基于BIM技术的建筑群施工安全生产管理研究

武江龙,孙 攀,陈龙坤,黄 敏,张 茜,陈水宾,米 至

(1.中建科工集团有限公司,深圳 518000;2.深圳市彩众智慧城市开发建设有限公司,深圳 518000)

近年来,我国建筑工程规模与复杂程度不断提高,传统的工程建设项目管理已经不能很好地适应当前建设工程的需求[1]。此外工程建设项目管理朝着集成化、信息化和国际化的方向发展已经成为必然趋势[2,3]。BIM(建筑信息模型)技术以其优异的可视化、协调性、模拟性和优化性等特点已经被广泛应用于工程建设的各个阶段[4-6]。建筑工程施工安全生产是促进建筑行业健康发展的前提,也是保证人民生命财产安全的基础。将BIM技术应用于建设工程安全生产管理中,能够全方位的进行安全隐患监控,全过程跟踪安全问题的处理,实现全员共同参与施工现场的安全管理工作[7-9]。

1 工程概况

某市公安局警察训练(反恐)基地工程一共含52栋建筑单体,多数为3层左右多层建筑。新建建筑总面积达200 155 m2,整个训练基地包含教学用房、训练用房、住宿用房、食堂和其他附属用房五大类。场地原始地貌为低丘陵,地形复杂。

2 项目施工安全管理重难点

由于该建设项目场地规模大,隐藏危险源多,不容易识别,安全管理全覆盖难度较大,合理的布置塔吊、安全通道、钢筋加工棚、小型机具防护棚是保证安全施工的前提。建筑单体多,在主体工程施工作业的同时,还要同时存在钢筋制作、木工配模等不可或缺的工作,交叉作业频繁,发生高空坠物和高处坠落安全隐患大。

3 基于BIM的建筑群施工技术安全管理应用

3.1 可视化BIM模型的建立

由于该项目共有52栋建筑单体,为简化模型,该研究选取训练场、泅渡管、宿舍、教研楼、图书馆和战术楼共6栋有代表性的建筑单体进行建筑群建模。在Revit2020软件中将已经组合的主题模型安置在创建地形图的地形表面,按照图纸调整模型的标高和位置,最终完成建筑群项目模型的建立。

3.2 项目基于BIM的施工场地布置

传统的二维模型在实际施工中存在显著的不足,如不能直观显现施工现场的整体现状、无法实现动态化管理等。BIM技术的“预施工”功能,能优化出更安全有效的施工方案,发挥优化现场布置、排查现场隐患的作用[10]。

科学合理布置工程项目的施工场地才可以确保在施工空间内施工流程的安全性,也是从根源上降低安全风险的一种有效方式。首先根据平面设计图的建筑界限确定项目建设的位置,对项目各区域进行安全等级划分,设置项目的各个安全区域。施工现场的全部不安全要素要在建模中体现,并按照具体情况明确在项目的不同阶段是否需要调整。随后设定塔吊的位置,确保建筑的主体覆盖在塔吊的范围内,根据塔吊的位置明确其运作运动轨迹,看是否对周边房屋建筑有影响。然后,需要确定钢筋棚、木工棚、材料堆场等一系列临时设施的位置。钢筋、木工加工棚的位置不仅要在塔臂的覆盖范围内,又要防止施工全过程中各种运输机械之间的矛盾,防止施工机械设备和原材料堆积位置不科学导致的安全隐患。最后,依据不同的施工环节,随时随地改动工程项目场地的空间布局,以做到具体指导具体施工工序的实际效果。

3.3 项目基于BIM的安全技术交底

在借助BIM技术所实施的三维模型施工管理过程中,能够事先结合施工图纸来展开施工现场的3D模拟,使管理者乃至各施工人员均能够直观、清晰地了解到与施工全过程相关的种种环节,便于他们更好地开展施工管理。同时,该技术还可以对施工各环节中的重点、难点及易发生安全风险的环节予以详细列示,以报告的形式输送给各主体对象,最大限度保障施工安全高效[11]。该项目工程参加方较多,交叉作业频繁,专业分包较多、工序复杂,人员素质参差不一,且一线生产人员流动性大、安全防范意识弱,提高其安全生产意识至关重要。传统式的安全技术交底是由项目、劳务、班组的安全管理人员或技术人员以口头上讲述或书面文本的形式,向一线作业人员传播有安全事故隐患部位和安全生产中可能会遇到的问题,最后通过在安全技术交底文件上签字达到落实安全生产责任制。然而这种交底方式不能直观地传递安全技术交底的内容,多数一线生产人员没有真正理解到安全生产的重点部位,认为安全技术交底只是一个流程,在文件上进行签字确认。而 BIM 技术可以进行三维安全技术交底,使用 BIM 技术的漫游功能对建筑物的信息模型开展虚拟漫游,以真实的方式展示一些安全风险比较大的部位,还可以用动态视频或三维模型的矢量图向施工作业方展示该项目的安全隐患,以及施工步骤中的安全注意事项。利用这种直观生动的传达方式,让所有管理者乃至各施工人员预先观察到生产过程所遇到的安全隐患,并有针对性的制定相应的措施,能达到提升安全技术交底的效果。

3.4 项目基于BIM的安全检查模拟

通过安全生产模拟,确定了主楼进出口及周边、基坑、电梯井、卫生间降板区域、楼梯、楼层临边等部位特别容易导致安全事故的发生。由于已经构建了各种安全措施的族模型,在此只需要在发现隐患的位置判断其类型,并添加措施模型。

3.4.1 基于BIM的主楼周边及安全通道安全检查

主楼周边部位一般是交叉作业最频繁、危险隐患较多的位置。主楼周边不仅要进行塔吊作业,同时还要进行主体工程施工,地面还要进行钢筋、模板制作。因此不仅要防范高空坠物的危险,还要预防物体打击、触电等伤害。因此主楼周边设置防护围挡,围挡不低于1.2 m。围挡内部容易发生高空坠物的危险,应防止人为攀爬。此外主楼通道口入口应架设双层安全性防护棚。双层防护间隔不宜低于700 mm,安全性防护棚相对高度不宜低于4 m。棚顶部选用硬防护,并设置安全警示标识。规划好各工种工作区。各种材料的堆放区域,宜采用减少二次搬运的原则,尽可能减少交叉作业的危险。进入工地工作前,管理人员应每日交代好工作的安全隐患,提高工人安全意识,同时,主楼周边应作为巡视的重要部位,周期性的检查必不可少。主楼周边的安全措施的模型图和现场施工图如图1所示。

3.4.2 基于BIM的核心筒部位的安全检查

核心筒部位一般都是楼层内安全检查的重点,主要包括预留的电梯井口和步梯口,且该地区交叉作业频繁,容易发生高处坠落和人员摔倒的危险。针对该安全隐患主要有以下防范措施,在电梯井口四周设防护栏杆,洞口下每两层只设一道安全平网,防护栏杆设两道,上杆距地1～1.2 m,下杆距地0.5～0.6 m,并设置踢脚板。在步梯两侧设置不低于1.2 m的防护栏杆,防止有人员摔倒和坠落的危险。BIM模型图和现场施工图如图2所示。

3.4.3 基于BIM的楼层外围部位的安全检查

由于该项目多数建筑单体为钢筋混凝土框架结构,施工人员在主体结构临边部位作业时存在坠落及物击伤害风险。因此必须在在建工程外脚手架的外侧设置防止人、物坠落,或者减轻坠落和物体击打伤害的密目式安全网进行封闭,要求网目的孔径不能大于12 mm。安全网的材料一般采用具有阻燃性的材料,可以防止电焊火花所引起的火灾。另外,建筑工人在高空作业时,安全网还能阻挡横向来风,并遮挡工人向下的视线,减少对高度的恐惧。楼层外围安全网的BIM模型图和现场施工图如图3所示。

3.4.4 基于BIM的卫生间降板区域的安全检查

卫生间降板是指卫生间区域的楼板高度会比其他位置的楼板高度更低一些,这将导致该区域和普通楼板位置形成一定的高度差,这是一个很显著的安全隐患。作业人员不注意时,容易踩空,产生安全事故。因此必须对该区域进行安全防护并检查。在卫生间降板区域设置高度1.2 m防护围挡,并设置挡脚板和警示标识。卫生间降板部位的BIM模型图及现场施工图如图4所示。进入施工现场前,仔细检查施工作业人员的安全防护用具,如果佩戴不齐全,不允许进入施工场地。

4 结 语

以实体工程项目为基础,通过Revit对工程进行建模,然后模拟工程具体的作业过程,包括施工场地布置、安全技术交底和安全生产模拟。通过模拟具体的作业过程提前发现并预防安全隐患。通过安全生产模拟,确定了主楼进出口及周边、基坑、电梯井、卫生间降板区域、楼梯、楼层临边等部位特别容易发生安全事故。因此预先制定相应的安全措施,实现了基于BIM的建筑群的施工生产安全管理。