建筑施工安全管理工作中BIM 技术的运用

2022-07-01吴小宁

江苏建材 2022年3期

吴小宁

（中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队，江苏南京 211135）

0 引言

建筑安全管理的目的是高质量、无事故做好每一个项目，但是没有100%的安全，所以我们要提前发现并消除隐藏在作业现场、机械设备、施工方法中的安全隐患。为了提高安全管理的效率和质量，施工单位应该积极运用现代化的信息管理工具。 BIM 技术中的软件工具能够实时动态的模拟作业现场的进度，并且以醒目的颜色在模型上表示出多种类型的安全隐患，为安全管理人员提供判断依据。

1 建筑施工安全管理的特点

（1）复杂性。建筑施工管理涵盖了土建、电气、给排水、弱电以及消防等各个专业的施工内容，其中涉及的安全风险因素非常复杂，并且现场参与施工的人数、分布的位置、作业活动之间的交叉以及施工人员的行为等都呈现出变化性，安全隐患随时都可能出现，安全管理工作表现出显著的复杂性。

（2）动态化。建筑施工现场的安全条件和隐患排查始终处于一种动态变化的状态，随着施工内容的变化、场地的转变、空间的转移，施工条件也会不断更迭，这就要求作业人员每进入一个新的工作场地必须首先排查治理其中存在的安全隐患，搭建完善的工作平台，整个管理工作体现出动态性[1]。

（3）综合性。施工现场可引发安全事故的因素包括人、机、法、环。人是引发事故的重要因素，施工人员在执行施工方案的过程中，由于本身技术、心理缺陷等可能存在违反安全规程和制度的行为或者操作失误造成事故。作业现场使用的机械设备、用电设备、吊装设备以及运输车辆等也潜藏着风险，如机械设备无出厂合格证、用电设备未根据用电规程设置专门的临时接地线、运输车辆未定期检查维修等。施工方法设计不当也会增加安全事故的发生概率，如桩基施工组织设计未按照正常流程审核审批、深基坑支护方案缺乏科学性或未及时组织专家论证等。环境安全隐患的常见表现形式如：基坑、水池、孔洞、电箱、临边以及尖锐的突出物等。这些方面存在的缺陷[2]就很容易造成事故的发生，由此可见，建筑安全管理是一项综合性的任务。

2 BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用策略

2.1 利用BIM 技术分析项目中的潜在危险源

BIM 技术具备强大的建筑信息模拟能力，可通过一系列专业的软件系统提前绘制出建筑物的三维可视化模型，并且清晰地展示建筑物的内外部结构、空间特点、力学模型等。技术人员和专职的安全管理人员可通过三维模型提前掌握施工现场存在的危险源和环境因素，进而制定出具有针对性的安全措施，并督促施工班组落实。图1 展示了BIM 技术在建筑施工过程3D 模拟中的功能，其中几乎涵盖了所有重要的建筑安装信息，为安全管理提供了有效的依据。

图1 建筑施工3D 综合信息模型

2.2 利用BIM 技术实施动态化的安全监控

风险因素在整个作业过程中一直处于动态变化之中，安全管理人员如果不能及时掌握施工进度信息以及具体的施工内容，就不能在第一时间发现哪些位置需要维护，哪些位置的安全措施要及时撤离。BIM 技术可通过软件工具动态化地展示作业现场的进度情况以及区分已完成的内容和未完成的内容，安全管理部门可借助这一功能对现场开展动态化的安全监控，做到突出重点。

2.3 利用BIM 技术预先模拟施工方案

施工单位根据建筑结构的特点以及施工内容制定出具体的施工方案后，可借助BIM 技术开展安全模拟，判断相关的施工方案中是否存在设计缺陷。施工单位可利用BIM 中的Autodesk Navisworks软件构建塔吊模型，输入相关的基础参数，然后借助该软件分析塔吊的运行半径、塔吊和建筑物之间的距离等是否达到安全要求和相关规范。在安全管理中利用BIM 技术的一系列先进的软件，可自动化地定位隐患位置、提示隐患信息，较好地补充了传统安全管理的不足。

2.4 将BIM 技术与PDCA 循环相结合

项目施工过程中首先利用BIM 软件绘制拟建物全貌，结合勘察结果、施工方案制定安全目标，在施工过程中根据相关制度做好现场安全管理，加强安全投入管控，现场定期或不定期检查存在的隐患并及时整改。

2.5 利用BIM 技术使企业与工地之间顺利沟通

自2019 年12 月开始，新冠疫情突然出现并迅速蔓延，为了应政府号召，疫情较严重的省市，部分企业居家办公，建筑工地封闭管理。在这种形势下，BIM技术的应用提供了很大便利。企业安全管理机构可以随时查看现场模拟建筑模型中标记的隐患及防治措施是否完善，存在不足可以随时与现场联系及时变更，保证项目的安全管理在企业的全权掌握之中。

3 BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用实例分析

3.1 工程背景简介

以南京市江宁区某制药厂二期厂房的建设为例，该项目的地下室为一层，分为E 楼和I 楼两个部分，存在大量的深基坑开挖和支护作业，其中E楼的基坑开挖总面积为4 380 m2，支护部分的长度为280 m，I 楼基坑开挖的面积为510 m2，支护长度为930 m，项目基坑开挖的深度在6.15～9.60 m。

3.2 基坑安全等级、支护形式以及监测要求

（1）基坑支护结构安全等级。根据基坑支护结构失效后的严重程度，该项目中ABCD、KA、LMNO三个支护段的安全等级为二级，对应的结构重要性系数γ0=1.0,剩余基坑支护段的安全等级全部为三级,其结构重要性系数取值为γ0=0.9。这些支护结构的设计使用年限为1 y。

（2）基坑支护形式设计。设计单位在充分调研地质条件的基础上设计出整体的支护结构。 ①KABCD 支护段采用的支护形式为灌注桩加一道钢筋混凝土支撑； ②LMNO 段采用悬臂式灌注桩支护；③剩余的基坑支护段均采用放坡加挂网喷浆支护技术。该项目地下水处理分为两种技术路径，其一是基坑北侧整体采用双高压旋喷桩止水，其二是基坑内地下水采用“管井”进行降压输干。

（3）深基坑支护监测方案。 ①在基坑支护结构的顶部设置水平和竖向的位移监测点，间隔距离为20 m； ②基坑周边的道路设置水平及竖直的位移监测点，间距也是20 m；③在基坑支护结构的顶部设置深层水平位移监测点，间隔控制在40 m；④在基坑支护结构顶部设置针对地下水位的监测点，间隔控制在60 m。具体的监测指标控制要求见表1。

表1 南京某制药厂二期厂房基坑监测控制指标

3.3 BIM 技术在深基坑支护设计中的应用

BIM 技术在深基坑支护结构设计中的应用方法是利用BIM 技术下的各种软件工具模拟深基坑地质结构模型、基坑模型以及支护装置的三维立体模型，具有易于观察、碰撞检查、工程量统计、数值模拟计算等一系列重要的功能。

（1）深基坑支护设计方案模拟流程。结合该项目的建筑结构设计图纸以及地勘报告，将BIM 技术模拟深基坑支护的流程确定为：创建三维地质模型→建立支护结构模型→模型整合→模型校审→模拟土方开挖→统计工程量→生成地基变形模型→地基变形数值测算→判断地基变形情况制定应对措施。

（2）软件工具介绍。 BIM 技术中可用于基坑施工和支护结构模拟的软件工具已经形成了完善的体系，具体如下：①Revit 软件：其作用是场地建模、支护结构建模、基坑施工模拟以及土方工程量计算；②Civil 3D 软件：地质结构建模；③Navisworks软件：基坑施工过程模拟和碰撞检查；④ANSYS 软件：基坑监测模拟。

（3）基坑结构建模方法。 ①建立地质结构模型。深基坑模型与相应的地质结构存在密切关联，在后续的基坑稳定性分析和变形分析中都要使用到地质结构模型，项目中使用Civil 3D 完成地质结构建模。②Revit 软件建立基坑及其支护结构模型。将上一步中建立的地质结构模型导入到CAD 软件中，然后利用软件工具按照基坑的具体参数挖出相应的结构，Revit 软件中建立了相关族，可直接在这些族中选用相应的支护结构，按照设计方案分段完成支护模型。

3.4 BIM 技术在深基坑安全监测中的应用

BIM 技术的软件工具在深基坑安全监测方面也能发挥出非常重要的作用，具体过程如下：①监测点布置。深基坑及其支护结构应该如何设置监测点是一项专业性很强的工作，BIM 技术可根据设计单位提出的监测方案，在已经建立的深基坑支护结构模型上建立监测点的模拟信息，监测用的传感器将根据这些模型定位点来确定。监测方案设计参数经过第三方软件接口上传至安全监测平台，整合后导入Revit 软件中；②数据采集。当基坑支护施工完成，且监测点全部设置到位之后，工程技术人员即可利用BIM 软件分析基坑、支护结构、道路以及地下水位的变化情况，但具体要以传感器采集到的各种参数为依据。施工单位的安全管理人员要定期采集各种传感器上的参数，并及时将其导入BIM模拟系统中，借助软件工具开展分析和计算；③数据汇总。基坑支护结构的安全监测是长期性的工作，该项目中基坑的设计使用寿命为1 y，在此期间，需定期对基坑开展监测数据采集和分析，然后将最终的支护桩、基坑、地下水变化情况汇总在一起，形成一个长期的、常态化的监测结果。

3.5 基于BIM 技术的深基坑安全管理保障机制

第一，由施工单位的技术人员对项目专职安全管理人员开展BIM 技术培训，重点训练安全管理人员使用Revit、Ansys、数据传感器以及数据接口上传的具体方法，并且要达到熟练运用的程度。第二，由于深基坑的设计方案、施工方案以及安全监测方案全部由委托的专业基坑设计单位来制定，施工单位在项目设计阶段就将所有的专职安全管理人员派往设计单位，由其实施系统性的培训，重点结合该项目讲解利用BIM 技术实施基坑建模和安全监测的方法。经过这一培训之后，施工单位的安全管理人员掌握了BIM 软件的使用方法，并且能够有效地实施基坑支护结构的安全监测，保证了项目顺利实施。