基于BIM的裝配式建筑安全管理應(yīng)用研究

段萬國(guó)，劉凱，龔黎明，岳廣鑫

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海分公司）

1 引言

自2015年以來，我國(guó)裝配式建筑飛速發(fā)展，在傳統(tǒng)建造方式的基礎(chǔ)上逐步開展對(duì)多層、小高層辦公以及住宅建筑的改進(jìn)和創(chuàng)新，通過對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件部品化生產(chǎn)，伴隨規(guī)模化程度提高，在各地區(qū)應(yīng)用和推廣得越來越廣泛。截止到2020年，我國(guó)新開工裝配式建筑共計(jì)6.3億m2，與2019年相比增長(zhǎng)50%，占同年新開工項(xiàng)目建筑面積比例約20.5%。根據(jù)住建部的通報(bào)，在重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)，新建裝配式建筑占比54.6%，已經(jīng)完成《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》中確定的15%的工作目標(biāo)[1]。綜上，考慮到建筑業(yè)人工成本的逐漸走高，裝配式建筑行業(yè)市場(chǎng)前景優(yōu)越，擁有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

近些年，各級(jí)政府對(duì)建筑安全事故的重視程度越來越高，但由于裝配式建筑在施工生產(chǎn)過程中需要同時(shí)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)裝配等多維空間作業(yè)，安全事故風(fēng)險(xiǎn)易疊加，且裝配式建筑的施工組織、施工技術(shù)和工藝尚不完善，因此極易引發(fā)施工安全事故[2]。為促進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展，加快新型建筑工業(yè)化步伐，更需要加強(qiáng)對(duì)裝配式建筑施工的安全管理[3]。

2 裝配式項(xiàng)目安全管理風(fēng)險(xiǎn)源

2.1 裝配式項(xiàng)目施工方案編制不清晰

施工方案對(duì)工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度等均能產(chǎn)生直接影響，涉及建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境、人力、物力、技術(shù)等多個(gè)維度的綜合規(guī)劃。裝配式建筑的配合環(huán)節(jié)眾多，其施工方案編制過程中難免有疏漏之處，在臨時(shí)性工程上的表現(xiàn)尤為明顯。比如，預(yù)制陽臺(tái)板、預(yù)制梁等預(yù)制構(gòu)件的安裝都需要在吊裝時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐體系，但施工方案中往往對(duì)固定連接方式、支撐點(diǎn)等表述不明，一旦安裝偏差過大，臨時(shí)支撐系統(tǒng)很容易發(fā)生受力不均，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件失穩(wěn)的安全事故。

2.2 裝配式項(xiàng)目施工布局不合理

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)范圍較大，工程建設(shè)需要大量的工人同時(shí)開展不同項(xiàng)目的具體施工，交叉作業(yè)情況普遍存在，同時(shí)需要將相應(yīng)物資進(jìn)行就近存儲(chǔ)，以保證工程建設(shè)的順利開展。若施工場(chǎng)地布局不合理，則在開展吊裝、大件運(yùn)輸?shù)裙ぷ鲿r(shí)，極易與其他工作產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。例如，裝配式建筑構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)存放位置與塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)、物料運(yùn)輸?shù)戎T多環(huán)節(jié)密切相關(guān)，若存放位置不合理，則塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將極易與對(duì)方的構(gòu)件發(fā)生碰撞，引發(fā)構(gòu)件墜落、倒塌等嚴(yán)重安全事故。

2.3 裝配式項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)多維作業(yè)隱患

吊裝工序多是裝配式建筑的特點(diǎn)之一，但頻繁的吊裝作業(yè)也預(yù)示著作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的增多。塔吊設(shè)備是裝配式建筑最主要的吊裝工具，塔吊機(jī)械故障、塔吊操作失誤、塔吊指揮與操作配合不當(dāng)?shù)榷加锌赡軐?dǎo)致構(gòu)件墜落、碰撞、倒塌等嚴(yán)重安全事故。此外，吊裝過程中的預(yù)制構(gòu)件脫鉤現(xiàn)象將直接導(dǎo)致構(gòu)件高空墜落，嚴(yán)重威脅地面設(shè)備物資和人員生命安全。

2.4 裝配式項(xiàng)目安全教育未落實(shí)

從業(yè)人員安全意識(shí)淡薄和安全知識(shí)不足是裝配式建筑安全事故的一大因素。當(dāng)前安全教育培訓(xùn)主要依靠說教宣講、死記硬背、書面考試的形式，安全操作實(shí)訓(xùn)效果差，培訓(xùn)內(nèi)容難以落到實(shí)處。此外，安全交底工作也存在欠缺，不按照構(gòu)件分類或施工層級(jí)嚴(yán)格進(jìn)行安全交底，甚至交底工作中直接將安全部分忽略，交底記錄內(nèi)容對(duì)安全部分記錄不詳?shù)龋紘?yán)重影響了裝配式建筑安全培訓(xùn)工作的落實(shí)效果。

3 BIM在裝配式建筑安全管理中的優(yōu)勢(shì)

3.1 協(xié)同化安全設(shè)計(jì)

采用BIM技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底，將各施工步驟、施工工序之間的邏輯關(guān)系、復(fù)雜交叉施工作業(yè)情況、重大方案施工情況直觀地加以模擬與展示。基于BIM可視化平臺(tái)，進(jìn)行圖文并茂說明。以直觀方式降低技術(shù)人員、施工人員理解難度的同時(shí)，進(jìn)一步確保技術(shù)交底的可實(shí)施性、施工安全性等。

3.2 安全培訓(xùn)

安全培訓(xùn)是一種有效的安全管理方法，但是往往工人對(duì)安全知識(shí)的吸收非常少，改變不了工人的工作方式和行為。其原因在于培訓(xùn)的方式缺乏實(shí)操性，工人的參與程度太低。采用BIM技術(shù)為現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)安全事故時(shí)的消防安全疏散模擬、安全逃生模擬、安全救助模擬。基于BIM的方法進(jìn)行安全教育及方法傳播，提高現(xiàn)場(chǎng)施工人員安全意識(shí)。

3.3 危險(xiǎn)源識(shí)別

裝配式項(xiàng)目危險(xiǎn)源的識(shí)別和管理是當(dāng)前新型建筑安全管理的要點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)項(xiàng)目的安全管理，裝配式項(xiàng)目安全管理部分風(fēng)險(xiǎn)源仍未被識(shí)別，裝配式項(xiàng)目多維空間作業(yè)仍存在安全隱患，部分安全事故有急劇增加的可能。通過BIM技術(shù)可以對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和管理，例如，BIM技術(shù)與安全規(guī)則相結(jié)合，對(duì)板邊緣和洞口等危險(xiǎn)源自動(dòng)識(shí)別，對(duì)于臨時(shí)設(shè)施的穩(wěn)定性則將BIM技術(shù)與結(jié)構(gòu)分析軟件集成來監(jiān)測(cè)它的安全性，以達(dá)到全面識(shí)別危險(xiǎn)源。對(duì)于密閉環(huán)境下的施工則需將BIM技術(shù)與傳感器集成，以實(shí)時(shí)監(jiān)控該環(huán)境的安全性。

3.4 危險(xiǎn)源管理

對(duì)于識(shí)別出來的危險(xiǎn)源，在三維可視化模型中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)將危險(xiǎn)源進(jìn)行分類標(biāo)記，以便安全員實(shí)時(shí)查看。將施工現(xiàn)場(chǎng)所有的生產(chǎn)要素、生成構(gòu)件等都繪制在主體施工BIM模型中。在此基礎(chǔ)上，采用BIM技術(shù)，通過BIM安全分析軟件（比如Fuzor等）基于BIM模型對(duì)施工過程中的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)、分析和評(píng)價(jià)，快速找出現(xiàn)場(chǎng)存在危險(xiǎn)源施工點(diǎn)，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)與統(tǒng)計(jì)，同時(shí)輸出安全分析報(bào)告。基于安全分析報(bào)告進(jìn)行安全BIM模型創(chuàng)建與優(yōu)化，制定安全施工解決方案，最終通過安全BIM模型及安全施工方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全施工管理。

4 基于BIM的裝配式建筑安全管理應(yīng)用

4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)仿真模擬

BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑施工中能結(jié)合施工計(jì)劃與建筑構(gòu)件等基本信息建立四維模型，同時(shí)，四維模型還能動(dòng)態(tài)模擬施工過程，便于管理人員有效、全面地識(shí)別危險(xiǎn)源，及時(shí)做好相應(yīng)的安全管理措施與危險(xiǎn)因素管理控制。在BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，可以根據(jù)危險(xiǎn)源的影響區(qū)域與影響程度進(jìn)行等級(jí)劃分，便于管理人員區(qū)分。另外，通過BIM技術(shù)還可以模擬制定防范機(jī)制與預(yù)防措施，檢驗(yàn)預(yù)防措施是否有效，減少施工中的安全隱患。

4.2 危險(xiǎn)源管理

在施工安全管理中，識(shí)別危險(xiǎn)源非常重要，及時(shí)識(shí)別危險(xiǎn)源能幫助管理人員制定安全管理措施，而BIM技術(shù)的應(yīng)用則能幫助管理人員識(shí)別危險(xiǎn)源，從而制定相應(yīng)的安全措施。在BIM技術(shù)的應(yīng)用背景下，可開設(shè)虛擬應(yīng)急逃生功能，一方面能降低實(shí)地演練的資源消耗，另一方面也可通過多層次、多方面開展應(yīng)急問題的預(yù)防工作。虛擬應(yīng)急逃生功能可對(duì)多層次應(yīng)急事件進(jìn)行模擬，為技術(shù)人員提供多個(gè)視角，構(gòu)建完整、全面、有效的應(yīng)急措施，提升施工人員的應(yīng)急能力（見圖1）。

圖1 危險(xiǎn)源預(yù)警

4.3 建筑工人安全培訓(xùn)管理

BIM技術(shù)中具有大量的信息資源，多工種作業(yè)人員在培訓(xùn)過程中應(yīng)該加深自身的安全作業(yè)理念，首先應(yīng)該加強(qiáng)施工人員的基礎(chǔ)安全培訓(xùn)，保證其具備施工安全信息接收能力；其次要將BIM技術(shù)應(yīng)用于安全施工培訓(xùn)中，針對(duì)性地為不同工種作業(yè)人員實(shí)施培訓(xùn)。相比于傳統(tǒng)口頭教育方法，可視化培訓(xùn)方法能為各個(gè)工種的安全施工提供參考，讓施工人員明確施工過程中安全的重要性，提升施工人員的安全意識(shí)。

5 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在裝配式建筑工程安全管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較大，發(fā)展前景良好。當(dāng)前智慧建造、智慧工地管理愈加重要，加強(qiáng)各級(jí)施工單位對(duì)智能化工地的安全管理，不能只將口號(hào)喊在前面，更應(yīng)加強(qiáng)自身的管理能力。積極尋求現(xiàn)代化的施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理技術(shù)，把施工“安全第一”落在實(shí)處。