BIM技术在超高层项目施工安全管理中的应用研究

潘 杰（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

0 引 言

当前，建筑行业依然是我国国民经济的支柱产业之一，为我国经济的增长提供了重要保障。在建筑结构的三个生命周期（施工阶段、使用阶段、老化阶段）中[1]，施工阶段一直是安全事故多发阶段。随着建筑规模的不断扩大，施工阶段安全事故频繁发生，建筑施工安全管理已逐步成为人们关注的焦点。长期以来，施工现场的安全管理工作面以正在施工及已施工区域为主，即以传统的“经验型”的事后管理为主。这一方面难以准确了解即将要施工的结构形式，另一方面也难以有效对施工过程的危险源实施较为全面的预控，同时也是建筑施工安全事故居高不下的主要原因。造成当前困局的根本原因是建筑业割裂的行业结构和信息流失严重[2]。因此，连接各阶段建筑结构信息的流动并进行施工现场安全管理是一个值得思考的课题。

BIM 是以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础建立的三维建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的各项真实信息，并将此三维模型作为项目协同的公共管理平台。近几年，BIM 技术在我国建筑业中得到的快速发展、推广和应用，有利于完善建筑领域的经营管理模式，并推动建筑业的技术革新。BIM 在建筑协同设计、施工管理、造价管理、运营管理等领域已经得到了广泛的实施和应用。BIM 的一个显著优势在于：可以尽早发现并帮助项目管理人员，解决施工过程中可能会碰到的技术问题以及不同专业工作的协同问题。在对高层建筑施工危险源进行识别的基础上，通过基于 BIM 的动态施工模拟、安全检查、安全教育培训和施工安全计划的优化等，实现了 BIM技术和高层建筑施工安全管理研究的融合，建立了基于BIM 的高层建筑施工安全管理模型。

1 工程介绍

青岛某建设工程用地面积约 3.3 万 m2，总建筑面积约49 万 m2，整个项目由 3 栋高层塔楼、2 栋裙房及 1 个地下室组成。塔楼的高度分别为：塔楼 1 （简称“T1”） 210 m ，共 39 层；塔楼 2 （简称“T2”） 369 m，共 73 层；塔楼 3 （简称“T3”） 245 m，共 55 层。T1 包括 1 个五星酒店和 1 个企业品牌中心，建筑面积约 8.9 万 m2；T2包括 1 个超五星酒店、办公及顶层的观光层，建筑面积约16.7 万 m2；T3 为酒店式公寓，建筑面积约 6.4 万 m2。裙房分东西 2 个裙房，总建筑面积约 1.9 万 m2，西侧裙房包括五星酒店大堂及酒店配套设施，东侧裙房为商业用房。地下室为配套的停车库、货运机、机房、各功能的后勤办公等，总建筑面积为 15.1 万 m2。该工程是集商业、办公、酒店、娱乐休闲、观光等为一体的多功能建筑。

本工程体量大、场地狭小、建筑业态多、结构造型复杂，施工时多专业立体交叉配合，各种安全风险因素较多，因此传统的安全管理方式并不能很好地满足现场施工安全管理的需求。

2 BIM技术在施工安全管理中的应用

BIM 模型可视化、动态化、协调性、模拟性等优点，可以很好地为本项目施工安全管理提供可靠的支撑。

2.1 危险源辨识

施工项目的危险源辨识是否全面，决定了现场事故风险发生的可能性。传统依靠管理人员依据施工图纸及个人经验确定危险源的类型和危险程度的做法，由于现场即将施工的工况只能依靠想象而非直观三维展示，容易导致危险源辨识的漏项。本项目通过 BIM 模型真实模拟现场工况，并阶段性地根据施工进度不断演化，随时反映现场变化；同时又可通过调整模型，提前展现即将要施工的结构及相应工况，从而使管理人员更加直观地从不同视角辨识危险源，更加全面分析出各阶段施工过程中存在的安全问题，并在模型中进行标记（如图 1 所示），以便提醒参建人员施工到某项工序时应当注意的安全事项。

图 1 现场风险源标识

2.2 BIM建模辅助安全方案审核

本项目工况复杂，存在不少异于普通工程的临时结构，例如：为满足基坑出土及底板混凝土浇筑需要，搭建了高 28 m 的贝雷桥结构。贝雷桥构件多、造型复杂，给施工方案的审核及相关技术细节的讨论制造了相当大的困难。为此，本项目充分利用了 BIM 模型的可视化特点，依照设计图纸建立了贝雷桥 BIM 模型（如图 2 所示），在其施工之前直观地展现了钢管柱、贝雷片、工字钢斜撑、钢板等的相互位置及受力关系，为审核方案中的力学分析提供了便利，也暴露出了一些在二维图纸中难以发现的薄弱点。经过与设计和施工单位讨论确定后，对这些受力薄弱点进行了加强，降低了施工及使用中的安全风险。

图 2 贝雷桥BIM模型

2.3 三维可视化安全技术交底

传统的交底形式主要有书面交底、会议交底等，形式相对枯燥，导致交底内容理解困难，实质性内容和要点不能得到很好的落实。本项目在传统交底形式的基础上，充分利用 BIM 可视化特点辅助三维交底，即首先建立三维模型，然后采用 Navisworks、Lumion 等三维可视化软件做直观展示、三维漫游和虚拟施工动画，直观、动态、生动地展示所交底的内容。在安全防护交底时采用三维模型讲解防护设置位置、数量、搭设要求等内容（如图 3 所示），使被交底人员理解直观、印象深刻，取得了很好的交底效果。

图 3 临边洞口防护图

2.4 BIM模型辅助安全验收

本超高层项目根据现场需要，施工时采用了全钢附着式升降脚手架（爬架）。由于其结构造型特点，本项目每一层的楼板边界都互不相同，这给现场爬架主要受力结构之一—埋件的施工和验收增加了难度。本项目在爬架层施工前预先建立爬架埋件的模型（如图 4 所示），监理人员在现场的验收，通过移动设备在施工现场浏览模型，查看埋件数量及位置，方便、快捷、高效地杜绝了爬架埋件的错埋和漏埋现象，减少了爬架施工的安全隐患，提高了工作效率。

图 4 爬架埋件布置模型

2.5 云平台辅助现场检查

通过 EBIM 平台的开发和应用，可将工程建好的三维模型上传至云端服务器，供项目参建人员浏览和使用。现场管理人员只需携带手机、IPad 等移动设备即可在现场快速查看模型，并将现场巡视发现的安全隐患直接与对应位置的模型构件或区域进行关联，然后在平台上发布隐患问题情况，通过平台实时通知相关责任人，大大减少了中间的等待环节。收到警示信息的责任人在隐患整改完毕后，将现场消除隐患后的照片载入到对应位置，从而形成了对隐患问题的快速闭合管理。

3 结 语

BIM 技术可视化、多专业协调、模拟性的特点很好地契合了目前超高层建筑施工管理复杂多变的需要。本文根据本超高层项目的特点，对 BIM 技术在施工安全管理中的应用进行了探索和研究。通过本项目应用实践可以看出，BIM 技术可以在风险源识别、施工安全方案审核、可视化交底、现场安全验收和现场施工安全问题跟踪解决等方面有很好的应用，其范围贯穿了现场施工隐患识别、传达、跟踪、解决的全过程，同时也提升了现场施工安全管理效果。因此，要充分利用 BIM 技术的优势，将其全面推广应用到超高层建筑施工安全管理中，从而切实提高超高层建筑施工的安全管理水平，也为我国建筑行业的健康发展提供强有力的保障。