试析装配式建筑安全管理中BIM技术的应用

翁益民

【摘要】本文介绍了装配式建筑施工安全风险以及BIM技术在施工安全管理过程中的主要应用。将BIM技术引入装配式建筑安全管理，从施工方案优化、施工场地布置、安全教育培训等多个方面全面分析BIM在装配式建筑安全管理中的应用情况，最后出助案例进行应用过程和效果展示分析，为提高装配式建筑安全管理水平提供参考

【关键词】装配式建筑;BIM技术;安全管理;施工方案

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.054

引言：

我國的装配式建筑正处在起步的阶段，施工管理经验及理论技术研究相对缺乏致使现阶段装配式建筑安全管理风险上升。建筑信息模型BIM技术是一种三维几何数据模型，作为信息化技术的一种，其准确的定义应该为：利用数字化的表达方式将建筑项目的物理特性和功能特征展现出来，BIM技术是建筑项目全周期可靠的知识共享及决策基础，同时也是构建建筑虚拟模型的行为。可见BIM技术在建筑初期就为项目提供了施工方案，策划，及程序保证。BIM还拥有强大的数据处理能力。其强大的加点处理能力和多用户协同工作模式给工程进度节省了时间，其数据可以与云端技术相结合，数据随取随用，模型和图纸的永久关联保证了构件准确的制造。BIM技术采用模块化的方式建模，接触构件都包含建筑信息和属性，在遇到需要变动的情况下，只需要对相关模块的属性进行修改。整个施工项目都可在BIM技术平台实现，其施工阶段主要包括规划，设计，施工，运营维护等。

装配施工的BIM可视化交底技术实现：所有装配建筑的工序，施工关键注意点，安装步骤及风险点，以及质量交接工艺标准等，这些都可以以视频文件的方式进行传输，播放，给现场工人施工，提供了极大的便利性。BIM技术的设计思路不同于传统建筑设计理念，将整体思路进行分解细化，并将设计方法划分成四个阶段：预制构件库构建形、BIM模型构建、BIM模型结构参数分析与BIM模型建造实施。

具体操作在装配式建筑的施工阶段，主要作用在两个方面：（1）构件管理：构件实体的管理以及施工中质量进度控制的结合对构件的生产和运输及在施工现场的存储管理和施工进度质量等成本控制实现完整监控。（2）施工过程中的质量与进度控制：通过BIM的标签技术、生产工艺、施工过程、运营维护、报废回收等阶段结合起来，不但可以解决信息创建、管理、传递的问题，还可以将三维图纸，装配过程，管理过程的全程跟踪通过BIM数据库为装配式建筑施工奠定基础，对于实现建筑工业化有极大推动作用。

图2  基于BIM的装配式结构设计方法

1、装配式建筑施工危险源分析

装配式建筑日益发展成为我国建筑业的中坚力量，诸多传统现浇式建筑安全隐患在装配式建筑施工机械化、生产工厂化等优势下不复存在。然而装配式建筑机械拆装、构件吊装、人机配合等复杂作业较多，稍有不慎即有可能引发安全事故，新的安全隐患危险源仍不容忽视。

1.1施工方案编制不清晰

装配式建筑配合环节众多。其中施工方案在编制过程中难免有漏洞，尤其在临时性工程上表现明显。例如装配式阳台板，预制梁等预制构件的安装都需要在吊装时设置临时支撑部件，但是在施工方案中对代固定件的连接方式和大件的支撑点位置等表述不清楚，在现场实际生产中一旦安装偏差过大，临时支撑系统很容易发生受力不均，站桩不稳等安全隐患，有时还会发生预制构件失稳的安全事故。

由此看出，施工方案对工程质量、安全、进度等均能产生直接的影响，而且还会牵涉到建设项目的人力、物力、环境和技术等多个方面的影响维度。

1.2施工场地布局不合理

装配式建筑的最大特点就是，标准件的施工顺序及吊装组合。在施工前就需要将相应物资运输储存，以保证工程建设的顺利开展。例如装配式建筑构件现场存放位置与物料运输，塔吊运转等诸多环节前后相关，若摆放位置不合理，则塔吊运转时将极易与较大构件发生碰撞，引发构件坠落、倒塌等重大安全事故。另外，装配式建筑还存在交叉作业较多的安全隐患。无论从时间跨度，还是立体跨度，交叉作业都在所难免。

1.3现场施工作业安全隐患

塔吊设备是装配式建筑最重要的吊装工具，频繁的吊装作业也预示着安全风险会增加。也是装配式建筑使用最多的大型机械工具之一。塔吊的安全运行对项目安全施工至关重要。在实际运行当中，塔吊经常出现的故障主要由：机械故障、操作失误、塔吊指挥不当、引导员配合不当等。每一个失误都会引发严重的安全事故：如构件坠落、碰撞、倒塌等。

1.4现场应急疏散方案不完善

建立有效的建筑施工现场应急疏散方案是提升职工自救能力及应对突发事件综合能力的重要保障，但是部分现场单位仅是简单地将过往所编制方案用于当前工程之中，导致其具体内容与施工现场存在偏差，一日发生重大安全事故，施工人员将无法及时确定疏散路径，有效进行人员疏散，继而导致重大安全事故的发生。

1.5安全培训工作未落实

装配式建筑的从业人员必须进行严格的安全教育，并建立三级教育制度，从入职到上岗，安全教育应该贯穿施工人员的整个作业过程，并将技术与安全相结合。在安全教育过程中，应该避免说教宣讲、死记硬背书面考试的形式，有条件的可以开展实训操作，构件拼接，事故教训及模拟体验，等进一步较深员工的安全意识。所有安全教育要留档，有记录，并定时检查培训效果。

2、装配式建筑安全管理中BIM技术的应用

通过质量控制、场地布置等应用场景对BIM在装配式建筑安全管理中的应用情况进行展示。

2.1施工方案优化

施工方案优化对于装配式建筑项目实现效益最大化意义重大。传统方式下施工方案的优化主要依靠施工前现场调研，制定多组施工方案以备项目经理做出最优化选择。此方式下制定的施工方案过多依赖现场调研人员的主观经验完成，对施工过程及技术细节很难全面展示和精准把握，方案中难免出现设计漏洞，不能法足装配式建筑构件精准化施工的要求。运用BIM技术对相关施工方案进行比选时，通过创建相应的安全信息模型对不同的施工方案进行三维模拟，在施工前仿真模拟出预制构件从进场到安装的全过程，并重点反复进行碰撞监测分析，使安全隐患在施工模拟中彻底暴露，为施工方案的优化比选提供依据，并根据系统出具的分析报告，不断深化改进预制构件的吊装、安装、运输、堆放、设计等方案，使最终的装配式建筑施工方案达到最优化安全施工效果。

2.2施工场地布局调整

装配式建筑是由大量预制构件所组成，交叉作业多，施工工艺复杂施工环境复杂多变，出于施工区域空间方面的限制施工现场布置方案设计如果不够合理，将会严重影响到施工后期的吊装过程，其至出现冲突安全事故。传统图纸停留在纸面描述，对装配式建筑现场布置中的冲突错漏无法动态展现。BIM安全信息模型能够对构建堆放、机械设备、道路设施、地形地貌等施工總平面布置效果进行可视模拟，在此基础上创建场地布置模型进一步对塔吊作业、车辆运输、构件存放等环节进行动态模拟，提前发现识别场地布置方案中的碰撞点、冲突点等存有安全隐患之处，并利用BIM软件进行模拟优化，从而实现最优化的布置效果。

2.3施工现场安全检查防护

传统施工管理很难对危险源及时准确定位，BIM安全管理模型将项目进度、设计变更信息同步输入，使安全设计验证与安全规则检查能够伴随项目进展变化同步完成，并对危险源问题及时标注提醒，提高安全检查的时效性、准确性。利用BIM防护功能和BIM模型提供给施工需要防护功能的部位，然后对需要预先进行防护的“四口”和“五临边”等事故高发区域进行精准的定位，以防现场工作人员误入危险区发生危险，利用BIM还可以对现场防护设施设置合理性及防护效果进行实时动态地模拟检查。此外，模型中包含的项目所在地的气候、天气、地质、材料等各项因素，也能为安全检查和防护提供多维度信息支持。

总之，利用BIM对建筑工程施工安全隐患进行动态管控，保证安全检查时效性，降低建筑施工安全风险发生概率。

2.4安全应急疏散方案优化

创造安全疏散逃生条件是装配式建筑施工现场发生事故时避免拥堵、踩踏等次生事故，减少人员伤亡的关键。将BIM安全信息模型和Pathfinder等应急疏散模拟软件相结合，将BIM模型转化为应急疏散软件可识别格式后进行导入，在BIM模型中对施工现场环境的全景模拟，利用疏散模拟软件的人员蔬散路径、时间计算、模拟功能，对施工现场进行动态化疏散场景模拟，直观观察分析疏散路径、人员分布、疏散速度等关键节点情况，并根据生成的图表数据协助判断分析，对既定应急疏散方案进行有的放矢地调整改进，最终生成最优应急疏散方案。

2.5安全教育培训

BIM安全信息模型可以使用3D或4D技术逼真展示建筑的建造顺序，以及更加具体、真实地展示设备、材料、人员等各项参数。对机械进场出场路线等关键环节进行预演。在漫游路径中将安全事故的发生过程以动画视频的形式节选导出，得到逼真的安全事故情景。再将视频动画导入VR引擎，在VR眼镜、手柄等设备的辅助配合下，施工人员将体验到“身临其境”的事故现场感受。这种新型的安全培训方式改变了传统古板的教育形式，从以往的“说教式”教育跨越到如今的“沉浸体验式”教育，更能激发工人参加安全培训的热情，进一步加强现场施工人员的安全意识，使安全培训能起到更好的警示效果。

3、工程应用案例

苏州政务中心综合停车楼项目，位于苏州市政府北侧地块。停车综合楼建筑总高度为57.15米，总建筑面积48972.21平方米，其中地上建筑面积42085.27平方米，地下建筑面积6886.94平方米。

该项目将装配整体式框架与现浇核心筒结构体系相结合，是一种典型的预制装配式建筑类型。整个项目围栏及基础构件装配率达到92%，其余构件预制率占比达到54%。整个项目研发着重与多组合，多装配，少规格的基本原则和手段。将预制构件标准化，种类简单化，从而降低项目成本，体现装配式建筑的优势特点;另外，在施工技术方面加强与结构设计的创新整合，达到整个施工过程降低脚手架搭设，无需外模板贴合，减少抹灰面积，无现场堆砌的绿色建筑工程，既达到缩短工期的目的，又实现了项目的环境保护。

该项目中的BIM应用主要体现在：建筑性能设计的模拟利用了Revit软件核心平台;预制梁柱节点的精细化设计采用了Cartier软件平台;施工过程的可视化模拟和碰撞检查应用鲁班软件来实现。该装配式建筑最后获得了江苏省建筑产业现代化示范项目和国家住建部装配式建筑科技示范项目的荣誉，是一例典型的装配式建筑应用。

结语：

综上分析装配式建筑安全管理中引进和应用BIM技术，有效提高了施工质量并控制返工率，既降低了施工成本，在一定程度上又能够减少事故发生，达到经济化、安全化施工效果。同时，基于BIM技术的施工安全预防机制对装配式建筑生产标准的建立更具有直观和便利性，技术与实践相结合，对人、机、料、法，环，测等各个方面的持续优化提供了支撑平台。总之，BIM技术的应用引导装配式建筑安全管理从平面化向立体化转变，提升安全管理的模拟性和智能化，降低安全风险和事故的发生率推动装配式建筑施工向最佳管控模式靠拢。

参考文献：

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[2]贺红伟.BIM技术在预制装配式建筑施工安全管理中的应用分析[J].智能城市，2020（11）：102-103.

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