基于BIM技术的建筑结构运维安全网格化管理研究

1.郭晨光 2.康俊辉

（1.身份证号码：4101021981****101X；2.身份证号码：4111211980****4510）

引言

建筑结构安全管理信息的传递与沟通多采用纸质文件和口头的形式，由此会导致信息滞留且利用率低下，一旦事故发生难以得到及时处理与致因的追溯。因此，如何提高建筑结构安全管理效果，实现可视化、自动化与信息化的实时管理，需要在技术与方法上进行深入探索与创新。近年来我国建筑行业得到迅猛发展，建筑业总产值不断增高，每年以约10%的速度增高。伴随而来的是建筑物运维期间安全事故也在逐年增加。传统建筑结构运维安全管理主要通过目测和人工检查的方法进行，这种方式难以及时有效地预防、控制事故的发生。

一、我国建筑结构运维安全管理存在的问题

（一）运维安全管理主动性不足

现有建筑结构多数还达不到运维管理的层次，建筑结构安全管理属于被动型管理，管理的目标是解决出现的问题，缺乏管理的主动性和应变性，对隐患的预防措施考虑相对较少，应对突发事故能力较差，多为事故后处理。

（二）运维安全管理信息化相对落后

现有建筑结构运维主要采用手写记录的模式，不但容易发生记录不完整、错误及记录破损或丢失的现象，还增加了记录人员的工作量，降低工作效率。在建筑结构运维安全管理过程中，特别是突发事件处理时，常需查找各类有用信息，目前的状态基本都是在档案室的大量纸质版图纸资料内手动寻找，费时费力。

（三）运维安全管理难度大

现有建筑结构运维安全管理相对于建筑物其他阶段受重视程度明显不足，而且对运维阶段的研究相对比较欠缺，缺乏成熟可行的管理体系和措施。同时由于管理人员素质相对较低，具体表现在建筑运维管理人员年龄偏大、学历相对较低、管理能力相对落后、接受新事物的能力相对较差、主动预防管理意识薄弱等，这些因素都制约着建筑结构运维安全管理水平的发展。

二、建筑结构运维安全风险分析

（一）不均匀沉降风险

不均匀沉降是反映建筑物地基变形特征的重要指标，其危害表现为：建筑物外观质量受到影响、引起结构损坏而导致其原有使用功能受到影响或丧失、降低建筑物对室内人员和设备的保护能力、引起建筑物倾斜而导致精密仪器设备无法正常使用、引起房屋倒塌而导致财产损失和人员伤亡、导致上层建筑物无法正常使用等。

（二）大风灾害风险

大风灾害是指大风灾害天气中所带来的不良影响，包括围护结构构件坠落、屋面垮塌等。其危害主要表现为：建筑物倒塌、破坏、开裂、残余变形和连锁效应、疲劳破坏及人群不适感等。其中，人群不适感是指由于风力作用频繁，建筑物的构件产生疲劳破坏，同时风力使结构产生振动，大幅振动使结构产生反复位移，导致居住者和工作人员产生不适的感觉。

三、网格化管理在建筑结构运维安全管理中的优势分析

（一）网格化管理的概念和特点

网格化管理是指利用网格小单元对管理对象进行划分，有利于预测并及时发现问题。网格化管理还可以对各网格单元的资源进行统一调配、协同管理，从而实现资源利用的最大化。网格化管理呈开放状，可充分调动管理对象的参与性，使管理者与管理对象深入进行问题处理，从而弥补一对多管理模式的不足。通过划分的各网格小单元，可以使信息在不同阶层和不同区域间进行无障碍传输，避免在传统管理模式中常有的盲区，有效确保管理过程中无缝衔接。

（二）建筑结构网格化划分

建筑结构可以根据不同区域、空间或功能进行网格化划分，以符合城市精细化管理的需要。(1)区域网格化划分按建筑类型进行区域网格化管理的划分，如住宅、医院、商场等，不同类型的建筑设定不同的网格大小，以达到有效管理的目标。(2)空间单元网格化针对多层级高层结构，按照建筑空间进行网格化管理的划分，在纵向空间上对管理进行划分。(3)子系统网格化按建筑功能对建筑结构进行网格化管理的划分，形成子系统网格化管理。

四、基于BIM技术的建筑结构运维安全网格化管理体系构建

（一）建筑结构BIM模型的构建与应用

建筑结构BIM模型不仅包括建筑构件，还可以将建筑物的各种物理、运行性能参数信息整合到BIM模型中。在运维阶段，通过将BIM模型与自动控制、传感器和计算机网络等技术相结合，利用管理平台可实现主动预警功能和被动防护功能，由此可达更佳的管理效果。利用网格化管理的划分原则，将城镇建筑群划分为单元格，并针对每个单元格建立BIM模型。利用BIM模型的三维特性，可直观显示建筑结构构件和建筑设备的位置及建筑空间布局等，通过对关键建筑构件和空间位置附加特定传感器，可监测构件的应力、应变、裂缝、热应力及水蒸气等参数，将这些参数输入对应的模型构件中，可为建筑结构倾覆模拟、火灾模拟和人员疏散模拟等提供依据。

（二）网络层

网络层的作用是信息传递输送，利用无线网络和移动通信等技术，可以将感知层处传递来的信息自动输入到BIM3D/4D模型中，从而动态呈现建筑实体中人或构件的位置、周围环境和检测参数等安全状态。维持网络层的网络安全和通信稳定，运维安全管理小组可全天候地把握建筑结构安全状况。一旦出现人的不安全行为或建筑构件及周围环境的不安全状态，管理平台可及时警报。

（三）沟通处理即时化

传统建筑结构安全管理主要由运维管理方单方面进行，安全事务的处理受管理者的经验影响较大，具有较大的片面性和局限性。本平台借助BIM技术实现信息共享与即时交流，整合建筑运维相关方的管理资源，及时解决建筑结构中出现的安全问题。在运维阶段，通过附着在建筑构件上的传感器将建筑实体与BIM模型连接，形成一个联动的整体，各相关方都能通过管理平台实时查看系统，从而使建筑结构安全状态的数据信息得以共享。

结语

总之，网格化管理是目前城市管理模式的新形势，BIM技术是建筑行业未来的发展趋势，将这两者有机结合起来，并应用于建筑结构运维安全管理，可有效提高我国建筑结构安全管理水平，减少建筑安全事故发生。因此，基于BIM的建筑结构运维安全网格化管理具有重要的理论和实践意义，有必要作为一个系统性工程去抓，不断将建筑结构运维安全网格化管理推向纵深。