BIM技术在脚手架安全管理中的应用研究

徐宁霞

1.工程概况

案例项目银川市妇幼保健院位于银川市金凤区，场地形状不规则，建筑总的占地面积为75498.4m2。产科大楼建筑高度为63.5m，地下一层（层高6.3m），地上16层，结构类型为框架—剪力墙。外围采用悬挑式脚手架，利用型钢悬挑梁作为上部脚手架的承力结构，再在型钢悬挑梁上搭设扣件式钢管脚手架，脚手架分为3个悬挑段：第一悬挑段（2～6层），第二悬挑段（7～11层），第三悬挑段（12～16层），悬挑段脚手架平均高度为12m。

2.BIM技术的特点

2.1 可视化

可视化即“所见即所得”。通过BIM技术的三维可视化功能，可清晰展示脚手架各个节点的连接情况，并以三维立体的形式直观展现脚手架杆件节点的构造形式，克服技术人员空间想象力不足的弱点。

2.2 协调性

BIM的协调性可解决项目实施阶段遇到问题无法及时协调的难题。也就是说，在项目建造前期，利用BIM技术和协调功能提前检查脚手架搭设过程中可能出现的问题并提出解决方案，可以有效避免在项目建造过程中造成的不必要的返工和成本浪费。这种事前控制手段是先进安全管理理念的体现。

2.3 模拟性

BIM技术不仅可模拟建筑实体，也可基于项目的发展时间模拟施工过程，优化施工方案，在此基础上还可进行造价模拟，实现成本控制。除此以外，BIM技术还可以进行一些特殊功能的模拟实验，比如模拟日照时间、模拟发生事故时的紧急疏散逃生路线等。

2.4 优化性

BIM模型可不断进行优化，但是优化结果受信息、复杂程度以及时间的制约影响。首先，确保建筑基础信息的准确性，才能更好地优化BIM模型。其次，项目的复杂程度越高，则必须借助一定的科学技术手段和先进的设备才能达到预期的优化效果。最后，BIM的优化也受时间的制约，时间越短，优化的程度越有限；时间越充裕，优化的效果可能会越明显。

2.5 可出图性

利用BIM技术的可视化、协调、模拟以及优化功能，最终可出具以下图纸：碰撞检查报告、脚手架三维模型图以及杆件节点构造大样图。

3.BIM技术应用于脚手架安全管理的必要性分析

脚手架的安全管理以及验收过程都是由现场人员手工完成的，这种传统的安全管理模式受管理者自身专业技能和职业素养的影响较大，且主观性较强，无法对脚手架搭设、使用和拆除过程中的危险源进行有效全面地检查与预警。但是，如果将BIM技术与传统的安全管理手段结合起来，可有效提升脚手架安全管理的质量和效率[1]。在我国，BIM技术已广泛应用于中国尊、上海中心大厦等项目中，而且都取得了非常好的成效。因此，将BIM技术应用到脚手架的安全管理过程中也是未来科技进步和社会发展的一种必然趋势。

4.脚手架设计方案分析

4.1 悬挑脚手架的特点

悬挑脚手架是利用型钢悬挑梁作为附着支承支设在建筑结构上，而又在其上搭设扣件式钢管脚手架的一种脚手架形式，必须采用分段搭设，每段搭设高度不得大于20m。悬挑脚手架的设计关键在于其支承结构，支承结构不仅可以稳定脚手架本身，也可以将架体荷载传递给建筑结构，因此要求支承结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性，宜采用型钢或钢桁架作为其悬挑支承[2]。锚固悬挑梁的U形拉环应与结构钢筋焊接在一起，锚固段长度不应小于悬挑段长度的1.25倍。

表1 悬挑脚手架工程量统计报表

图2 脚手架连墙件的三维模型

图3 悬挑脚手架BIM模型

4.2 悬挑脚手架设计要点分析

悬挑支承结构是悬挑脚手架的设计要点之一。利用BIM技术不仅可以很好地理解建筑结构形式，也可以将脚手架的搭设与拆除施工过程可视化，对于排查事故隐患、预防事故发生有着重大的意义。再者，通过将相关安全信息，例如：安全技术交底、安全检查评分表、脚手架验收记录等与脚手架BIM模型进行关联，确保模型与现场脚手架施工的同步性。悬挑脚手架支承结构模型如图1所示。

此外，连墙件的设置也是悬挑脚手架的设计要点之一。传统的脚手架设计方案对连墙件的处理比较简单，仅以文字或简单的设置立面图进行示意，无法直观展示连墙件与建筑结构以及脚手架的相对位置，给脚手架的安全施工埋下了隐患。而将BIM技术应用到脚手架安全管理活动中，可预先展示连墙件与建筑结构以及脚手架的连接是否合理可靠，并能及时做到连墙件的位置调整以及模型的优化，既保证了结构安全，又实现了安全施工。脚手架连墙件布置的三维模型如图2所示。

4.3 悬挑脚手架BIM模型

悬挑脚手架专项施工方案设计的合理性、搭设的安全性、验收的规范性以及使用的严谨性都将对整个工程的综合效益产生重大的影响。通过利用BIM技术，有助于技术人员对复杂建筑结构形式的理解，从而确定悬挑脚手架的搭设形式；通过对脚手架施工过程的模拟，可有效解决搭设过程中脚手架与建筑结构的碰撞问题，并针对脚手架搭设过程中的安全问题与作业人员进行有效地沟通、详细的安全技术交底、全面的安全检查等，事前解决因作业人员对建筑结构的不了解而造成的安全隐患，从而实现安全施工。悬挑脚手架BIM模型如图3所示。

4.4 脚手架工程量统计

依据脚手架基础数据信息创建悬挑脚手架BIM模型，随之自动生成脚手架工程量统计报表。报表中详细罗列了脚手架搭设所需的钢梁、钢管、扣件以及脚手板材料用量，此用量与现场脚手架实际搭设材料用量应保持一致。依据统计报表中脚手架的工程量，可分阶段分批次采购现场脚手架材料用量，对悬挑脚手架专项施工方案的设计编制以及现场材料的合理堆放与布置等将起到至关重要的作用，直接影响脚手架的安全施工。悬挑脚手架工程量统计报表如表1所示。

5.脚手架三维模型中的安全信息

依据《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59-2011）对现场脚手架施工的危险源进行安全检查与评定，形成脚手架安全施工信息库。其中与脚手架安全管理相关的信息包括：安全技术交底、安全检查记录、安全验收记录、事故隐患整改复查记录等，同时也包括现场照片的采集与相关责任人的审批意见[3]。将上述安全信息进行整理并与脚手架三维模型进行关联，通过查看模型以及安全信息，来实现动态的安全管理过程，有效提升脚手架的安全性。

在设计阶段，围绕安全管理目标合理计划施工活动。在执行过程中，通过脚手架的三维可视化以及相关技术专家的丰富经验进行脚手架危险源的排查，罗列清单，并对重大危险源进行标记。在检查过程中，依据标记的重大危险源制定有针对性的安全管理措施，安排专门的负责人来进行安全过程控制，确保达到预期的安全目标。通过对结果进行比对分析来优化安全管理活动，实现安全生产[4]。

6.结语

通过在银川市妇幼保健院项目中应用先进的BIM技术，在项目的实施阶段，对脚手架的安全施工进行实时监控，相比传统的脚手架安全管理模式，此种信息化安全管理更直观更高效，可整体提升脚手架安全管理的技术水平，体现脚手架安全管理的系统化与现代化，取得良好的经济效益和社会效益。