基于BIM技術的高支模施工安全預警平臺設計

許文煜,周翠璇,張 弛

(四川師范大學 工學院，四川 成都 610101)

1 構建高支模施工安全預警平臺的重要性

《建設工程高大模板支撐系統施工安全監督管理導則》和《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》中規定：高支模是指搭設高度5 m及以上；搭設跨度10 m及以上；施工總荷載10 kN/m2及以上；集中線荷載15 kN/m及以上的混凝土模板支撐工程。高支模施工項目是危險性較大的工程項目之一，由于隱患發展為事故的時間往往很短，導致現場管理人員對高支模施工安全監控的難度很大，往往無法及時發現危險征兆，來不及采取糾正和加固措施，甚至來不及撤離現場施工人員。又因高支模施工項目往往具有大空間、大跨度、大荷載等特點，高支模坍塌事故一旦發生，往往給人民的生命和財產造成重大的損失。所以在高層建筑日益發展的背景下，探索高支模施工安全預警的新思路，建立創新型的高支模施工安全預警平臺，對保障高支模施工如期安全的進行具有重要的意義。

2 BIM技術適用性分析

BIM技術的實質是利用計算機技術建立包含建筑信息的三維模型，并且可以對成本管理、質量管理、安全管理及工程管理進行有效的協調，可以大大提高建筑工程的信息集成化水平，為高支模施工所涉及的相關項目部門提供了一個工程信息交換和共享平臺。基于BIM技術的可視化、協調性、模擬性、優化性特點，所搭建的高支模三維模型不僅能對施工過程進行動態模擬，而且包含大量的建筑信息，這些信息可以實現實時、一致的關聯，同時這些信息只需要輸入一次，就可以在工程項目的整個生命周期中與其他軟件進行信息交換、分享。通過這樣的方式能夠讓相關項目部門的管理人員對整個過程進行更加全面的了解，同時方便管理人員對施工方案所存在的不足進行不斷的優化和完善。

3 高支模施工安全隱患預警平臺設計總思路

3.1 監控對象與布點要求

混凝土澆筑過程中對高支模系統關鍵部位的立桿位移變形、軸力等進行實時檢測，掌握高支模變形的動態變化，以便于施工人員及時發現高支模系統所存在的異常問題。①位移變形監測。位移變形監測點采用水平位移傳感器。監測點應設置于中部受力較大的部位或薄弱部位、模板單元框架頂部四角、四邊中部。②傾斜監測。傾斜監測點采用雙軸傾角傳感器。監測點應設置于主要支撐體系的支撐點處，如長邊中點、支撐體系四角，以及其他根據施工特點需要重點關注的部位。③荷載監測。軸力監測點采用軸壓傳感器。監測點應設置于受力集中的具有代表性的位置。

3.2 數據庫建立

將水平位移傳感器、雙軸傾角傳感器、軸壓傳感器得到的實時數據進行分析匯總，了解各類傳感器的API接口，使傳感器所收集的信息經過處理過濾，如轉換格式等，將收集到的數據進行IFC標準化以便將收集到的數據與BIM模型載體進行關聯。另外，需將收集到的數據結合相關規范、具體施工項目信息構成完整的數據庫，為后期預警系統的搭建提供基礎支持。最后，根據不同的施工環境、具體工程需要等條件設置不同的監測頻率，實現數據庫的更新。數據庫建立流程如圖1所示。

圖1 數據庫建立流程

3.3 基于Revit的BIM模型搭建

通過Revit軟件構建高支模三維實體模型，為后期預警系統的搭建提供可視化、模擬化的基礎。本文對高支模模型的搭建僅針對于層高為6.500 m的一層建筑，進行詳細闡述具體搭建過程。基于revit搭建高支模模型的具體方法如下。

1)建立標高軸網模型。建立標高0.000 m、6.500 m；建立各個標高的軸網(1-15)、(A-G)、(a 1-a 3)、(aA-aE)。

2)建筑模型的柱、板、剪力墻結構布置。根據建筑所給的建筑信息在Revit軟件中布置建筑的柱、梁、板、剪力墻結構。對柱子進行布置，布置10根600×600(mm)的柱子；對梁進行布置，布置24根200×650(mm)的梁，布置13根250×650(mm)的梁，布置17根300×650(mm)的梁；對剪力墻進行布置，按圖紙信息在指定地方布置正確長度、厚度、高度的剪力墻。

3)建立腳手架鋼管和扣件族。在Revit軟件中建立扣件式腳手架所需的扣件、鋼管、頂托、墊板、模板模型。收集模型所需數據；打開軟件中的創建族選項、公制常規模型選項，在里面使用拉伸、旋轉、融合、放樣命令創建構件。通過賦予構件可變化的參數和可調整數據的公式，來改變構件形態；將創建好的構件進行嵌套，形成嵌套族，調整嵌套族的數據生成合適的構件模型并載入到建筑模型中，生成高支模建筑模型。高支模模型三維效果圖，如圖2所示。

圖2 高支模模型三維效果圖

3.4 Revit二次開發流程

本文所涉及的Revit二次開發以Microsoft Visual Studio2010和Revit插件管理器Add-In Manger共同構建開發環境。

1)在Visual Studio2010中新建“類庫”項目，并采用c#語言進行代碼的編寫。

2)從Revit安裝目錄中找到RevitAPIUI.dll和RevitAPI.dll兩個程序集并進行添加作為Revit API的引用。為了使生成項目的時候這兩個程序集不會復制到生成目錄中，防止發生占用空間過大的問題，所以將這兩個程序集的“復制本地”屬性改為“False”。

3)利用RevitAPIUI.dll和RevitAPI.dll兩個程序集，進行以c#語言為基礎的代碼編寫。代碼編寫好之后，進行運行結果的查看，將編譯通過的代碼生成后綴為addin的文本文件，并進行注冊。

4)打開Revit軟件，進行程序調試，若運行正常，則無需修改代碼；若運行不正常，則需要修改代碼，直到插件能進行正常的運行。Revit二次開發的開發流程如圖3所示。

圖3 Revit二次開發的開發流程

4 安全隱患預警階段

預警閾值的制定是保證現場相關人員及時做出合理預警的關鍵。開始監測后，隨著監測數據的不斷變化，自動將數據庫所獲得的實時信息與構件的BIM高支模三維實體模型進行對比、分析，將預警等級劃分為四個等級：安全、一般警告、較重警告、嚴重警告。當測點在閾值區間的80%，表示監測點狀況良好，構件顏色為紫色；當監測點在閾值區間的80%～90%，發出語音警示，警示級別為一般警告，構件顏色為綠色；當監測點在閾值區間的90%～100%，發出語音警示，警示級別為較重警告，構件顏色為黃色；當監測點超過閾值時，發出語音警示，警示級別為嚴重警告，構件顏色為紅色。預警評估等級見表1。

表1 預警評估等級表

以位移傳感器獲得的實時數據進行對比、分析、判斷為例的高支模施工安全隱患預警系統運行流程如圖4所示。

圖4 高支模施工安全隱患預警系統運行流程圖

5 結 語

隨著BIM技術在高支模施工領域的廣泛應用，高支模施工漸趨標準化和規范化，BIM技術的運用大大提高了高支模施工的應用效率，但是安全問題一直是最為主要的一個問題，因此，需要前期制定相應的安全預警系統，以保證整個施工過程的安全性。

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