施工安全中的BIM 應用:奧本大學項目案例分析

亞歷克斯·貝林格 薩爾曼·阿茲哈爾(著)王 娜(譯)

(1.奧本大學麥克沃特建筑科技學院，奧本，阿拉巴馬州，美國 36849;2.中國建筑科學研究院，北京 100013)

【編者按】

近年來，BIM 技術(如3D 可視化和4D 施工模擬)在施工安全管理和規劃逐漸成為熱點。本文通過美國阿拉巴馬州奧本大學的麥克沃特建筑科學學院種子基金項目“應用4D BIM 實現安全管理和規劃的集成”的一個研究案例展示和驗證了BIM 技術在此方面的潛力。

1 前言

施工安全規劃的一個重要職責就是要發現所有可能發生的風險，防患于未然。建筑信息模型(BIM)使施工利益相關者能夠可視化的評估施工現場的條件，發現風險，并能提供足夠的時間做出相應的減災規劃。

應用BIM 技術可以將安全問題與施工規劃更緊密的聯系起來，從而改善勞動安全。BIM 技術可以提供更加直觀的施工現場布局，也為管理和可視化最新施工規劃圖和施工現場信息提供了可行的方法。BIM 的使用還鼓勵了項目的其他參與者，如設計者、分包商和安全專家等積極地參與到風險評估和規劃中來。

本文介紹了一個正在進行的研究項目:應用BIM 技術對美國阿拉巴馬州奧本大學(Auburn University)校內的一個在建項目進行施工安全規劃和管理。這個項目是一個康樂中心，應用BIM模型和4D 模擬進行以下安全規劃:1)起重機管理;2)墜落防護;3)應急預案。運用4D 施工模擬、3D 漫步和3D 渲染透視圖來探測各種潛在風險，并與施工工人進行安全管理規劃方面的溝通。

2 項目信息

所有者:美國阿拉巴馬州奧本大學基礎設施部

項目經理(施工團隊):羅賓斯＆ 莫頓(Robins＆ Morton)

建筑師:360 建筑公司

造價:5 000 萬美元

規模:24 萬平方英尺(譯者注:約合22 297m2)

交付系統:CM 公司

開工時間:2011 年10 月

預計基本完工時間:2013 年5 月

圖1 本項目的3D 渲染效果圖

圖2 起重機管理規劃中的起重機工作區域和鋼桁架安裝情況

總部在密蘇里州堪薩斯城的360 建筑公司開發了這個項目的基礎BIM 模型，主要用于項目團隊之間的溝通與可視化。研究小組獲得了這個模型并添加了一些漏掉的設計細節和臨時的安全特性。圖1 是用于市場營銷的項目渲染效果圖。

以下幾個部分介紹了基于這個BIM 基礎模型做出的項目安全規劃。

3 起重機安全管理規劃

起重機安全管理規劃的目標是:1)確定起重機回轉半徑，保證輸電線和周圍建筑結構的安全距離;2)確定什么團隊在什么時間會使用起重機。本項目使用兩架格構式臂架履帶起重機吊起和放置建筑構件。項目北邊使用的是110t Link -Belt HYLAB 起重機，南邊使用的是250t Manitowoc Model 999 起重機。圖2 展示了起重機管理規劃中的鋼桁架布置情況。

如圖2 所示，彩色部分(黃色、橙色和藍色)表示起重機回轉半徑及其影響區域。黃色部分標示了特定一天中任何時刻起重機轉臂有可能達到的范圍。根據項目總規劃，每周會對起重機回轉半徑內進行的非鋼安裝作出碰撞檢測報告。在項目定期的安全會議上，這些報告可以用來減少起重機與施工工人之間可能產生的風險。另外，4D 施工模擬可以用在施工工作安全規劃中。

4 墜落防護規劃

墜落防護規劃是根據《職業安全與健康法案》(OSHA)第M 章:《墜落防護標準》(Subpart M:Fall protection standards)來進行的。建立了兩種墜落防護圍欄模型:與混凝土板連接的二層(混凝土結構)安裝2x4 木質圍欄，三層及更高層(鋼結構)安裝3/8＇航空用鋼索圍欄。根據《職業安全與健康法案》要求，高架板上的洞用膠合板覆蓋并用警示膠帶綁好。

圖3 用做墜落防護的圍欄系統模型

圖4 應急預案的屏幕截圖:A)交通流方向;B)救護車達到路線

對墜落防護圍欄構件進行建模以后，把圍欄放到結構BIM 模型中。在這個過程中，研究者可以通過3D 視圖發現2D 規劃圖中不易被發現的各種墜落風險，包括還沒有建好的樓梯井和天窗，墜落防護圍欄就被布置在這些地方。建模的圍欄按照區域和樓層分隔開來，生成的圍欄部分就被輸入到Synchro 來進行4D 模擬。4D 施工模擬向承包商提供了完整的細節信息，包括圍欄將在什么位置、什么時間被安裝或者拆除。圖3 展示了BIM 模型中的一組典型的圍欄及其安裝位置。

5 應急預案

基于BIM 模型的應急預案包含五個部分:施工團隊入口/出口，施工設備和運輸路線，臨時設施和工件尾部地點，應急交通路線，向工人提供惡劣天氣預警及工地指導。BIM 模型生成3D 漫步動畫和透視圖，并可與工人實時溝通應急預案。圖4 展示了部分應急預案。

6 結論

本研究的有效性正在通過項目內部和外部雙重驗證。項目組最近完成了驗證過程的第一階段，向一個BIM 專家核心組展示了BIM 模型及其集成的安全因素和4D 施工模擬。咨詢成員描述了以下三個主要的明顯優勢:1)加強了施工團隊之間對安全規劃的溝通;2)改善了《職業安全與健康法案》和所有者之間對安全規劃的溝通;3)在施工前就充分考慮了施工安全管理中的物流細節。

在接下來的幾個月，項目組將在定期的安全會議上展示BIM 模型和模擬并充分地評估他們的有效性。

作者希望感謝本項目工程師羅賓斯＆ 莫頓集團的保羅·霍恩(Paul Horne)提供了基礎BIM模型和安全規劃。同時也感謝M.J.哈里斯建筑公司(M.J.Harris Construction)(阿拉巴馬州伯明翰市)的保羅·赫芝帕斯(Paul Hedgepath)在整個項目周期不斷地提供反饋信息。本研究由建筑學院，設計和施工種子基金(College of Architecture，Design and Construction Seed Grant)以及建筑科學施工業基金(Building Science Construction Industry Fund)資助。