装配式建筑安全管理中BIM技术的应用

张银川

2015 年，我国制造业进入转型升级的时期。2016 年开始，全国各地陆续出台装配式建筑行业的扶持政策。国务院办公厅于2016 年9 月印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，指出要不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。住房和城乡建设部于2017 年3 月出台了《“十三五”装配式建筑行动方案》，确定到2020 年，我国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上。住房和城乡建设部等部门于2020 年8 月联合发布了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，指出要大力推广装配式混凝土建筑，加大高性能混凝土、高强钢筋和消能减震、预应力技术的集成应用[1]。

国家高度重视建筑安全管理工作，各级地方政府也加大了监督力度，确保建筑高效施工、安全生产。由于装配式建筑流程的精细化程度较高，对施工组织、施工技术和施工质量都提出了较高的要求。一旦某个环节出现问题，极易引发安全事故。应用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术可以依据施工计划、建筑构件等基本信息构建四维模型，并依据该模型对施工过程进行动态模拟，从而有利于安全管理人员快速识别危险源，针对安全隐患制定管控手段及措施。

1 装配式建筑安全管理中BIM技术的应用优势

将BIM 技术运用到装配式建筑施工管控领域，基于其共享、可视、模拟的特点实现对安全隐患的及时预警，保证装配式建筑工程顺利进行。

1.1 技术优势

首先，利用BIM 技术的5D 施工模拟功能把制造模型、施工进度模型、操作模型、成本模型以及建筑设计模型等有机结合，能够全面呈现建筑工程每个环节的情况。利用BIM 技术的模型模拟功能，在深入剖析后能够了解装配式建筑施工期间所存在的设计问题和安全隐患，便于及时采取修正措施。图1 为建筑结构设计BIM 模型。BIM 模型可视化的特点还能够提升安全教育的成效，降低人为因素导致的安全事故发生概率。其次，将建筑项目有关信息录入到BIM系统中，能够提升信息共享水平，改变施工期间信息不对称的状况，便于项目相关的各方查阅，实现安全便捷的信息交流。

图1 建筑结构设计BIM 模型

1.2 经济优势

利用BIM 技术的动态模拟功能能够在完工前对建筑各时期、各流程的安全隐患进行排查，做好防范治理工作。而且提早进行项目规划可以有效减少安全事故发生后造成的损失。另外，在开工前进行模拟检测，能够及时发现施工过程中可能存在的不科学环节，进而降低返工的可能，避免延长工期，减少建设费用。总之，装配式建筑工程运用BIM技术进行管理后，风险损失以及施工成本得到了降低，确保了项目的收益。

1.3 环境优势

传统的建筑安全管理难度大、消耗资源多，安全责任难以落到实处，施工安全管理体系不完善，安全检查技术滞后，这些都是妨碍安全监督管理顺利进行的因素，因此市场对BIM 技术的运用抱有很大期望。我国政府将BIM 作为未来重点发展的建筑技术，并相继出台一系列政策措施，为BIM 技术在建筑安全管理领域的运用营造了良好条件。例如《住房和城乡建设部工程质量安全监管司2020 年工作要点》中指出，要试点推进BIM 审图模式，提高信息化监管能力和审查效率。

2 装配式建筑施工安全管理中存在的问题

2.1 施工方案编制不科学

装配式建筑施工方案的编制是一项系统工程，是决定工程质量、施工安全和施工进度的重要因素。一方面，装配式建筑施工流程复杂，多维空间同步作业，对施工方案的科学性、准确性和专业性都提出了较高的要求。另一方面，装配式建筑需协调的部位较多，编写施工计划时难免出现差错。例如，预制梁、预制阳台板等预制构件的安装均需在吊装过程中设立临时性的支撑结构，如果施工计划没有详细阐明支撑点位置与固定连接方法，安装时就可能产生较大误差，临时支撑架构出现受力不均衡的概率便会大幅增加，导致预制构件失稳而引发安全事故[2]。

2.2 施工场地布局不合理

装配式建筑预制构件体型很大，对建筑施工现场的存放场地提出了较高要求。同时，对于装配式建筑工程来说，施工现场交叉施工作业较多，同一场地大量施工人员同步进行不同的施工作业，这就需要对施工场地进行合理布局，就近储存相应物资，以保证工程各个环节同步高效开展。如果场地布局不合理，对某项物资的规划不够清晰，就容易与其他工序产生冲突，导致安全事故产生。例如放置装配式建筑预制构件时，应当合理计算作业现场放置地点和物料运送、塔吊运转的间距，若缺少合理测算，那么塔吊在运行过程中则容易与预制构件产生触碰，情节严重的还会导致构件掉落等安全事故。

2.3 现场吊装作业安全隐患多

由于装配式建筑预制构件体积较大，因此在施工过程中对吊装工序提出了较高要求，同时每一次吊装作业也在一定程度上增加了安全风险。例如塔吊机器运转异常、实操不熟练导致失误，塔吊指挥和实操合作不密切等皆会致使预制构件掉落等，发生诸多安全事件。

另外，在预制构件安装期间，如果因操作问题导致构件脱钩后高空坠落，那么地面施工人员、物料等也将面临安全风险。

2.4 现场应急疏散方案不合理

在装配式建筑安全管理工作中，制定科学有效的建筑施工现场应急疏散方案是安全管理工作的重要内容。然而一些施工单位往往将建筑材料堆放在安全通道附近，致使安全通道堵塞，如果发生危险事件，那么施工人员便无法顺利找到疏散通道，快速撤离，极易引发重大安全事故[3]。施工现场应急疏散通道、安全防护通道如图2、3 所示。

图2 安全应急疏散通道

2.5 安全工作落实不到位

对装配式建筑安全事故原因进行分析后发现，现场施工人员安全意识淡薄和安全知识不足是引发安全事故的重要因素。虽然施工企业积极开展各项安全培训工作，但是这些安全教育培训的效果并不好。

究其原因，目前的安全培训依旧采用说教的形式，为了应付检查要求施工人员机械记忆安全准则，临时组织理论知识考试，实操效果不理想，无法达到培训目的。另外，部分建筑公司在安全技术交底方面缺乏科学有效的管理，没有依照预制构件的分类制定安全交底程序，或者缺少依照施工要求制定的安全交底层级。上述因素都会影响到装配式建筑安全培训工作的顺利开展。

图3 安全防护通道

3 BIM 技术在装配式建筑安全管理中的应用

3.1 优化施工方案

应用BIM 动态模拟技术可以优化装配式建筑的施工方案，促使建筑企业提升经济效益。在施工方案编写过程中，运用BIM 技术能够构建系统的施工方案模型，呈现施工方案的仿真效果，根据结果对比方案间的优劣。在施工准备阶段，可使用BIM 技术对建筑安装的全部过程进行模拟，并且监控每一个安装步骤，及时发现安全隐患，为施工方案的改进提供依据。同时，根据系统对监控信息分析的结果，优化预制构件的安装步骤，提升预制构件安装的安全性[4]。

3.2 调整施工场地布局

装配式建筑建设期间，需要安装数量众多的预制构件，作业现场存在大量交叉工序，加之施工技术内容繁杂，施工现场的布置方式可能会出现问题。制定恰当的施工现场布设方式，预防施工风险和矛盾产生，是施工单位在动工前需要着重考虑的问题。利用BIM 技术能够动态化呈现作业现场的材料与构件堆放、建筑设备放置、车辆运输及吊装等工序，事先预估布设方案中可能产生的安全隐患，确保施工活动的顺利进行[5]。

3.3 明确施工现场重点防护区域

应用BIM安全管控方式将施工方案、施工进度修正数据输入电脑系统，能够为安全监管工作的开展提供可靠参考，同时依据实际情况的发展及时标记安全风险，设置提醒模式，进而提升安全监管工作的及时性、高效性。另外，可利用BIM 模型明确施工实践中每个环节应当重点防护的位置，尤其对于事故发生概率高的区域，务必准确定位且设计防护模块，在作业人员进入危险区域时及时发出警示。建筑物临边安全防护挑网如图4 所示。

图4 建筑物临边安全防护挑网

3.4 优化安全应急疏散方案

依托BIM 技术持续改进应急疏散计划，可以降低作业现场发生安全事件的人员伤亡率。例如，构建BIM 安全信息模型后引进Pathfinder 等专业系统，模拟相关数据，动态呈现疏散时长、人员分布情况以及疏散通道等具体内容并加以分析，提升应急疏散方案的科学性[6]。

3.5 加大安全教育培训力度

在安全教育活动开展时，有关人员应当利用BIM 安全信息模型，依据建材、机器设施、施工人员等数据，多角度动态展现建筑施工的具体步骤，再现施工过程。另外，可以运用VR 技术模拟安全事件，让施工人员对安全事故现场有更深刻的认知，意识到安全教育培训的重要性，调动施工人员的积极性，深化安全教育，取得更加理想的培训效果。

4 结语

应用BIM 技术可以提前发现安全隐患并优化施工安全管理方案，从而有效提高施工安全管理成效，节约施工成本。因此在应用过程中，要根据BIM 安全信息模型科学调整施工场地布局，加大施工现场安全检查防护力度，优化安全应急疏散方案，提升安全教育培训效果，助力装配式建筑安全生产过程向科学化、规范化方向发展。