基于BIM技术的高层建筑施工安全管理分析

文｜北京京石建业建设工程有限公司 宋淳

BIM 技术即建筑信息模型技术，是指基于与建筑工程有关的真实数据，在BIM软件中构建建筑模型，通过数字信息完成建筑物各项信息的模拟与仿真。这种技术并非简单地将数字信息进行集成，而是在利用数字信息的基础上，将建筑设计、施工建造、管理等环节进行数字化升级，从而创设出新的建筑工程管理模式，最终令建筑工程的施工效率显著提高、安全事件的发生率大幅度降低。总体而言，BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理时能够发挥较强的作用，值得深入分析。

1.BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理方面的适用性分析

1.1 BIM 技术的应用价值

BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理工作时呈现出的特点为：不仅在施工阶段应用，而是从建筑工程项目规划设计乃至全生命周期中均有所应用[1]。比如在设计阶段：技术人员在获得原始数据之后，将拟建建筑体的外部形态、内部构造以虚拟建筑模型的形式予以呈现，可以使施工单位、业主单位的施工参与人员直观、清晰地观察，以便在项目初期便提高了解程度。进入施工阶段之后，BIM 虚拟建筑模型会配合分阶段、分项工程，为每一家施工参与单位提供具有针对性的虚拟模型。如负责建筑结构施工单位会获得钢筋、模板、混凝土的三维虚拟模型图；机电安装单位会获得建筑内部空间、管道布设三维模型；幕墙施工单位会获得建筑内隐蔽区、支护结构存放区的三维模型。这些模型可根据施工单位的需求而拉近、拉远、随意调整视角，进而为具体施工提供诸多便利。除此之外，现场管理人员可根据多种具体的三维模型，对施工进度、各项施工细节进行深度管理，能够及时发现并排除施工现场存在的安全隐患，具有较强的应用价值。

1.2 BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理工作的适用性

BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理工作的主要流程如图1所示。从中可以看到，完成模型的建设之后，技术人员可采用多种方法完成信息的处理与传递，可以将工程进展情况、管理情况实时传递给有关人员，进而整体性提高工程现场管理水平。其中，与施工安全管理有关的内容如图2所示。总体来看，应用BIM 技术之后，高层建筑施工现场的所有事项都会得到系统性地总结，工程进展至任何阶段、使用任何材料时都会在虚拟建筑模型中有所体现，实际上便是对施工进程进行全方位监测，安全性可大幅度提高。

图1 BIM 技术应用于建筑工程的结构总图

图2 基于BIM 模型的施工现场安全管理要素

2.BIM 技术在高层建筑施工安全管理工作中的具体应用

2.1 高层建筑施工安全管理资料的收集与整理

BIM 技术应用于高层建筑施工安全管理工作时，首先需要对各项资料进行收集与整理[2]。具体而言：其一，高层建筑施工场地内的道路标高、给排水系统、塔吊及升降机等设备的位置必须在规定时间内确定完毕，相关信息应如实显示在BIM 虚拟模型中。其二，钢筋加工棚、钢筋成品存储区、施工电力相关设备（包括电箱、防护棚、变压器等）、消防器材、围挡等应该呈现出什么样的外在形态同样需要呈现在BIM 虚拟模型中。现场管理人员基于BIM模型，可进行有效指导，从而确保各项工作有条不紊地开展。其三，技术人员可将施工总平台图布置成三维模式，进而以立体化的形式将施工现场的真实情况进行远程显示。在此基础上，当一道工序或一个施工团队的工作完成后，即将转化到下一个施工阶段之前，管理人员可利用BIM 模型，对场内的各项元素进行“预演布置”，发现并解决各项矛盾，最终找出最优解决方案，提高施工场地的运用效率。

2.2 基于BIM 技术的虚拟化施工组织开展

高层建筑施工现场参与人多、设备材料多，空间有限。在这种条件相对特殊的空间结构中进行复杂程度较高、难度较大的施工作业时，为数众多的立体化交叉作业便是必不可少的内容。如果现场的规划布局、协调工作开展质量不佳，大概率会生成多项安全隐患。为有效规避上述问题，管理人员应当应用BIM 技术，提前完成虚拟化的施工组织工作。

2.3 基于BIM 技术的高层建筑施工安全管理体系的构建

构建高层建筑施工安全管理体系的思路如图3所示。相关考虑如下：其一，如上文所述，施工现场的作业空间相对有限，为保证施工安全，最好能够在正式施工前进行模拟，从而印证施工方案的可行性。其二，利用BIM 模型，对建筑工程的施工、运营等多个阶段的具体方案进行评估，根据反馈结果不断调整方案，直至找到最优解。

图3 基于BIM 技术的施工现场安全管理方案构建思路

3.基于BIM 技术的高层建筑施工过程安全管理

3.1 施工相关资料的查询与追溯管理

BIM 技术的优势并不仅仅在于“构建虚拟模型”，相关软件一般会配备充足的存储空间，足以将海量信息资源按照一定的顺序存储于其中[3]。比如管理人员可以基于各部门岗位职责的差异，将各部门的资料关联到BIM 模型的各个位置，最终呈现出的便是“竣工模型”。基于这个模型，施工相关人员可以随时对目标资料进行快速查找，甚至是基于编号审查各种材料的应用情况，进而与实际施工结果相比对。如图4为BIM 软件的操作界面，图中蓝灰色选中区域为高层建筑某一层的楼梯。选中该区域之后，“属性”中会清晰呈现出构件名称，所属大小分类、所在楼层及具体位置。除此之外，选种区域应该呈现出什么样的截面形状和平面形状，底标高、混凝土等级（如需要进行混凝土浇筑施工）、拟采用的施工方式、模板类型等信息都会实时呈现。管理人员如果发现某区域的实际施工效果、所用材料与BIM 软件中给出的信息存在差异，意味着施工现场可能已经埋下了安全隐患，需要立刻进行质量检验，尽量降低安全事故的发生率及严重程度。

3.2 基于BIM 软件设备提醒功能施工安全管理要素

在高层建筑施工期间，现场使用的塔吊等设备总重量较大、辐射范围广，在整体上支撑工程进度。如果这些设备本身存在质量问题，同样会埋下安全隐患。因此，借助BIM 软件的设备提醒功能，管理人员可对设备的质量进行监督。如图5所示与图4显示结果类似，是针对建筑内的管道排布情况构建的BIM 虚拟模型。从中可以清晰地看到管道的整体排布走向、阀门所在位置等。图5实时反馈的效果是：操作人员选中了其中一个管道泵（红色），点击后“属性”菜单一栏便自动弹开，给出的信息包括：①构件的名称：自动搅匀潜水泵；②构件所属专业：给排水方面；③构件所属大类/小类，分别对应设备、给排水设备；④系统编号：污水系统//污水管；⑤插入点标高：-800mm；⑥所属楼层：-1 层；⑦构建型号：JYWQ50-25-10 ～15-1200-2.2；⑧构件单体质量：60kg；⑨所选中区域构件消耗量（自动搅匀潜水泵构件的数量）：1 只。对施工现场安全管理人员来说，相对最重要的信息是第九项。原因在于：选中区域的内容是一个单独潜水泵构件，按照BIM 软件给出的描述，管理人员可以对设备数量等信息进行核查。如果最终结果与实际情况相符，则基本可以认定无问题，若结果不相符，管理人员需要对构件的使用过程进行排查，确定相关责任人。

图4 BIM 软件的“信息追溯对照”功能实际操作效果图

图5 BIM 软件中设备提醒操作界面图

3.3 基于BIM 技术深化施工图及施工碰撞规避管理

在BIM 技术出现之前，施工现场的技术人员及管理人员一般使用AutoCAD 软件对建筑钢结构、机电工程、幕墙工程的施工方案、施工准备工作进行深化设计。得出的结果往往与预期之间存在一定的差距。特别是构件尺寸加工方面经常出现较大的偏差，导致施工人员按照相关的方案进行施工时，经常出现不同构件发生碰撞的情况，严重影响工期。在BIM 技术出现之后，应用BIM 软件进行高层建筑钢结构等样图设计时，设计精度以及操作安全性均得到了大幅度提升。如图6所示为某高层建筑中针对某些部件进行BIM 碰撞检测时的效果图。图中上方所示：检测的两个构件分别是：①土建分类下的KZ2（H=0 ～4900）混凝土柱；②水管/二次热水高区供水管分类下的DN300（H=3800）热供水管（无缝钢管），对应轴网属于“其他位置”，碰撞配型检测结果为“已经核准”，意为被检测的两个构件之间的排布现状符合碰撞规避允许标准，二者之间没有碰撞危险。偏下方所示：检测的两个构件分别是：①所属土建类别的L3（1）PD1#（H=2910 ～3957（斜））次梁；②所属给水系统Td 的DN200（H=3800）-304 薄壁不锈钢管，属于一类给水管。对应轴网同样属于“其他位置”，检测结果同上。

事实上，图6显示的碰撞检测结果只是施工现场管理人员在施工前利用BIM 软件进行虚拟检测时呈现出的结果。如果在该环节发现问题，意味着建筑体内的管道布置方案存在问题，需要进行调整。除此之外，技术人员在设计管道排布方案时，还可以利用BIM 软件自带的“模拟”功能，对更加符合实际施工需要的管道施工顺序进行关注，进而在设计阶段便确定施工顺序。按照这种流程，给排水管道、暖通工程等施工先后顺序的安排会更加合理，可有效降低施工现场发生混乱的概率，从而达到提高现场安全管理水平的目的。

图6 某高层建筑工程中进行构件碰撞检测的BIM 效果图

4.结语

综上所述，高层建筑的复杂程度较高，不同工程之间对“配合”默契度提出了较高的要求。为避免施工期间出现次序混乱、无法有效追踪工程进度等问题，可应用BIM 技术，完成虚拟建筑信息模型的构建。在此基础上，施工进展程度、具体到每一个环节、每一个工作日的施工完成情况都处于“可视化”的状态，能够从根本上提高建筑施工的管理水平，不仅能够如期完工，还可保证工程质量。