BIM技術在腳手架安全管理中的應用研究

徐寧霞

1.工程概況

案例項目銀川市婦幼保健院位于銀川市金鳳區，場地形狀不規則，建筑總的占地面積為75498.4m2。產科大樓建筑高度為63.5m，地下一層（層高6.3m），地上16層，結構類型為框架—剪力墻。外圍采用懸挑式腳手架，利用型鋼懸挑梁作為上部腳手架的承力結構，再在型鋼懸挑梁上搭設扣件式鋼管腳手架，腳手架分為3個懸挑段：第一懸挑段（2～6層），第二懸挑段（7～11層），第三懸挑段（12～16層），懸挑段腳手架平均高度為12m。

2.BIM技術的特點

2.1 可視化

可視化即“所見即所得”。通過BIM技術的三維可視化功能，可清晰展示腳手架各個節點的連接情況，并以三維立體的形式直觀展現腳手架桿件節點的構造形式，克服技術人員空間想象力不足的弱點。

2.2 協調性

BIM的協調性可解決項目實施階段遇到問題無法及時協調的難題。也就是說，在項目建造前期，利用BIM技術和協調功能提前檢查腳手架搭設過程中可能出現的問題并提出解決方案，可以有效避免在項目建造過程中造成的不必要的返工和成本浪費。這種事前控制手段是先進安全管理理念的體現。

2.3 模擬性

BIM技術不僅可模擬建筑實體，也可基于項目的發展時間模擬施工過程，優化施工方案，在此基礎上還可進行造價模擬，實現成本控制。除此以外，BIM技術還可以進行一些特殊功能的模擬實驗，比如模擬日照時間、模擬發生事故時的緊急疏散逃生路線等。

2.4 優化性

BIM模型可不斷進行優化，但是優化結果受信息、復雜程度以及時間的制約影響。首先，確保建筑基礎信息的準確性，才能更好地優化BIM模型。其次，項目的復雜程度越高，則必須借助一定的科學技術手段和先進的設備才能達到預期的優化效果。最后，BIM的優化也受時間的制約，時間越短，優化的程度越有限；時間越充裕，優化的效果可能會越明顯。

2.5 可出圖性

利用BIM技術的可視化、協調、模擬以及優化功能，最終可出具以下圖紙：碰撞檢查報告、腳手架三維模型圖以及桿件節點構造大樣圖。

3.BIM技術應用于腳手架安全管理的必要性分析

腳手架的安全管理以及驗收過程都是由現場人員手工完成的，這種傳統的安全管理模式受管理者自身專業技能和職業素養的影響較大，且主觀性較強，無法對腳手架搭設、使用和拆除過程中的危險源進行有效全面地檢查與預警。但是，如果將BIM技術與傳統的安全管理手段結合起來，可有效提升腳手架安全管理的質量和效率[1]。在我國，BIM技術已廣泛應用于中國尊、上海中心大廈等項目中，而且都取得了非常好的成效。因此，將BIM技術應用到腳手架的安全管理過程中也是未來科技進步和社會發展的一種必然趨勢。

4.腳手架設計方案分析

4.1 懸挑腳手架的特點

懸挑腳手架是利用型鋼懸挑梁作為附著支承支設在建筑結構上，而又在其上搭設扣件式鋼管腳手架的一種腳手架形式，必須采用分段搭設，每段搭設高度不得大于20m。懸挑腳手架的設計關鍵在于其支承結構，支承結構不僅可以穩定腳手架本身，也可以將架體荷載傳遞給建筑結構，因此要求支承結構必須具有足夠的強度、剛度和穩定性，宜采用型鋼或鋼桁架作為其懸挑支承[2]。錨固懸挑梁的U形拉環應與結構鋼筋焊接在一起，錨固段長度不應小于懸挑段長度的1.25倍。

表1 懸挑腳手架工程量統計報表

圖2 腳手架連墻件的三維模型

圖3 懸挑腳手架BIM模型

4.2 懸挑腳手架設計要點分析

懸挑支承結構是懸挑腳手架的設計要點之一。利用BIM技術不僅可以很好地理解建筑結構形式，也可以將腳手架的搭設與拆除施工過程可視化，對于排查事故隱患、預防事故發生有著重大的意義。再者，通過將相關安全信息，例如：安全技術交底、安全檢查評分表、腳手架驗收記錄等與腳手架BIM模型進行關聯，確保模型與現場腳手架施工的同步性。懸挑腳手架支承結構模型如圖1所示。

此外，連墻件的設置也是懸挑腳手架的設計要點之一。傳統的腳手架設計方案對連墻件的處理比較簡單，僅以文字或簡單的設置立面圖進行示意，無法直觀展示連墻件與建筑結構以及腳手架的相對位置，給腳手架的安全施工埋下了隱患。而將BIM技術應用到腳手架安全管理活動中，可預先展示連墻件與建筑結構以及腳手架的連接是否合理可靠，并能及時做到連墻件的位置調整以及模型的優化，既保證了結構安全，又實現了安全施工。腳手架連墻件布置的三維模型如圖2所示。

4.3 懸挑腳手架BIM模型

懸挑腳手架專項施工方案設計的合理性、搭設的安全性、驗收的規范性以及使用的嚴謹性都將對整個工程的綜合效益產生重大的影響。通過利用BIM技術，有助于技術人員對復雜建筑結構形式的理解，從而確定懸挑腳手架的搭設形式；通過對腳手架施工過程的模擬，可有效解決搭設過程中腳手架與建筑結構的碰撞問題，并針對腳手架搭設過程中的安全問題與作業人員進行有效地溝通、詳細的安全技術交底、全面的安全檢查等，事前解決因作業人員對建筑結構的不了解而造成的安全隱患，從而實現安全施工。懸挑腳手架BIM模型如圖3所示。

4.4 腳手架工程量統計

依據腳手架基礎數據信息創建懸挑腳手架BIM模型，隨之自動生成腳手架工程量統計報表。報表中詳細羅列了腳手架搭設所需的鋼梁、鋼管、扣件以及腳手板材料用量，此用量與現場腳手架實際搭設材料用量應保持一致。依據統計報表中腳手架的工程量，可分階段分批次采購現場腳手架材料用量，對懸挑腳手架專項施工方案的設計編制以及現場材料的合理堆放與布置等將起到至關重要的作用，直接影響腳手架的安全施工。懸挑腳手架工程量統計報表如表1所示。

5.腳手架三維模型中的安全信息

依據《建筑施工安全檢查標準》（JGJ 59-2011）對現場腳手架施工的危險源進行安全檢查與評定，形成腳手架安全施工信息庫。其中與腳手架安全管理相關的信息包括：安全技術交底、安全檢查記錄、安全驗收記錄、事故隱患整改復查記錄等，同時也包括現場照片的采集與相關責任人的審批意見[3]。將上述安全信息進行整理并與腳手架三維模型進行關聯，通過查看模型以及安全信息，來實現動態的安全管理過程，有效提升腳手架的安全性。

在設計階段，圍繞安全管理目標合理計劃施工活動。在執行過程中，通過腳手架的三維可視化以及相關技術專家的豐富經驗進行腳手架危險源的排查，羅列清單，并對重大危險源進行標記。在檢查過程中，依據標記的重大危險源制定有針對性的安全管理措施，安排專門的負責人來進行安全過程控制，確保達到預期的安全目標。通過對結果進行比對分析來優化安全管理活動，實現安全生產[4]。

6.結語

通過在銀川市婦幼保健院項目中應用先進的BIM技術，在項目的實施階段，對腳手架的安全施工進行實時監控，相比傳統的腳手架安全管理模式，此種信息化安全管理更直觀更高效，可整體提升腳手架安全管理的技術水平，體現腳手架安全管理的系統化與現代化，取得良好的經濟效益和社會效益。