筑产业升级和高质量发展，加快新型建筑工业化步伐，更需要加强对装配式建筑施工的安全管理[3]。

2 装配式项目安全管理风险源

2.1 装配式项目施工方案编制不清晰

施工方案对工程质量、安全、进度等均能产生直接影响，涉及建设项目的环境、人力、物力、技术等多个维度的综合规划。装配式建筑的配合环节众多，其施工方案编制过程中难免有疏漏之处，在临时性工程上的表现尤为明显。比如，预制阳台板、预制梁等预制构件的安装都需要在吊装时设置临时支撑体系，但施工方案中往往对固定连接方式、支撑点等表述不明，一旦安装偏差过大，临时支撑系统很容易发生受力不均，导致预制构件失稳的安全事故。

2.2 装配式项目施工布局不合理

建筑施工现场范围较大，工程建设需要大量的工人同时开展不同项目的具体施工，交叉作业情况普遍存在，同时需要将相应物资进行就近存储，以保证工程建设的顺利开展。若施工场地布局不合理，则在开展吊装、大件运输等工作时，极易与其他工作产生冲突，导致安全事故的发生。例如，装配式建筑构件现场存放位置与塔吊运转、物料运输等诸多环节密切相关，若存放位置不合理，则塔吊运转时将极易与对方的构件发生碰撞，引发构件坠落、倒塌等严重安全事故。

2.3 装配式项目现场多维作业隐患

吊装工序多是装配式建筑的特点之一，但频繁的吊装作业也预示着作业安全风险的增多。塔吊设备是装配式建筑最主要的吊装工具，塔吊机械故障、塔吊操作失误、塔吊指挥与操作配合不当等都有可能导致构件坠落、碰撞、倒塌等严重安全事故。此外，吊装过程中的预制构件脱钩现象将直接导致构件高空坠落，严重威胁地面设备物资和人员生命安全。

2.4 装配式项目安全教育未落实

从业人员安全意识淡薄和安全知识不足是装配式建筑安全事故的一大因素。当前安全教育培训主要依靠说教宣讲、死记硬背、书面考试的形式，安全操作实训效果差，培训内容难以落到实处。此外，安全交底工作也存在欠缺，不按照构件分类或施工层级严格进行安全交底，甚至交底工作中直接将安全部分忽略，交底记录内容对安全部分记录不详等，都严重影响了装配式建筑安全培训工作的落实效果。

3 BIM在装配式建筑安全管理中的优势

3.1 协同化安全设计

采用BIM技术进行技术交底，将各施工步骤、施工工序之间的逻辑关系、复杂交叉施工作业情况、重大方案施工情况直观地加以模拟与展示。基于BIM可视化平台，进行图文并茂说明。以直观方式降低技术人员、施工人员理解难度的同时，进一步确保技术交底的可实施性、施工安全性等。

3.2 安全培训

安全培训是一种有效的安全管理方法，但是往往工人对安全知识的吸收非常少，改变不了工人的工作方式和行为。其原因在于培训的方式缺乏实操性，工人的参与程度太低。采用BIM技术为现场施工人员进行现场出现安全事故时的消防安全疏散模拟、安全逃生模拟、安全救助模拟。基于BIM的方法进行安全教育及方法传播，提高现场施工人员安全意识。

3.3 危险源识别

装配式项目危险源的识别和管理是当前新型建筑安全管理的要点，相较于传统项目的安全管理，装配式项目安全管理部分风险源仍未被识别，装配式项目多维空间作业仍存在安全隐患，部分安全事故有急剧增加的可能。通过BIM技术可以对危险源进行自动识别和管理，例如，BIM技术与安全规则相结合，对板边缘和洞口等危险源自动识别，对于临时设施的稳定性则将BIM技术与结构分析软件集成来监测它的安全性，以达到全面识别危险源。对于密闭环境下的施工则需将BIM技术与传感器集成，以实时监控该环境的安全性。

3.4 危险源管理

对于识别出来的危险源，在三维可视化模型中，系统会根据危险等级将危险源进行分类标记，以便安全员实时查看。将施工现场所有的生产要素、生成构件等都绘制在主体施工BIM模型中。在此基础上，采用BIM技术，通过BIM安全分析软件（比如Fuzor等）基于BIM模型对施工过程中的危险源进行辨识、分析和评价，快速找出现场存在危险源施工点，并进行标识与统计，同时输出安全分析报告。基于安全分析报告进行安全BIM模型创建与优化，制定安全施工解决方案，最终通过安全BIM模型及安全施工方案进行现场安全施工管理。

4 基于BIM的装配式建筑安全管理应用

4.1 施工现场仿真模拟

BIM技术应用于建筑施工中能结合施工计划与建筑构件等基本信息建立四维模型，同时，四维模型还能动态模拟施工过程，便于管理人员有效、全面地识别危险源，及时做好相应的安全管理措施与危险因素管理控制。在BIM技术应用过程中，可以根据危险源的影响区域与影响程度进行等级划分，便于管理人员区分。另外，通过BIM技术还可以模拟制定防范机制与预防措施，检验预防措施是否有效，减少施工中的安全隐患。

4.2 危险源管理

在施工安全管理中，识别危险源非常重要，及时识别危险源能帮助管理人员制定安全管理措施，而BIM技术的应用则能帮助管理人员识别危险源，从而制定相应的安全措施。在BIM技术的应用背景下，可开设虚拟应急逃生功能，一方面能降低实地演练的资源消耗，另一方面也可通过多层次、多方面开展应急问题的预防工作。虚拟应急逃生功能可对多层次应急事件进行模拟，为技术人员提供多个视角，构建完整、全面、有效的应急措施，提升施工人员的应急能力（见图1）。

图1 危险源预警

4.3 建筑工人安全培训管理

BIM技术中具有大量的信息资源，多工种作业人员在培训过程中应该加深自身的安全作业理念，首先应该加强施工人员的基础安全培训，保证其具备施工安全信息接收能力；其次要将BIM技术应用于安全施工培训中，针对性地为不同工种作业人员实施培训。相比于传统口头教育方法，可视化培训方法能为各个工种的安全施工提供参考，让施工人员明确施工过程中安全的重要性，提升施工人员的安全意识。