基于BIM技術的建筑結構運維安全網格化管理研究

1.郭晨光 2.康俊輝

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引言

建筑結構安全管理信息的傳遞與溝通多采用紙質文件和口頭的形式，由此會導致信息滯留且利用率低下，一旦事故發生難以得到及時處理與致因的追溯。因此，如何提高建筑結構安全管理效果，實現可視化、自動化與信息化的實時管理，需要在技術與方法上進行深入探索與創新。近年來我國建筑行業得到迅猛發展，建筑業總產值不斷增高，每年以約10%的速度增高。伴隨而來的是建筑物運維期間安全事故也在逐年增加。傳統建筑結構運維安全管理主要通過目測和人工檢查的方法進行，這種方式難以及時有效地預防、控制事故的發生。

一、我國建筑結構運維安全管理存在的問題

（一）運維安全管理主動性不足

現有建筑結構多數還達不到運維管理的層次，建筑結構安全管理屬于被動型管理，管理的目標是解決出現的問題，缺乏管理的主動性和應變性，對隱患的預防措施考慮相對較少，應對突發事故能力較差，多為事故后處理。

（二）運維安全管理信息化相對落后

現有建筑結構運維主要采用手寫記錄的模式，不但容易發生記錄不完整、錯誤及記錄破損或丟失的現象，還增加了記錄人員的工作量，降低工作效率。在建筑結構運維安全管理過程中，特別是突發事件處理時，常需查找各類有用信息，目前的狀態基本都是在檔案室的大量紙質版圖紙資料內手動尋找，費時費力。

（三）運維安全管理難度大

現有建筑結構運維安全管理相對于建筑物其他階段受重視程度明顯不足，而且對運維階段的研究相對比較欠缺，缺乏成熟可行的管理體系和措施。同時由于管理人員素質相對較低，具體表現在建筑運維管理人員年齡偏大、學歷相對較低、管理能力相對落后、接受新事物的能力相對較差、主動預防管理意識薄弱等，這些因素都制約著建筑結構運維安全管理水平的發展。

二、建筑結構運維安全風險分析

（一）不均勻沉降風險

不均勻沉降是反映建筑物地基變形特征的重要指標，其危害表現為：建筑物外觀質量受到影響、引起結構損壞而導致其原有使用功能受到影響或喪失、降低建筑物對室內人員和設備的保護能力、引起建筑物傾斜而導致精密儀器設備無法正常使用、引起房屋倒塌而導致財產損失和人員傷亡、導致上層建筑物無法正常使用等。

（二）大風災害風險

大風災害是指大風災害天氣中所帶來的不良影響，包括圍護結構構件墜落、屋面垮塌等。其危害主要表現為：建筑物倒塌、破壞、開裂、殘余變形和連鎖效應、疲勞破壞及人群不適感等。其中，人群不適感是指由于風力作用頻繁，建筑物的構件產生疲勞破壞，同時風力使結構產生振動，大幅振動使結構產生反復位移，導致居住者和工作人員產生不適的感覺。

三、網格化管理在建筑結構運維安全管理中的優勢分析

（一）網格化管理的概念和特點

網格化管理是指利用網格小單元對管理對象進行劃分，有利于預測并及時發現問題。網格化管理還可以對各網格單元的資源進行統一調配、協同管理，從而實現資源利用的最大化。網格化管理呈開放狀，可充分調動管理對象的參與性，使管理者與管理對象深入進行問題處理，從而彌補一對多管理模式的不足。通過劃分的各網格小單元，可以使信息在不同階層和不同區域間進行無障礙傳輸，避免在傳統管理模式中常有的盲區，有效確保管理過程中無縫銜接。

（二）建筑結構網格化劃分

建筑結構可以根據不同區域、空間或功能進行網格化劃分，以符合城市精細化管理的需要。(1)區域網格化劃分按建筑類型進行區域網格化管理的劃分，如住宅、醫院、商場等，不同類型的建筑設定不同的網格大小，以達到有效管理的目標。(2)空間單元網格化針對多層級高層結構，按照建筑空間進行網格化管理的劃分，在縱向空間上對管理進行劃分。(3)子系統網格化按建筑功能對建筑結構進行網格化管理的劃分，形成子系統網格化管理。

四、基于BIM技術的建筑結構運維安全網格化管理體系構建

（一）建筑結構BIM模型的構建與應用

建筑結構BIM模型不僅包括建筑構件，還可以將建筑物的各種物理、運行性能參數信息整合到BIM模型中。在運維階段，通過將BIM模型與自動控制、傳感器和計算機網絡等技術相結合，利用管理平臺可實現主動預警功能和被動防護功能，由此可達更佳的管理效果。利用網格化管理的劃分原則，將城鎮建筑群劃分為單元格，并針對每個單元格建立BIM模型。利用BIM模型的三維特性，可直觀顯示建筑結構構件和建筑設備的位置及建筑空間布局等，通過對關鍵建筑構件和空間位置附加特定傳感器，可監測構件的應力、應變、裂縫、熱應力及水蒸氣等參數，將這些參數輸入對應的模型構件中，可為建筑結構傾覆模擬、火災模擬和人員疏散模擬等提供依據。

（二）網絡層

網絡層的作用是信息傳遞輸送，利用無線網絡和移動通信等技術，可以將感知層處傳遞來的信息自動輸入到BIM3D/4D模型中，從而動態呈現建筑實體中人或構件的位置、周圍環境和檢測參數等安全狀態。維持網絡層的網絡安全和通信穩定，運維安全管理小組可全天候地把握建筑結構安全狀況。一旦出現人的不安全行為或建筑構件及周圍環境的不安全狀態，管理平臺可及時警報。

（三）溝通處理即時化

傳統建筑結構安全管理主要由運維管理方單方面進行，安全事務的處理受管理者的經驗影響較大，具有較大的片面性和局限性。本平臺借助BIM技術實現信息共享與即時交流，整合建筑運維相關方的管理資源，及時解決建筑結構中出現的安全問題。在運維階段，通過附著在建筑構件上的傳感器將建筑實體與BIM模型連接，形成一個聯動的整體，各相關方都能通過管理平臺實時查看系統，從而使建筑結構安全狀態的數據信息得以共享。

結語

總之，網格化管理是目前城市管理模式的新形勢，BIM技術是建筑行業未來的發展趨勢，將這兩者有機結合起來，并應用于建筑結構運維安全管理，可有效提高我國建筑結構安全管理水平，減少建筑安全事故發生。因此，基于BIM的建筑結構運維安全網格化管理具有重要的理論和實踐意義，有必要作為一個系統性工程去抓，不斷將建筑結構運維安全網格化管理推向縱深。