刁尚東，蘇 巖，馬柔珠，陳愛華，呂兵兵，戴振偉

（1、廣州市重點(diǎn)公共建設(shè)項(xiàng)目管理中心 廣州510006；2、廣州珠江工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣州510095）

0 前言

隨著國家推動(dòng)各行業(yè)由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型邁進(jìn)的過程中，提質(zhì)增效成為了今后發(fā)展的關(guān)鍵，而在建筑行業(yè)，隨著智能信息化及新型的建筑工藝術(shù)的大力推廣，BIM 技術(shù)和裝配式施工也快速地融入建筑行業(yè)中，面對當(dāng)前的發(fā)展趨勢，為適應(yīng)今后行業(yè)的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)，對BIM 技術(shù)和裝配式施工安全管理展開研究和探討具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。目前，在BIM 技術(shù)和裝配式施工安全方面的管理經(jīng)驗(yàn)缺乏，相關(guān)方面系統(tǒng)性的理論研究和成果較少。

1 工程概況

某項(xiàng)目一期用地面積和建筑總面積分別為：約33.15 萬m2和50 萬m2。其中，地上建筑面積和地下建筑面積分別為：約40.33萬m2和9.67萬m2。本項(xiàng)目是廣州市的第一個(gè)以設(shè)計(jì)主導(dǎo)的EPC（勘察設(shè)計(jì)施工工程總承包模式）項(xiàng)目，在廣州市是第一個(gè)應(yīng)用裝配式施工建筑面積最大且達(dá)到A級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，第一個(gè)全信息化施工的智慧工地項(xiàng)目，第一個(gè)借助國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目來探討珠三角地區(qū)氣候適應(yīng)性的綠色建筑項(xiàng)目，第一個(gè)城市街區(qū)式校園，也是第一個(gè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營全過程應(yīng)用BIM的項(xiàng)目（見圖1）。本項(xiàng)目總投資約36.33億元，建筑規(guī)模較大、參建單位較多、工期緊、任務(wù)重、同時(shí)有較高的目標(biāo)要求以及極高的社會(huì)關(guān)注度。其中工程質(zhì)量目標(biāo)為獲得廣州優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，其中大數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院、材料基因工程產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心確保獲得國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)；安全管理目標(biāo)為確保獲得廣東省安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)示范工地、廣東省安全文明施工樣板工地，爭創(chuàng)國家AAA級安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地；進(jìn)度目標(biāo)為第一批交付的19棟單體于2019年8月20號完成竣工驗(yàn)收并交付使用。

2 基于BIM技術(shù)的混凝土預(yù)制裝配式建筑施工安全管控的優(yōu)點(diǎn)

2.1 工程安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1.1 施工前期的安全管理

傳統(tǒng)的施工前期的安全管理主要指的是在策劃階段，如何做好安全方面的管理工作。通過BIM 技術(shù)，利用BIM 技術(shù)排除在施工前的虛擬環(huán)境中發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，從而達(dá)到施工前期的安全策劃，提高項(xiàng)目的施工安全。

2.1.2 施工前期的BIM策劃

目前項(xiàng)目施工管理的傳統(tǒng)模式以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘探，研究施工合同文件，包括二維圖紙，制定出施工組織計(jì)劃的程序。純粹使用二維圖紙，限制了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及施工人員對設(shè)計(jì)的空間可視感和三維理解力。

此外，施工組織計(jì)劃中的各職能之間相互獨(dú)立。相互獨(dú)立的計(jì)劃制定，使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需要將大量的信息組織在一起，從而整合出一份十分復(fù)雜的計(jì)劃。這樣制定出的計(jì)劃幾乎很難順利和高效地執(zhí)行。

更何況施工現(xiàn)場情況較為復(fù)雜，現(xiàn)場人員難以從感性上了解到現(xiàn)場的事情。利用基于BIM 的可視化工具，搭載了處理施工環(huán)境中復(fù)雜的物理信息以及合同中的各項(xiàng)安排的構(gòu)建系統(tǒng)，使之成為使項(xiàng)目透明化的理想工具［1］。在項(xiàng)目施工前的建設(shè)策劃階段，我們就可以得到一個(gè)包含全部信息的BIM 模型，借用交互式的虛擬環(huán)境，將已搭建的模型進(jìn)行虛擬施工模擬，借此找出施工模擬過程中存在的問題并予以解決［2］。使得參建各方都可以在一個(gè)近似實(shí)際施工情況下，發(fā)現(xiàn)施工方案中存在的問題。最后得到的改進(jìn)效果更具有強(qiáng)效性和信服力，現(xiàn)場管理人員在施工前BIM 策劃階段可以辨別和清除潛在的安全隱患。這將會(huì)在較大程度上排除因項(xiàng)目策劃不到位引起的安全事故風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而讓現(xiàn)場管理人員可以更著重于規(guī)范現(xiàn)場工人的安全行為。

2.2 過程施工的安全管理

2.2.1 安全培訓(xùn)中的BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM 技術(shù)的特點(diǎn)是可視化以及信息完整性。傳統(tǒng)施工管理培訓(xùn)情況下，不熟悉現(xiàn)場的新工人未能了解現(xiàn)場工作環(huán)境，就必須進(jìn)入施工現(xiàn)場，因此存在較高的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

而BIM 技術(shù)能幫助他們更直觀地了解工地現(xiàn)場的環(huán)境［3］。利用BIM 技術(shù)的可視化和與高度模擬實(shí)際工地現(xiàn)場的特點(diǎn)，將BIM 數(shù)據(jù)模型作為數(shù)字化安全培訓(xùn)的數(shù)據(jù)庫，讓施工人員通過模擬工地更直觀地了解到現(xiàn)場的狀況。例如不同工種將從事哪些工序施工，哪些位置容易造成安全隱患及危險(xiǎn)區(qū)域等等，從而制定對應(yīng)的安全管理方針，這對于一些技術(shù)含量高、復(fù)雜的施工現(xiàn)場效果尤為明顯。此外，若施工機(jī)械設(shè)備操作不當(dāng)，很容易造成安全事故，特別是對于一些本身危險(xiǎn)系數(shù)較高的施工現(xiàn)場。通過在BIM 虛擬環(huán)境中查看下一道施工工序的要素及相應(yīng)的設(shè)備操作要點(diǎn)，施工人員能夠更有效地辨別危險(xiǎn)源并且采取相應(yīng)的控制措施，這能夠更高效、更安全的完成施工任務(wù)［4］。

安全培訓(xùn)中采用BIM 技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化培訓(xùn)將會(huì)大大提高培訓(xùn)效果，不再是一成不變，周而復(fù)始的“安全培訓(xùn)手冊”，而是根據(jù)不同工種自身實(shí)際情況制定的可視化虛擬環(huán)繞環(huán)境下的安全培訓(xùn)。這不但會(huì)增強(qiáng)培訓(xùn)效果，還會(huì)增強(qiáng)培訓(xùn)效率，有效減少因培訓(xùn)效率低下所造成的資金和時(shí)間成本損失。

2.2.2 采用BIM進(jìn)行動(dòng)態(tài)辨別并消除現(xiàn)場安全隱患

建筑施工現(xiàn)場本質(zhì)上是具有復(fù)雜性和不可預(yù)知性的［5］。尤其是裝配式建筑構(gòu)件在吊裝過程中會(huì)有多條施工路線交織在一起，其中許多工序需要是同步實(shí)施，因此現(xiàn)場的協(xié)同管理工作至關(guān)重要。單憑人力管理往往無法周全，這就會(huì)造成效率低下的現(xiàn)象并具有潛在的失誤因素。故而，基于信息技術(shù)的施工現(xiàn)場管理需求將會(huì)大大地提高。BIM 因涵蓋了建設(shè)項(xiàng)目的整體信息，能夠讓施工人員在模擬現(xiàn)場是直接發(fā)現(xiàn)情況所在，從而避免意外。尤其是大部分安全隱患在傳統(tǒng)靜態(tài)模型下是很難體現(xiàn)的，比如塔式起重機(jī)的工作范圍呈扇形分布，在動(dòng)態(tài)模型運(yùn)行后可以顯著發(fā)現(xiàn)塔式起重機(jī)在某個(gè)位置時(shí)容易與其他機(jī)械和建筑實(shí)體發(fā)生碰撞，從而盡早發(fā)現(xiàn)安全隱患，并針對識(shí)別出的安全隱患因素制定相對應(yīng)的安全措施從而能夠更有效更有針對性地進(jìn)行安全控制。

3 BIM技術(shù)在本國際校區(qū)項(xiàng)目安全管控中的重點(diǎn)難點(diǎn)

3.1 大型預(yù)制構(gòu)件垂直運(yùn)輸過程中安全管控的重點(diǎn)難點(diǎn)

裝配式建筑工程的施工和傳統(tǒng)施工方法的最大差別在于增加了大量的吊裝作業(yè)，而吊裝作業(yè)是需要由運(yùn)輸這些大型預(yù)制構(gòu)件的設(shè)備來配合的。以住宅類工程為例，大型的預(yù)制構(gòu)件通常出現(xiàn)在山墻、樓梯間等部位。這一類的構(gòu)件重量輕則4～5 t，重則7～8 t。構(gòu)件的重量會(huì)對大型垂直運(yùn)輸設(shè)備的選擇和布置提出更高要求。所以，如何合理選擇大型垂直運(yùn)輸設(shè)備并恰當(dāng)布置到現(xiàn)場，對于整個(gè)工程順利實(shí)施有著非常重要的影響［6］。

3.2 工程體量大、構(gòu)件類型多在安全管控中的重點(diǎn)難點(diǎn)

在傳統(tǒng)的現(xiàn)澆工程施工中，生產(chǎn)要素可以很簡單的分解成為“鋼筋工程”、“模板工程”、“混凝土工程”，3個(gè)工序循環(huán)送代就可以把整個(gè)工程的建設(shè)完成。

但裝配式建筑工程的特點(diǎn)是隨著預(yù)制率、預(yù)制構(gòu)件數(shù)量的不斷增加，所要管理的預(yù)制構(gòu)件量也會(huì)變得非常大。以某國際校區(qū)一期項(xiàng)目為例：裝配式面積大約17 萬m2，約有2 萬多個(gè)預(yù)制構(gòu)件，其中構(gòu)件種類包含預(yù)制柱、疊合板、預(yù)制梁、預(yù)制外墻、輕質(zhì)隔墻，甚至有預(yù)制梁墻一體、預(yù)制沉箱等重量和尺寸差異較大的預(yù)制構(gòu)件，不同類型的構(gòu)件在施工過程中的支撐體系也不盡相同，這也對現(xiàn)場的安全管理提出更高的要求。

3.3 現(xiàn)場堆場占地面積、交通組織復(fù)雜在安全管控中的重點(diǎn)難點(diǎn)

傳統(tǒng)的施工過程中，運(yùn)輸?shù)淖畲笤O(shè)備就是進(jìn)入施工現(xiàn)場的混凝土運(yùn)輸車，包括拉鋼筋的運(yùn)輸車量，但在裝配式建筑工程的施工中，現(xiàn)場的存放場地以及加工場地由之前的鋼筋堆放及加工場地、木工場地、模板堆場，變成了占地面積非常大的預(yù)制構(gòu)件堆場。當(dāng)一些工程由于現(xiàn)場實(shí)際條件限制，必須在施工現(xiàn)場存放大批量的構(gòu)件時(shí)，這個(gè)問題尤其顯著。如存放的場地應(yīng)該如何選擇？卸車點(diǎn)如何設(shè)置？如何設(shè)置循環(huán)道路和限定道路的轉(zhuǎn)彎半徑和運(yùn)輸?shù)缆返钠露?？都是整個(gè)現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)安全管理的重中之重。

3.4 群塔作業(yè)施工在安全管控中的重點(diǎn)難點(diǎn)

群塔作業(yè)指的是裝配式施工過程中多個(gè)大型起重機(jī)械相互配合的問題。因?yàn)橐跹b，所以要用到大量的大型起重機(jī)械，這些機(jī)械的管理，就涉及到諸多工具的協(xié)調(diào)，比如說仍在采用一些傳統(tǒng)模板方案也會(huì)需要塔吊。由此帶來的卸車問題以及材料倒運(yùn)的問題，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)管理協(xié)調(diào)難度發(fā)生變化。在安全方面，裝配式施工過程中塔吊經(jīng)常會(huì)吊著一個(gè)輕則一頓、重則數(shù)噸的構(gòu)件在空中運(yùn)輸。裝配式建筑安全施工管理的一些要點(diǎn)，已經(jīng)和傳統(tǒng)的施工發(fā)生了很大的偏移，這也是現(xiàn)場安全管理的一個(gè)難點(diǎn)。

4 針對存在的重點(diǎn)難點(diǎn)提出改進(jìn)措施

4.1 大型吊裝設(shè)備的選型及現(xiàn)場布置

在BIM 技術(shù)出現(xiàn)前施工現(xiàn)場想要通過三維效果來展示塔吊布置就只能選用3D max 繪制的三維效果圖，而這種三維效果圖只能展示特定工況下的塔吊情況，且無法進(jìn)行精確的施工模擬。使用BIM 技術(shù)的4D、5D 維度，資源投入、結(jié)合進(jìn)度，繪制全工況模擬漫游三維圖形，對塔吊安裝位置及使用中將遇到的各種工況進(jìn)行預(yù)先模擬，并得出結(jié)論［7］（見圖2）。

圖2 基于BIM的塔吊與監(jiān)控Fig.2 Tower Crane and Monitoring Based on BIM

4.2 BIM技術(shù)在施工支撐體系安全管理中的應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)在初期階段開展建模，把安全數(shù)據(jù)引入三維模型，利用專業(yè)軟件快速準(zhǔn)確地分析出架體結(jié)構(gòu)上存在的安全隱患并能清晰地表達(dá)出各施工部位的技術(shù)特點(diǎn)及模板腳手架是否存在安全隱患，從而使現(xiàn)場管理人員更加直觀地了解到架體潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)（見圖3）。

圖3 BIM技術(shù)在施工支撐體系樣板Fig.3 BIM Technology in Construction Support System Model

借此，管理人員在實(shí)際施工過程中對存在的安全風(fēng)險(xiǎn)加強(qiáng)管理力度。同時(shí)，在施工前期，根據(jù)模型分析得出的數(shù)據(jù)能夠?yàn)楹侠淼闹朴唽ｍ?xiàng)方案及相關(guān)技術(shù)交底工作提供數(shù)據(jù)參考，使施工人員對施工現(xiàn)場有一個(gè)更清晰地、直觀的印象，在施工時(shí)可對存在安全風(fēng)險(xiǎn)的部位進(jìn)行檢查。

4.3 根據(jù)施工方案進(jìn)行詳細(xì)的施工現(xiàn)場模擬查勘

通過BIM 模型與施工方案相結(jié)合，重點(diǎn)調(diào)研解決工地現(xiàn)場整體性規(guī)劃布置、工地進(jìn)出口設(shè)置、材料堆放區(qū)的布置、起重吊裝機(jī)械的位置及危險(xiǎn)區(qū)域等問題［8］，確保裝配式建筑構(gòu)件在起重吊裝安全有效范圍內(nèi)施工；利用BIM 建模，可模擬裝配式施工過程，車輛進(jìn)場狀況、裝卸貨位置、吊裝區(qū)域路徑等（見圖4）。

虛擬三維全真模型更直觀、有效地協(xié)助管理人員解析施工現(xiàn)場的合理性及存在的安全隱患，因而更好地有針對性制定施工方案。盡早發(fā)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)和施工方案中的不合理之處，讓施工現(xiàn)場更安全［9］。在施工平面布置圖中，起重吊裝機(jī)械布置是一項(xiàng)比較重要的安排，起重吊裝機(jī)械布置需要考慮覆蓋的范圍、安裝的條件以及拆除的情況，這將會(huì)影響到施工的進(jìn)度及安全的管理。

4.4 BIM技術(shù)在群塔機(jī)作業(yè)中的應(yīng)用

圖4 基于BIM的施工場地規(guī)劃Fig.4 Construction Site Planning Based on BIM

群塔是大型建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行施工過程中重要的生產(chǎn)工具，同時(shí)也是和項(xiàng)目工程具體施工進(jìn)度進(jìn)行有效協(xié)調(diào)的機(jī)械群，其中除了包含群塔內(nèi)不同塔吊之間的作業(yè)路徑和具體的空間站位之間的相互協(xié)調(diào)，還需要對塔吊拆卸安裝和使用期間和建筑工程之間的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，正是受到這些動(dòng)態(tài)性不確定因素的影響，使得群塔機(jī)安全管理工作成為了整個(gè)施工作業(yè)期間多維動(dòng)態(tài)的綜合管理過程。為了保障群塔機(jī)安全管理工作可以滿足全方位、高效、安全、可控等要求，需要對群塔機(jī)作業(yè)的整個(gè)操作過程進(jìn)行科學(xué)的模擬預(yù)控。

施工作業(yè)開始之前，通過BIM 技術(shù)軟件對施工作業(yè)的全過程進(jìn)行仿真模擬，能更好對注意事項(xiàng)的了解把握。通過系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，可以對整個(gè)施工過程實(shí)現(xiàn)正序、倒序的模擬，從而對施工期間的各項(xiàng)功能安全以及沖突問題做出準(zhǔn)確的分析，對施工作業(yè)加以指導(dǎo)［10］。如果在進(jìn)行施工作業(yè)期間需要改變原來的建筑結(jié)構(gòu)，則必須對建筑各項(xiàng)性能進(jìn)行整體性的評估以及動(dòng)力學(xué)的精準(zhǔn)計(jì)算，保證施工作業(yè)可以順利進(jìn)行。另外，還應(yīng)該計(jì)算分析出施工現(xiàn)場需要應(yīng)用的設(shè)備和相關(guān)材料，防止出現(xiàn)碰撞沖突（見圖5）。

圖5 基于BIM的塔吊模擬Fig.5 Tower Crane Simulation Based on BIM

在現(xiàn)階段，BIM 技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目的施工模擬和機(jī)電管線碰撞檢測中發(fā)揮著非常重要的作用。通過BIM 技術(shù)可以使平面圖形呈現(xiàn)為動(dòng)態(tài)、立體的形式，無論是在空間或是時(shí)間上的有效應(yīng)用都存在著較大的進(jìn)步空間和潛力，這是其他技術(shù)所不能比擬的。也正是因?yàn)锽IM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具備特有的優(yōu)越性，攻克了群塔機(jī)安全管理過程中存在的技術(shù)難關(guān)。

5 BIM技術(shù)協(xié)同管控平臺(tái)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用

為了可以高效率地實(shí)施工程項(xiàng)目質(zhì)量、安全管理，通過一個(gè)更好的軟件管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)BIM三維模型結(jié)合進(jìn)度、質(zhì)量、安全、物料和場地工況多維度的項(xiàng)目管理，實(shí)時(shí)把控現(xiàn)場進(jìn)度、質(zhì)量、安全、物料狀況，提升項(xiàng)目現(xiàn)場管理水平。若安全員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)安全隱患，通過手機(jī)移動(dòng)端記錄問題詳情，并推送給對應(yīng)的責(zé)任人進(jìn)行整改，留下影像記錄，然后把問題傳送回問題創(chuàng)建人，若整改通過則閉合問題否則循環(huán)上述過程。這一整套處理流程也將通過這款A(yù)PP同時(shí)推送到業(yè)主及監(jiān)理單位相關(guān)人員的手機(jī)上。項(xiàng)目管理人員通過移動(dòng)端進(jìn)行質(zhì)量安全管理后，可縮減與上級領(lǐng)導(dǎo)、監(jiān)督部門的溝通時(shí)間，大大加強(qiáng)了各方之間協(xié)作的效率。項(xiàng)目各方的領(lǐng)導(dǎo)層也可通過云端或移動(dòng)端可以直觀多維度地查看項(xiàng)目的質(zhì)量安全問題的統(tǒng)計(jì)情況，有效地督查問題的整改，保障質(zhì)量安全。

6 結(jié)束語

本文主要講述BIM技術(shù)在某國際校區(qū)一期工程項(xiàng)目混凝土預(yù)制裝配式建筑施工安全管控中的重點(diǎn)難點(diǎn)及針對當(dāng)前的重點(diǎn)難點(diǎn)提出改進(jìn)措施，為該項(xiàng)目二期工程的現(xiàn)場施工安全管控提供保障。BIM技術(shù)提前對重大安全隱患進(jìn)行預(yù)判的先進(jìn)性能夠更高效地針對現(xiàn)場重大危險(xiǎn)源加大管控力度，為建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、進(jìn)度等管理目標(biāo)地順利實(shí)現(xiàn)提供基本保障，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。