吳小寧

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)，江蘇 南京 211135）

0 引言

建筑安全管理的目的是高質(zhì)量、 無(wú)事故做好每一個(gè)項(xiàng)目，但是沒(méi)有100%的安全，所以我們要提前發(fā)現(xiàn)并消除隱藏在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、機(jī)械設(shè)備、施工方法中的安全隱患。 為了提高安全管理的效率和質(zhì)量， 施工單位應(yīng)該積極運(yùn)用現(xiàn)代化的信息管理工具。 BIM 技術(shù)中的軟件工具能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的模擬作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度， 并且以醒目的顏色在模型上表示出多種類型的安全隱患， 為安全管理人員提供判斷依據(jù)。

1 建筑施工安全管理的特點(diǎn)

（1）復(fù)雜性。 建筑施工管理涵蓋了土建、電氣、給排水、 弱電以及消防等各個(gè)專業(yè)的施工內(nèi)容，其中涉及的安全風(fēng)險(xiǎn)因素非常復(fù)雜，并且現(xiàn)場(chǎng)參與施工的人數(shù)、分布的位置、作業(yè)活動(dòng)之間的交叉以及施工人員的行為等都呈現(xiàn)出變化性，安全隱患隨時(shí)都可能出現(xiàn)，安全管理工作表現(xiàn)出顯著的復(fù)雜性。

（2）動(dòng)態(tài)化。 建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的安全條件和隱患排查始終處于一種動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)，隨著施工內(nèi)容的變化、場(chǎng)地的轉(zhuǎn)變、空間的轉(zhuǎn)移，施工條件也會(huì)不斷更迭，這就要求作業(yè)人員每進(jìn)入一個(gè)新的工作場(chǎng)地必須首先排查治理其中存在的安全隱患，搭建完善的工作平臺(tái)，整個(gè)管理工作體現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性[1]。

（3）綜合性。 施工現(xiàn)場(chǎng)可引發(fā)安全事故的因素包括人、機(jī)、法、環(huán)。人是引發(fā)事故的重要因素，施工人員在執(zhí)行施工方案的過(guò)程中， 由于本身技術(shù)、心理缺陷等可能存在違反安全規(guī)程和制度的行為或者操作失誤造成事故。 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的機(jī)械設(shè)備、用電設(shè)備、 吊裝設(shè)備以及運(yùn)輸車輛等也潛藏著風(fēng)險(xiǎn)，如機(jī)械設(shè)備無(wú)出廠合格證、用電設(shè)備未根據(jù)用電規(guī)程設(shè)置專門的臨時(shí)接地線、運(yùn)輸車輛未定期檢查維修等。施工方法設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)增加安全事故的發(fā)生概率，如樁基施工組織設(shè)計(jì)未按照正常流程審核審批、深基坑支護(hù)方案缺乏科學(xué)性或未及時(shí)組織專家論證等。 環(huán)境安全隱患的常見(jiàn)表現(xiàn)形式如：基坑、水池、孔洞、電箱、臨邊以及尖銳的突出物等。這些方面存在的缺陷[2]就很容易造成事故的發(fā)生，由此可見(jiàn)，建筑安全管理是一項(xiàng)綜合性的任務(wù)。

2 BIM 技術(shù)在建筑施工安全管理中的應(yīng)用策略

2.1 利用BIM 技術(shù)分析項(xiàng)目中的潛在危險(xiǎn)源

BIM 技術(shù)具備強(qiáng)大的建筑信息模擬能力，可通過(guò)一系列專業(yè)的軟件系統(tǒng)提前繪制出建筑物的三維可視化模型，并且清晰地展示建筑物的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、空間特點(diǎn)、力學(xué)模型等。技術(shù)人員和專職的安全管理人員可通過(guò)三維模型提前掌握施工現(xiàn)場(chǎng)存在的危險(xiǎn)源和環(huán)境因素，進(jìn)而制定出具有針對(duì)性的安全措施，并督促施工班組落實(shí)。 圖1 展示了BIM 技術(shù)在建筑施工過(guò)程3D 模擬中的功能，其中幾乎涵蓋了所有重要的建筑安裝信息，為安全管理提供了有效的依據(jù)。

圖1 建筑施工3D 綜合信息模型

2.2 利用BIM 技術(shù)實(shí)施動(dòng)態(tài)化的安全監(jiān)控

風(fēng)險(xiǎn)因素在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中一直處于動(dòng)態(tài)變化之中，安全管理人員如果不能及時(shí)掌握施工進(jìn)度信息以及具體的施工內(nèi)容，就不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)哪些位置需要維護(hù)，哪些位置的安全措施要及時(shí)撤離。BIM 技術(shù)可通過(guò)軟件工具動(dòng)態(tài)化地展示作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度情況以及區(qū)分已完成的內(nèi)容和未完成的內(nèi)容，安全管理部門可借助這一功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展動(dòng)態(tài)化的安全監(jiān)控，做到突出重點(diǎn)。

2.3 利用BIM 技術(shù)預(yù)先模擬施工方案

施工單位根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及施工內(nèi)容制定出具體的施工方案后， 可借助BIM 技術(shù)開(kāi)展安全模擬，判斷相關(guān)的施工方案中是否存在設(shè)計(jì)缺陷。施工單位可利用BIM 中的Autodesk Navisworks軟件構(gòu)建塔吊模型，輸入相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)，然后借助該軟件分析塔吊的運(yùn)行半徑、塔吊和建筑物之間的距離等是否達(dá)到安全要求和相關(guān)規(guī)范。在安全管理中利用BIM 技術(shù)的一系列先進(jìn)的軟件， 可自動(dòng)化地定位隱患位置、提示隱患信息，較好地補(bǔ)充了傳統(tǒng)安全管理的不足。

2.4 將BIM 技術(shù)與PDCA 循環(huán)相結(jié)合

項(xiàng)目施工過(guò)程中首先利用BIM 軟件繪制擬建物全貌，結(jié)合勘察結(jié)果、施工方案制定安全目標(biāo)，在施工過(guò)程中根據(jù)相關(guān)制度做好現(xiàn)場(chǎng)安全管理，加強(qiáng)安全投入管控，現(xiàn)場(chǎng)定期或不定期檢查存在的隱患并及時(shí)整改。

2.5 利用BIM 技術(shù)使企業(yè)與工地之間順利溝通

自2019 年12 月開(kāi)始， 新冠疫情突然出現(xiàn)并迅速蔓延，為了應(yīng)政府號(hào)召，疫情較嚴(yán)重的省市，部分企業(yè)居家辦公，建筑工地封閉管理。 在這種形勢(shì)下，BIM技術(shù)的應(yīng)用提供了很大便利。企業(yè)安全管理機(jī)構(gòu)可以隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)模擬建筑模型中標(biāo)記的隱患及防治措施是否完善， 存在不足可以隨時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系及時(shí)變更，保證項(xiàng)目的安全管理在企業(yè)的全權(quán)掌握之中。

3 BIM 技術(shù)在建筑施工安全管理中的應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 工程背景簡(jiǎn)介

以南京市江寧區(qū)某制藥廠二期廠房的建設(shè)為例，該項(xiàng)目的地下室為一層，分為E 樓和I 樓兩個(gè)部分，存在大量的深基坑開(kāi)挖和支護(hù)作業(yè)，其中E樓的基坑開(kāi)挖總面積為4 380 m2，支護(hù)部分的長(zhǎng)度為280 m，I 樓基坑開(kāi)挖的面積為510 m2，支護(hù)長(zhǎng)度為930 m，項(xiàng)目基坑開(kāi)挖的深度在6.15～9.60 m。

3.2 基坑安全等級(jí)、支護(hù)形式以及監(jiān)測(cè)要求

（1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)。 根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失效后的嚴(yán)重程度，該項(xiàng)目中ABCD、KA、LMNO三個(gè)支護(hù)段的安全等級(jí)為二級(jí)，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0,剩余基坑支護(hù)段的安全等級(jí)全部為三級(jí),其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取值為γ0=0.9。 這些支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為1 y。

（2）基坑支護(hù)形式設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)單位在充分調(diào)研地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出整體的支護(hù)結(jié)構(gòu)。 ①KABCD 支護(hù)段采用的支護(hù)形式為灌注樁加一道鋼筋混凝土支撐； ②LMNO 段采用懸臂式灌注樁支護(hù)；③剩余的基坑支護(hù)段均采用放坡加掛網(wǎng)噴漿支護(hù)技術(shù)。 該項(xiàng)目地下水處理分為兩種技術(shù)路徑，其一是基坑北側(cè)整體采用雙高壓旋噴樁止水，其二是基坑內(nèi)地下水采用“管井”進(jìn)行降壓輸干。

（3）深基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)方案。 ①在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置水平和豎向的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間隔距離為20 m； ②基坑周邊的道路設(shè)置水平及豎直的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間距也是20 m；③在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間隔控制在40 m；④在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置針對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間隔控制在60 m。 具體的監(jiān)測(cè)指標(biāo)控制要求見(jiàn)表1。

表1 南京某制藥廠二期廠房基坑監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)

3.3 BIM 技術(shù)在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法是利用BIM 技術(shù)下的各種軟件工具模擬深基坑地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、基坑模型以及支護(hù)裝置的三維立體模型，具有易于觀察、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、數(shù)值模擬計(jì)算等一系列重要的功能。

（1）深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案模擬流程。 結(jié)合該項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙以及地勘報(bào)告， 將BIM 技術(shù)模擬深基坑支護(hù)的流程確定為：創(chuàng)建三維地質(zhì)模型→建立支護(hù)結(jié)構(gòu)模型→模型整合→模型校審→模擬土方開(kāi)挖→統(tǒng)計(jì)工程量→生成地基變形模型→地基變形數(shù)值測(cè)算→判斷地基變形情況制定應(yīng)對(duì)措施。

（2）軟件工具介紹。 BIM 技術(shù)中可用于基坑施工和支護(hù)結(jié)構(gòu)模擬的軟件工具已經(jīng)形成了完善的體系，具體如下：①Revit 軟件：其作用是場(chǎng)地建模、支護(hù)結(jié)構(gòu)建模、 基坑施工模擬以及土方工程量計(jì)算；②Civil 3D 軟件：地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模；③Navisworks軟件：基坑施工過(guò)程模擬和碰撞檢查；④ANSYS 軟件：基坑監(jiān)測(cè)模擬。

（3）基坑結(jié)構(gòu)建模方法。 ①建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。深基坑模型與相應(yīng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在密切關(guān)聯(lián)， 在后續(xù)的基坑穩(wěn)定性分析和變形分析中都要使用到地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，項(xiàng)目中使用Civil 3D 完成地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模。②Revit 軟件建立基坑及其支護(hù)結(jié)構(gòu)模型。 將上一步中建立的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到CAD 軟件中，然后利用軟件工具按照基坑的具體參數(shù)挖出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，Revit 軟件中建立了相關(guān)族，可直接在這些族中選用相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)方案分段完成支護(hù)模型。

3.4 BIM 技術(shù)在深基坑安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)的軟件工具在深基坑安全監(jiān)測(cè)方面也能發(fā)揮出非常重要的作用，具體過(guò)程如下：①監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。深基坑及其支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該如何設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，BIM 技術(shù)可根據(jù)設(shè)計(jì)單位提出的監(jiān)測(cè)方案，在已經(jīng)建立的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型上建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)的模擬信息，監(jiān)測(cè)用的傳感器將根據(jù)這些模型定位點(diǎn)來(lái)確定。監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)過(guò)第三方軟件接口上傳至安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)，整合后導(dǎo)入Revit 軟件中；②數(shù)據(jù)采集。 當(dāng)基坑支護(hù)施工完成，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部設(shè)置到位之后，工程技術(shù)人員即可利用BIM 軟件分析基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)、道路以及地下水位的變化情況，但具體要以傳感器采集到的各種參數(shù)為依據(jù)。施工單位的安全管理人員要定期采集各種傳感器上的參數(shù)， 并及時(shí)將其導(dǎo)入BIM模擬系統(tǒng)中，借助軟件工具開(kāi)展分析和計(jì)算；③數(shù)據(jù)匯總。 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)是長(zhǎng)期性的工作，該項(xiàng)目中基坑的設(shè)計(jì)使用壽命為1 y，在此期間，需定期對(duì)基坑開(kāi)展監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和分析，然后將最終的支護(hù)樁、基坑、地下水變化情況匯總在一起，形成一個(gè)長(zhǎng)期的、常態(tài)化的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3.5 基于BIM 技術(shù)的深基坑安全管理保障機(jī)制

第一， 由施工單位的技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目專職安全管理人員開(kāi)展BIM 技術(shù)培訓(xùn)， 重點(diǎn)訓(xùn)練安全管理人員使用Revit、Ansys、數(shù)據(jù)傳感器以及數(shù)據(jù)接口上傳的具體方法，并且要達(dá)到熟練運(yùn)用的程度。 第二，由于深基坑的設(shè)計(jì)方案、 施工方案以及安全監(jiān)測(cè)方案全部由委托的專業(yè)基坑設(shè)計(jì)單位來(lái)制定， 施工單位在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就將所有的專職安全管理人員派往設(shè)計(jì)單位，由其實(shí)施系統(tǒng)性的培訓(xùn)，重點(diǎn)結(jié)合該項(xiàng)目講解利用BIM 技術(shù)實(shí)施基坑建模和安全監(jiān)測(cè)的方法。 經(jīng)過(guò)這一培訓(xùn)之后，施工單位的安全管理人員掌握了BIM 軟件的使用方法， 并且能夠有效地實(shí)施基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)，保證了項(xiàng)目順利實(shí)施。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)利用專業(yè)化的軟件工具模擬建筑物的三維模型、內(nèi)外部結(jié)構(gòu)以及標(biāo)識(shí)出特定類型的安全隱患。 施工單位的安全管理人員可利用BIM 技術(shù)動(dòng)態(tài)化地監(jiān)控建筑物的施工進(jìn)度、模擬施工方案的可行性、 提前發(fā)現(xiàn)方案中存在的安全管理缺陷，進(jìn)而提高安全管理的效率和效果。