基于BIM技術(shù)的 裝配式建筑安全管理探析

朱云珍

以某建筑工程項(xiàng)目實(shí)例為依托，對(duì)基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理展開(kāi)分析論述。研究結(jié)果表明，在裝配式建筑安全管理中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先對(duì)BIM的應(yīng)用目標(biāo)及配置加以明確，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建BIM安全信息模型，依托模型對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行模擬布置，并對(duì)施工方案加以優(yōu)化，開(kāi)展安全教育培訓(xùn)，以此來(lái)提高施工安全管理水平，避免安全事故的發(fā)生，確保裝配式建筑能夠保質(zhì)、保量、按時(shí)完成。

近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的逐步加快，推動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展，各類建筑工程項(xiàng)目不斷增多。裝配式結(jié)構(gòu)以其自身所具備的諸多優(yōu)勢(shì)，在建筑領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為確保裝配式建筑施工過(guò)程安全、有序開(kāi)展，可依托先進(jìn)的BIM技術(shù)開(kāi)展安全管理工作、提高管理水平。借此就基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理展開(kāi)探析。

一、工程概況

某建筑工程項(xiàng)目占地13.2萬(wàn)m2，總建筑面積為47.8萬(wàn)m2，由地上和地下兩部分組成，其中地上建筑面積為32.5萬(wàn)m2，地下為15.3萬(wàn)m2。地上建筑的主體部分采用的是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)目的規(guī)模較大，預(yù)制混凝土構(gòu)件的數(shù)量較多，為確保施工安全有序進(jìn)行，決定在安全管理中引入先進(jìn)的BIM技術(shù)。下面重點(diǎn)對(duì)BIM技術(shù)在該裝配式建筑安全管理中的應(yīng)用展開(kāi)分析。

二、基于BIM技術(shù)的裝配式建筑安全管理

1.BIM的應(yīng)用目標(biāo)及配置

（1）應(yīng)用目標(biāo)

通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以構(gòu)建起與建筑工程相關(guān)的三維可視化模型，為參建各單位的協(xié)同工作提供支撐，能夠避免各專業(yè)之間的矛盾沖突。基于三維模型，可對(duì)裝配式建筑施工中存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提前預(yù)判，以此來(lái)促進(jìn)施工安全管理水平的提升，避免重大安全事故的發(fā)生，保證項(xiàng)目如期完工。在項(xiàng)目施工準(zhǔn)備階段，BIM的應(yīng)用目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)圖紙深化、混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、施工流程模擬等。具體工作時(shí)，先獲取與施工現(xiàn)場(chǎng)安全有關(guān)的信息，并與項(xiàng)目信息現(xiàn)結(jié)合，依托BIM構(gòu)件模型，滿足施工安全管理的各項(xiàng)要求，在模型的支撐下，對(duì)各環(huán)節(jié)模擬優(yōu)化，如完善設(shè)計(jì)圖紙、安全教育培訓(xùn)、施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置等，并在裝配式建筑正式開(kāi)始前，將現(xiàn)場(chǎng)所有的風(fēng)險(xiǎn)隱患盡可能排除，防止發(fā)生安全事故影響工程質(zhì)量和進(jìn)度；在施工實(shí)施階段，BIM的應(yīng)用目標(biāo)為將之前構(gòu)建好的模型應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理工作的全過(guò)程當(dāng)中，依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息同步更新，識(shí)別、處理并控制各個(gè)施工階段的安全隱患問(wèn)題，為項(xiàng)目目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供保障。

（2）相應(yīng)配置

在裝配式建筑工程安全管理中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，系統(tǒng)硬件的配置尤為重要，這是BIM技術(shù)作用得以發(fā)揮的根本保障。由于BIM軟件對(duì)計(jì)算機(jī)本身的配置要求較高，部分軟件如Fuzor等，在渲染處理時(shí)，要求計(jì)算機(jī)的CPU具有較高的性能。基于這一前提，要對(duì)計(jì)算機(jī)硬件優(yōu)化配置，以滿足BIM的要求，防止應(yīng)用期間出現(xiàn)嚴(yán)重卡頓或是死機(jī)等情況。具體的硬件配置如下：高性能的計(jì)算機(jī)搭配圖形處理工作站、激光掃描儀、VR設(shè)備、服務(wù)器、移動(dòng)站等。BIM應(yīng)用在執(zhí)行期間，要獲得各類管理系統(tǒng)及軟件的支持，在該項(xiàng)目中，要與應(yīng)用模塊及BIM建模相結(jié)合，所以BIM系統(tǒng)軟件的配置應(yīng)滿足相關(guān)要求，具體的配置可根據(jù)安全管理工作的實(shí)際需要而定。

2.BIM安全信息模型構(gòu)建

依據(jù)裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的安全信息，結(jié)合主要構(gòu)件編碼體系的相關(guān)條件，要對(duì)具體信息及主要的預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)行編碼處理，通過(guò)外部鏈接，并借助參數(shù)化的形式，將相應(yīng)的信息準(zhǔn)確輸入到BIM的基礎(chǔ)模型當(dāng)中。以族的形式構(gòu)建混凝土預(yù)制構(gòu)配件，合理布置個(gè)部位的構(gòu)件，如鋼筋、吊鉤等，并建立多個(gè)族庫(kù)。

3.施工場(chǎng)地布置

在本工程中，裝配式建筑的主要用途為住宅，通過(guò)對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的總平面圖進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境，利用Revit軟件，規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、道路、臨時(shí)設(shè)施等，并構(gòu)建施工場(chǎng)景及BIM模型。同時(shí)，向BIM系統(tǒng)中導(dǎo)入Fuzor軟件，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)漫游模擬操作。

（1）模擬車輛運(yùn)輸

依托Revit軟件，對(duì)裝配式建筑施工車輛的相關(guān)信息進(jìn)行添加，通過(guò)分析車輛的實(shí)際運(yùn)行效果，對(duì)具體的道路路線合理規(guī)劃，保證車輛運(yùn)輸?shù)臅惩ㄐ裕诒苊獍踩鹿实耐瑫r(shí)，提高車輛運(yùn)輸效率。

（2）模擬塔吊作業(yè)

裝配式建筑施工階段，塔吊是不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備之一，它的主要作用是垂直運(yùn)輸混凝土預(yù)制構(gòu)件及各種材料。由于塔吊體量大、操作難度高，從而使其成為裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的主要危險(xiǎn)源。本工程的工期比較緊，為趕進(jìn)度，常常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)建筑結(jié)構(gòu)同時(shí)施工的情況，也就是說(shuō)，施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)會(huì)有2臺(tái)以上的塔吊交叉作業(yè)。因裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地并不是寬闊，所以在多臺(tái)塔吊同時(shí)作業(yè)的情況下，施工難度隨之增大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也進(jìn)一步提升，給安全管理提出挑戰(zhàn)。為避免吊塔交叉作業(yè)時(shí)發(fā)生安全事故，依托BIM技術(shù)，與施工計(jì)劃有機(jī)結(jié)合，采取動(dòng)態(tài)模擬操作的方法，對(duì)布置方案優(yōu)化調(diào)整，具體如下：施工正式開(kāi)始前，先用Revit軟件和Fuzor軟件模擬處理，分析各方案的特征，從中找出最不利的因素以及存在的不良問(wèn)題，比如施工碰撞、路線規(guī)劃不合理等，采取有效的方法和措施，對(duì)問(wèn)題加以處理，從而最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，增強(qiáng)施工的可行性。

4.施工方案優(yōu)化

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙

依托BIM開(kāi)展的施工方案優(yōu)化，是基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的施工情況，以圖紙作為主要的參考依據(jù)，對(duì)BIM安全信息模型進(jìn)行構(gòu)建，利用Navisworks軟件，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)碰撞檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)所得的結(jié)果，改進(jìn)設(shè)計(jì)圖紙中的不足。同時(shí)在Ruzor軟件下，按施工方案，模擬并分析施工功工序，找出其中存在的問(wèn)題，據(jù)此對(duì)方案內(nèi)容加以優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)反復(fù)多次的模擬處理后，獲得最優(yōu)的施工方案及措施，以此為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行指導(dǎo)，避免施工中產(chǎn)生過(guò)多的設(shè)計(jì)變更，最大限度減少安全隱患，消除危險(xiǎn)源，避免安全事故發(fā)生，確保建筑工程順利完成。具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法如下：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中給出的相關(guān)要求，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，構(gòu)建BIM安全信息模型，確保模型中有如下內(nèi)容：建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等。隨后將.nwc文件導(dǎo)出，并利用Navisworks軟件開(kāi)展碰撞檢測(cè)，獲得相應(yīng)的分析報(bào)告。以Navisworks軟件所具備的導(dǎo)出功能為依托，將碰撞檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果全部導(dǎo)出，通過(guò)分析報(bào)告的形式呈現(xiàn)。在該報(bào)告中，包含如下信息：碰撞點(diǎn)的圖像、名稱、狀態(tài)、網(wǎng)格位置等，將上述信息轉(zhuǎn)換為Excel表格后進(jìn)行編輯和打印，為管理人員開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作創(chuàng)造有利條件，有效識(shí)別可能發(fā)生的碰撞問(wèn)題，避免圖紙會(huì)審時(shí)，出現(xiàn)漏審或是錯(cuò)審等問(wèn)題。混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)前，可結(jié)合分析報(bào)告中的內(nèi)容，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙優(yōu)化調(diào)整，避免后期施工時(shí)不良問(wèn)題的發(fā)生。

（2）優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件儲(chǔ)運(yùn)方案

本工程中的建筑主體采用是的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，由此使得混凝土預(yù)制構(gòu)件成為施工的重點(diǎn)。在BIM模型中，可以將預(yù)制構(gòu)件的具體施工流程總結(jié)為運(yùn)輸、堆放、吊裝、安裝等模塊。現(xiàn)場(chǎng)安全管理中，吊裝和安裝所起到的作用比較重要，在設(shè)計(jì)圖紙正常的前提下，會(huì)直接影響現(xiàn)場(chǎng)安全管理的模塊是預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸與堆放模塊。這個(gè)影響具有雙面性，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的信息完整、準(zhǔn)確時(shí)，會(huì)對(duì)運(yùn)輸、堆放環(huán)節(jié)產(chǎn)生積極影響。而在該環(huán)節(jié)中應(yīng)用BM技術(shù)，能夠完成相關(guān)信息的及時(shí)存儲(chǔ)，有效解決信息脫節(jié)問(wèn)題。BIM模型構(gòu)建時(shí)，應(yīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件及其安全信息進(jìn)行分類編碼，以便在模型中及時(shí)查看，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)檢驗(yàn)收合格后，BIM模型會(huì)對(duì)相關(guān)的信息實(shí)時(shí)更新，如廠家、生產(chǎn)日期、養(yǎng)護(hù)及質(zhì)檢情況等，并形成具有唯一性的二維碼，可將該碼粘貼在相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件上。現(xiàn)場(chǎng)施工人員用射頻裝置掃碼后，便可讀取構(gòu)件的信息，從而使預(yù)制構(gòu)件的信息能夠在整個(gè)施工流程中有效傳遞，在提高作業(yè)效率的前提下，使施工安全得到保障。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸前，要結(jié)合實(shí)際情況，編制合理可行的運(yùn)輸方案，運(yùn)輸工具可以選擇平板拖車或是大噸位的卡車，并確保運(yùn)輸途中，車輛盡可能在平坦的路面上行駛。為減輕顛簸對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件的損傷，可采取平躺的形式運(yùn)輸構(gòu)件，并用軟質(zhì)材料對(duì)構(gòu)件的四角進(jìn)行包裹，避免運(yùn)輸時(shí)受損。預(yù)制樓梯是比較特殊的構(gòu)件，運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)采用二點(diǎn)支點(diǎn)平躺法，并采取有效的減振措施。結(jié)合運(yùn)輸?shù)缆罚肍uzor軟件，模擬構(gòu)件的運(yùn)輸方案，從中找出不安全因素，選取最佳的解決方案。在施工現(xiàn)場(chǎng)布置預(yù)制構(gòu)件堆放場(chǎng)地時(shí)，要以總平面設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，避免產(chǎn)生交叉作業(yè)的情況，消除潛在的安全隱患，防止安全事故的發(fā)生。當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，由相關(guān)人員通過(guò)射頻裝置掃描構(gòu)件上的二維碼，快速完成構(gòu)件的檢驗(yàn)及驗(yàn)收，確認(rèn)達(dá)到后，運(yùn)至指定區(qū)域內(nèi)妥善堆放，隨后技術(shù)人員將預(yù)制構(gòu)件的入場(chǎng)信息輸入到BIM模型當(dāng)中，這樣便可對(duì)相應(yīng)的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)查詢。

（3）優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件吊裝安裝方案

將相關(guān)模型導(dǎo)入至Fuzor軟件當(dāng)中，采用動(dòng)態(tài)仿真的方法，模擬分析預(yù)制構(gòu)件的吊裝安裝方案。對(duì)該軟件的應(yīng)用，能夠?yàn)閿?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供條件，導(dǎo)入進(jìn)度計(jì)劃后，可創(chuàng)建施工進(jìn)度計(jì)劃，當(dāng)需要對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃修改時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的文件，將該文件重新導(dǎo)回Project，便可使進(jìn)度計(jì)劃保持一致。在Fuzor軟件分析后發(fā)現(xiàn)，其中有數(shù)量眾多的車輛庫(kù)，設(shè)定車輛路線，并使車輛按規(guī)定的路徑行駛，通過(guò)軟件自帶的抓取功能，配合其他的設(shè)備，可模擬出真實(shí)場(chǎng)景的預(yù)制構(gòu)件安裝過(guò)程。具體操作時(shí)，可向Revit模型加入與施工安全防護(hù)措施有關(guān)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上以模擬的方式處理，用Fuzor軟件識(shí)別預(yù)制構(gòu)件吊裝安裝施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患。對(duì)所得的信息分類整合后，據(jù)此優(yōu)化調(diào)整構(gòu)件的吊裝安裝方案，消除潛在的安全問(wèn)題。如果安全問(wèn)題無(wú)法被消除，則應(yīng)當(dāng)組織相關(guān)人員開(kāi)展安全教育培訓(xùn)工作，做好預(yù)防措施，使損失降至可接受的程度。為便于參建各方的溝通，將BIM模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2D圖紙的形式，并對(duì)數(shù)據(jù)信息同步更新，借助Fuzor軟件的實(shí)時(shí)對(duì)照系統(tǒng)，快速完成轉(zhuǎn)換。當(dāng)BIM系統(tǒng)啟動(dòng)后，可以通過(guò)窗口呈現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃的模擬過(guò)程。吊裝安裝施工方案優(yōu)化時(shí)，將模型與二維碼有機(jī)結(jié)合，對(duì)控制節(jié)點(diǎn)仿真模擬，具體包括預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)堆放方案、吊裝安裝方案等，并且能夠?qū)Ψ桨傅膱?zhí)行過(guò)程直觀展示，該過(guò)程可反復(fù)操作，直至獲得最優(yōu)方案為止，管理質(zhì)量隨之提升，確保項(xiàng)目施工的安全有序開(kāi)展。

5.安全教育培訓(xùn)

安全教育培訓(xùn)是裝配式建筑安全管理工作的重要內(nèi)容之一，為達(dá)到預(yù)期中的培訓(xùn)效果，進(jìn)一步增強(qiáng)參與施工人員的綜合技術(shù)水平，使他們了解并掌握更多的安全防范措施，避免安全事故的發(fā)生，可利用BIM模型和VR技術(shù)，構(gòu)建安全體驗(yàn)區(qū)，讓施工人員在VR環(huán)境中體驗(yàn)，激發(fā)他們參與培訓(xùn)活動(dòng)的積極性，并在培訓(xùn)中形成安全習(xí)慣。

（1）VR漫游

將裝配式建筑的BIM安全信息模型導(dǎo)入Fuzor軟件當(dāng)中，并與VR設(shè)備連接，通過(guò)控制手柄，施工人員能夠有一種親臨施工現(xiàn)場(chǎng)的感受，對(duì)手柄的不斷操控，可以感受到施工中各步驟的要求。利用該方法，能夠使新人在較短的時(shí)間內(nèi)了解整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，而管理人員可對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的危險(xiǎn)區(qū)域及危險(xiǎn)源進(jìn)行提前告知，使施工人員對(duì)危險(xiǎn)源有更加深入的認(rèn)知，從而達(dá)到最終的培訓(xùn)目的。經(jīng)過(guò)安全培訓(xùn)的施工人員，安全意識(shí)有所提高，施工安全得到一定的保障。

（2）可視化

在BIM安全信息模型中包含大量的安全文件信息，體驗(yàn)VR時(shí)，可從文件中進(jìn)行選擇，并以彈窗的形式呈現(xiàn)文件中的安全信息。管理人員可利用真實(shí)案例，向施工人員介紹相關(guān)工序的操作流程，從而達(dá)到可視化培訓(xùn)的效果，使傳統(tǒng)教育培訓(xùn)效果差的問(wèn)題得到有效改善。在可視化培訓(xùn)中，施工人員對(duì)相關(guān)的操作要求熟練掌握，違規(guī)操作的情況隨之杜絕。與傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式相比，基于BIM的安全培訓(xùn)方式更加新穎，更容易被施工人員所接受。虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建不會(huì)受到時(shí)空的限制，硬件設(shè)備的拆裝非常方便，可以循環(huán)利用，按施工進(jìn)度更新虛擬場(chǎng)景，開(kāi)展相關(guān)的安全教育培訓(xùn)，不會(huì)導(dǎo)致成本費(fèi)用增加，優(yōu)勢(shì)非常明顯。

三、結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容較多，常常會(huì)出現(xiàn)多工種交叉作業(yè)的情況，一旦處理不好，則可能導(dǎo)致安全事故。為避免這一問(wèn)題的發(fā)生，可在裝配式建筑安全管理中引入先進(jìn)的BIM技術(shù)，通過(guò)模擬仿真的方法，消除施工中潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，以此來(lái)提高安全管理水平。