——以M项目为例
合肥工业大学设计院（集团）有限公司 安徽合肥
摘要：BIM技术的应用有利于推动我国建筑行业的发展，但是由于BIM技术在我国的应用经验尚浅，并没有太多成功的经验和例子作为未来发展的指导，但仍可参照西方发达国家建筑行业的成功经验，制定符合我国国情的有效政策，帮助BIM技术在我国的推广和应用。本文将高层房屋建筑施工安全管理的知识和BIM信息数字化、空间化、全面化、定量化的特点相结合，把BIM技术应用到高层房屋建筑施工安全管理中，探索BIM在高层房屋建筑安全管理中的价值。并将 BIM 技术在信息共享、虚拟施工、可视化、安全培训等优势应用高层房屋建筑施工过程之前，通过协助高层建设项目在施工阶段的安全管理，以进一步降低安全事故的发生率，最大限度的保障建筑施工安全。
关键词：BIM；项目；施工安全管理
Abstract:The application of BIM technology is helpful to promote the development of construction industry in our country，but because of securitization，the application of BIM technology in our country has not had much success experience and example as a guide for future development，but still can be reference to the successful experience of western developed countries construction industry，formulate effective policies suitable to China's national conditions，to help the promotion and application of BIM technology in our country.This paper combines the construction safety management knowledge of high-rise buildings with the characteristics of BIM information digitalization，spatialization，comprehensiveness and quantification，applies BIM technology to the construction safety management of high-rise buildings，and explores the value of BIM in the safety management of high-rise buildings.And the BIM technology in the information sharing，virtual construction，visualization，safety training and other advantages of the application of high-rise building construction process，by assisting the high-rise construction project in the construction phase of safety management，to further reduce the incidence of safety accidents，to maximize the protection of building construction safety.
Key words：BIM；The project；Construction safety management
1 绪论
建筑行业是我国的支柱型产业，当前在建筑行业中，高层房屋建筑发展迅速，但是由于现在高层房屋建筑工程项目施工工艺复杂、建设周期长，且期间充满了很多不确定因素，加大了施工安全管理难度。本研究的主要目的是探讨将BIM技术引入高层房屋建筑施工安全管理，解决当前施工安全管理存在的问题，探索基于BIM的建筑工程施工安全管理的理论和实。研究成果对提高当前高层房屋建筑施工安全管理的水平，降低事故发生率，保障建筑工人的生命健康安全，降低企业的损失，提高企业的社会效益等具有重要理论和现实意义。
2 BIM在高层房屋建筑施工安全中的运用
2.1 BIM的动态施工模拟
要实现高层房屋建筑的动态施工模拟需要将各类参数化模型与项目进度计划、成本计划、资源计划、安全计划等结合起来，并提前发现实际施工过程中可能会发生的进度、成本、质量、安全等问题，实现施工安全计划的优化，避免安全事故的发生[1]。
若使用基于广联达BIM5D系统对建设工程项目进行施工模拟，在集成了土建、结构、安装、进度计划、场地布置等BIM模型之后，可以实现基于本平台的动态施工模拟。施工模拟的具体步骤如下：（1）切换到时间视图；（2）导入工程计划；（3）计划关联模型；（4）选择工程日期范围；（5）选择查看数据；（6）开始模拟。
图2.1 施工模拟过程示意图
2.2 BIM的安全检查
在开始高层房屋建筑施工前，需要对高层房屋建筑施工危险源进行识别，并结合施工方案的模拟结果，与BIM技术进行整合，建立BIM技术的安全检查模型，及时发现在高层房屋建筑项目施工过程中存在的安全隐患，并通过外接检查点的形式，提出有效的防护措施，不断优化高层房屋建筑施工安全管理工作[2]。外接检查点挂接的方式不仅能够把高层建施工中存在危险源的类型、特点以及可能会带来的影响、有效的解决措施进行标注，并加以保存，如果管理人员在实际施工过程中需要这些信息，能够在BIM平台中提取有效的信息。
2.3 BIM在安全教育培训中的应用
通过在虚拟环境中查看即将被建造的要素及相应的设备操作，工人能够更好地识别危险并且采取控制措施，这使得任务能够被更快和更安全的完成[3]。应用BIM进行数字化培训能提高安全培训的现场感，促进施工人员对培训内容的认知，使他们在短时间内快速理解如何进行安全的操作，因此这样会提高安全教育培训的效果，减少培训师的工作压力并减少不必要的成本。
2.4 BIM在高层房屋建筑施工安全管理中的动态监控
为了使基于BIM技术的高层房屋建筑施工安全管理更加系统，更好的实现高层建设项目安全管理的BIM应用。本文通过对建筑工程安全管理理论和BIM应用的研究，建立了基于BIM的高层房屋建筑工程施工安全管理模型，如图2.2所示。
图2.2基于BIM技术的高层房屋建筑工程施工安全管理模型
（1）数据层中的数据源主要来自设计阶段有建模软件创建的BIM参数化模型（土建模型、安装模型等）以及通过进度计划软件编制的进度信息，以及基于危险源识别和分类的危险源信息库等。
（2）模型层主要包括施工阶段安全管理的具体应用，如动态施工模拟、安全检查等。进行施工管理的软件如广联达BIM5D施工管理系统，可以对复杂的参数化模型和项目信息进行实时漫游、审阅，提供动态连续的可视化。
（3）应用层主要是基于危险源识别、动态施工模拟、安全检查、安全教育培训等对危险源和应对措施进一步的总结，通过不断完善施工安全计划，达到减少事故的发生率的目的。
3 BIM在施工企业中的应用案例分析
3.1 项目简介
M项目位于上海市浦东新区临港塘下公路以西，总建筑面积28470m2，建筑高度40.5m。选取在建的南3#学生公寓施工场地作为本研究的具体案例，探讨基于BIM的施工危险源管理系统应用。
3.2 BIM在项目施工中的实施
首先建立项目的BIM建筑模型，建模内容包括建筑标高、轴网、主体结构柱、墙体、屋面、门窗构件、楼板、楼梯和其他二次结构等。为了体现施工阶段危险源管理过程，在建筑模型中增加了施工道路、围护、施工机具、脚手架、塔吊和人货梯等场地构件，而且包含了项目各类构件完整的信息描述，包括几何信息、厂家信息、材质和装饰等。
在BIM建筑模型建立的基础上，拓展建立链接了危险源信息库的BIM安全信息模型。以《建筑施工安全检查规范》（JGJ59-2011）为根据，对危险源进行辨识和标准信息库建立，以高处作业吊篮、施工升降机、塔式起重机、脚手架、起重吊装五个常见的施工部件和流程为例，构建危险源模型并进行危险源辨识。
（1）高处作业吊篮
吊篮坠落是常见的严重施工事故，造成的人员伤害程度和范围都极大。高处作业吊篮检查项目一般包括是否编制专项施工方案，安全装置、悬挂机构是否正确布置且灵敏可靠，钢丝绳是否具有锈蚀、松股、断裂等情况，安装作业、升降作业是否具有施工作业方案和防护措施等。创建吊篮模型如图5.3并进行危险源辨识。
根据《建筑施工安全检查标准》<JGJ59-2011）要求，吊篮安装作业未编制专项施工方案、吊篮作业人员的安全带如果未挂设在安全绳上、钢丝绳出现断丝、断股或锈蚀，吊篮悬挂设施的支架如果架设在建筑物非承重结构上都属于严重危险源等。
（2）施工升降机
施工升降机是施工现场用于载人载货的常见施工机械，一般由轿厢、驱动机构、标准节、附墙、地面防护栏杆等部件组成，通常与塔吊一起配合使用。南3#学生公寓建筑的南侧设置一部施工升降机。
根据《建筑施工安全检查标准》<JGJ59-2011）要求，施工升降机常见的危险源包括升降机与建筑物内部之间的停层平台没有布置防护栏杆和挡脚板，附墙架布置方案未经过受力计算、不符合规范或产品说明书要求等。如果有这类危险源出现，可能会导致施工升降机失稳甚至倒塌，严重影响施工作业人员的生命安全，所以必须在模型中体现防护栏杆、挡脚板和附墙架的布置标准。
（3）塔式起重机
对于大多数中高层房屋建筑施工，塔吊是必不可少的施工机具。施工现场通常有多台塔吊协同作业，是容易出现施工事故的危险源[4]。在对塔吊作业进行危险源辨识过程中，要检查多台塔吊的活动半径能够包含场地内全部建筑，而且工作时应互不影响。塔吊作业其他危险源主要有施工人员在臂架上作业未佩戴安全带，塔吊在投入使用前未进行检查验收和负荷检验，吊钩滑轮和钢丝绳磨损变形，载荷限制装里和行程限位装置不符合规范要求或出现失灵状况等。
（4）脚手架
脚手架是为了施工人员在工作界面上进行各类施工的各种支架类工具，同时也可以用于垂直及水平运输[5]。在《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）标准中，对各类脚手架的架体稳定、杆件连接都有检查标准，同时要求荷载需经过验算并编制施工方案。南3#学生公寓外脚手架采用悬挑式钢管脚手架，从一层开始搭设，搭设高度为24m。
脚手架荷载超过承载范围、杆件连接不符合规范要求等而倒塌，会造成极为严重的事故[6]。为了保持架体稳定，在创建本案例项目的BIM悬挑式脚手架模型时，布置了立杆底部与钢梁的连接固定装置、纵横向水平杆、剪刀撑，横杆连接处构建了脚手板、挡脚板模型，并从上到下用密目安全网覆盖。
（5）起重吊装
起重吊装作业施工中存在诸多危险源和隐患工序。吊装构件种类、形式多样，吊点不合理、绑扎不牢固容易引发构件坠落事故；构件堆放不合理、高度过高、堆放支架不稳或临近基坑，容易引起坍塌和倾覆事故；吊钩装置和起重设备运行出现故障更会引发难以想象的严重事故，以上危险源对质量安全和作业人员生命安全都构成严重威胁。
3.3 BIM对施工过程的动态监控
基于对危险源的识别和分析，可以从中大致地了解可能发生的安全事故类型以及这些安全事故发生的原因、常发生的地点等，但仅仅有这些，在面对整个项目的施工安全管理时，还是显得单薄。基于BIM的高层房屋建筑施工安全管理应以时间、地点、条件为转移，即应通过动态的安全管理监控，针对具体问题进行具体地分析，在仿真环境中明确危险源的类型、具体的地点、出现的时间节点、可能会出现的工种等。与此同时，项目管理人员可以通过可视化的的信息交流沟通对未来的施工安全计划的优化进行沟通和交流。
图5.1为施工过程动态模拟截图。在整个施工模拟的过程中，随着时间的推移，可以清楚的看到不同工序之间按照顺序的搭接，以及相应资源曲线、成本曲线的变化。以高处坠落的危险源为例，通过观察，可以发现：（1）基坑工程量大、形状不规则、需要分为不同的模块施工、施工时间较长且开挖深度大于2米，因此应加强临边的防护。（2）该高层项目工程量较大，在建筑的东西两侧各有6个人用电梯预留洞口和1个货运电梯洞口且电梯口附近作业区域狭小拥堵，交叉作业较多，易酿成施工作业人员的高处坠落，所以应做好对电梯口的防护。（3）该高层项目为框架剪力墙结构，板的浇筑需要按照楼层的顺序，且为了防止因温度应力而导致该大体积混凝土出现裂缝，本案在浇筑时，绝大多数楼层是采用分两段浇筑的，混凝土养护时间长，发生临边坠落事故的概率就会加大，因此应加强临边防护措施。（4）本高层项目外墙采用玻璃幕墙结构，预留门窗洞口多、施工工艺复杂，因此应加强临边、高处作业、吊篮等的安全防护工作等。
图3.1动态虚拟施工示意图
通过虚拟建造这个过程，项目管理人员和施工作业人员在仿真环境中，体验到了施工现场的较为真实的环境，更加明确了整个建筑的施工工序和施工工艺，从宏观上明确了危险源的类型和位置，为进一步控制危险源和优化安全施工方案指明了方向。
3.4 BIM的应用效果评价
本章以案例的形式研究了危险源识别、动态虚拟施工、基于BIM的安全检查、基于BIM的安全教育培训、施工安全计划的优化的基于BIM的高层房屋建筑施工安全管理模型，分析了BIM在高层房屋建筑安全管理中的应用，在施工安全管理方面BIM的优势主要体现在以下几个方面。
（1）参数化BIM模型中包含项目的全部信息，且这些信息可以在项目不同的参与方（政府、业主、设计、施工、预制、制造、运维、用户）之间进行共享，极大地减少了不同项目参与方在信息传递过程中失真[7]。
（2）在施工之前，可以充分利用设计阶段的参数化建筑模型，结合对危险源的识别，对施工过程进行虚拟建造，在仿真的环境中，进一步识别可能发生的安全事故隐患并制定相应的安全措施。
（3）经过了危险源识别、虚拟建造、安全检查等步骤之后对施工安全计划进行优化，层层递进，由宏观到微观、抽象到具体，静态到动态，为基于BIM的信息共享提供数据支持。在此基础上，对施工作业人员进行可视化的安全教育培训，将施工作业人员带入到“真实的施工环境中”，从而提高他们的安全意识和防范意识，改进安全防护措施，最大限度上降低安全事故的发生，提高经济效益。
4结论
基于BIM的施工危险源管理系统的构建，在单纯的BIM建模基础上增加了前后端延伸扩展，通过前端RFID技术采集现场实时安全状况，中端BIM安全信息模型信息对比处理，后端移动设备推送安全信息和预警，形成了动态危险源循环管理的回路，改善BIM危险源模型中安全信息缺失的情况，能够有效指导施工安全管理，减少施工安全事故的发生概率，提高安全管理工作效率。
参考文献：
[1]Youngjib Ham and Mani Golparvar-Fard.Rapid 3D Energy Performance Modeling of Existing Buildings Using Thermal and Digital Imagery[J].Construction Research Congress 2012：991-1000
[2]Janndai MO.Factor as affecting the safety of the construction industrial Building Research and Information.1996：24（2）
[3]Liska RW，Goodloe D，Sen.R.Zero Accident Techniques[R].Source Document 86，Construction Industry Inst.，Univ.of Texas at Austin，Tex，1993
[4]张维胜.基于BIM技术的高层房屋建筑施工安全管理研究[J].建设科技，2017，（08）：104-105.
[5]张杨.BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究[J].绿色环保建材，2017，（04）：167.
[6]朱文娟.BIM技术在高层房屋建筑施工安全管理研究[J].内燃机与配件，2017，（05）：79-81.
[7]叶艺聪.基于BIM技术的高层房屋建筑施工安全管理研究[J].江西建材，2017，（03）：269-270.
论文作者:朱佳
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第26期
论文发表时间:2019/7/17
标签：危险源论文; 作业论文; 安全管理论文; 高层论文; 模型论文; 房屋建筑论文; 项目论文; 《建筑细部》2018年第26期论文;