BIM技術(shù)在腳手架安全管理中的應(yīng)用研究

徐寧霞

1.工程概況

案例項(xiàng)目銀川市婦幼保健院位于銀川市金鳳區(qū)，場(chǎng)地形狀不規(guī)則，建筑總的占地面積為75498.4m2。產(chǎn)科大樓建筑高度為63.5m，地下一層（層高6.3m），地上16層，結(jié)構(gòu)類型為框架—剪力墻。外圍采用懸挑式腳手架，利用型鋼懸挑梁作為上部腳手架的承力結(jié)構(gòu)，再在型鋼懸挑梁上搭設(shè)扣件式鋼管腳手架，腳手架分為3個(gè)懸挑段：第一懸挑段（2～6層），第二懸挑段（7～11層），第三懸挑段（12～16層），懸挑段腳手架平均高度為12m。

2.BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 可視化

可視化即“所見(jiàn)即所得”。通過(guò)BIM技術(shù)的三維可視化功能，可清晰展示腳手架各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接情況，并以三維立體的形式直觀展現(xiàn)腳手架桿件節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式，克服技術(shù)人員空間想象力不足的弱點(diǎn)。

2.2 協(xié)調(diào)性

BIM的協(xié)調(diào)性可解決項(xiàng)目實(shí)施階段遇到問(wèn)題無(wú)法及時(shí)協(xié)調(diào)的難題。也就是說(shuō)，在項(xiàng)目建造前期，利用BIM技術(shù)和協(xié)調(diào)功能提前檢查腳手架搭設(shè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題并提出解決方案，可以有效避免在項(xiàng)目建造過(guò)程中造成的不必要的返工和成本浪費(fèi)。這種事前控制手段是先進(jìn)安全管理理念的體現(xiàn)。

2.3 模擬性

BIM技術(shù)不僅可模擬建筑實(shí)體，也可基于項(xiàng)目的發(fā)展時(shí)間模擬施工過(guò)程，優(yōu)化施工方案，在此基礎(chǔ)上還可進(jìn)行造價(jià)模擬，實(shí)現(xiàn)成本控制。除此以外，BIM技術(shù)還可以進(jìn)行一些特殊功能的模擬實(shí)驗(yàn)，比如模擬日照時(shí)間、模擬發(fā)生事故時(shí)的緊急疏散逃生路線等。

2.4 優(yōu)化性

BIM模型可不斷進(jìn)行優(yōu)化，但是優(yōu)化結(jié)果受信息、復(fù)雜程度以及時(shí)間的制約影響。首先，確保建筑基礎(chǔ)信息的準(zhǔn)確性，才能更好地優(yōu)化BIM模型。其次，項(xiàng)目的復(fù)雜程度越高，則必須借助一定的科學(xué)技術(shù)手段和先進(jìn)的設(shè)備才能達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化效果。最后，BIM的優(yōu)化也受時(shí)間的制約，時(shí)間越短，優(yōu)化的程度越有限；時(shí)間越充裕，優(yōu)化的效果可能會(huì)越明顯。

2.5 可出圖性

利用BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)、模擬以及優(yōu)化功能，最終可出具以下圖紙：碰撞檢查報(bào)告、腳手架三維模型圖以及桿件節(jié)點(diǎn)構(gòu)造大樣圖。

3.BIM技術(shù)應(yīng)用于腳手架安全管理的必要性分析

腳手架的安全管理以及驗(yàn)收過(guò)程都是由現(xiàn)場(chǎng)人員手工完成的，這種傳統(tǒng)的安全管理模式受管理者自身專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)的影響較大，且主觀性較強(qiáng)，無(wú)法對(duì)腳手架搭設(shè)、使用和拆除過(guò)程中的危險(xiǎn)源進(jìn)行有效全面地檢查與預(yù)警。但是，如果將BIM技術(shù)與傳統(tǒng)的安全管理手段結(jié)合起來(lái)，可有效提升腳手架安全管理的質(zhì)量和效率[1]。在我國(guó)，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中國(guó)尊、上海中心大廈等項(xiàng)目中，而且都取得了非常好的成效。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用到腳手架的安全管理過(guò)程中也是未來(lái)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。

4.腳手架設(shè)計(jì)方案分析

4.1 懸挑腳手架的特點(diǎn)

懸挑腳手架是利用型鋼懸挑梁作為附著支承支設(shè)在建筑結(jié)構(gòu)上，而又在其上搭設(shè)扣件式鋼管腳手架的一種腳手架形式，必須采用分段搭設(shè)，每段搭設(shè)高度不得大于20m。懸挑腳手架的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于其支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)不僅可以穩(wěn)定腳手架本身，也可以將架體荷載傳遞給建筑結(jié)構(gòu)，因此要求支承結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，宜采用型鋼或鋼桁架作為其懸挑支承[2]。錨固懸挑梁的U形拉環(huán)應(yīng)與結(jié)構(gòu)鋼筋焊接在一起，錨固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于懸挑段長(zhǎng)度的1.25倍。

表1 懸挑腳手架工程量統(tǒng)計(jì)報(bào)表

圖2 腳手架連墻件的三維模型

圖3 懸挑腳手架BIM模型

4.2 懸挑腳手架設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

懸挑支承結(jié)構(gòu)是懸挑腳手架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。利用BIM技術(shù)不僅可以很好地理解建筑結(jié)構(gòu)形式，也可以將腳手架的搭設(shè)與拆除施工過(guò)程可視化，對(duì)于排查事故隱患、預(yù)防事故發(fā)生有著重大的意義。再者，通過(guò)將相關(guān)安全信息，例如：安全技術(shù)交底、安全檢查評(píng)分表、腳手架驗(yàn)收記錄等與腳手架BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確保模型與現(xiàn)場(chǎng)腳手架施工的同步性。懸挑腳手架支承結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

此外，連墻件的設(shè)置也是懸挑腳手架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的腳手架設(shè)計(jì)方案對(duì)連墻件的處理比較簡(jiǎn)單，僅以文字或簡(jiǎn)單的設(shè)置立面圖進(jìn)行示意，無(wú)法直觀展示連墻件與建筑結(jié)構(gòu)以及腳手架的相對(duì)位置，給腳手架的安全施工埋下了隱患。而將BIM技術(shù)應(yīng)用到腳手架安全管理活動(dòng)中，可預(yù)先展示連墻件與建筑結(jié)構(gòu)以及腳手架的連接是否合理可靠，并能及時(shí)做到連墻件的位置調(diào)整以及模型的優(yōu)化，既保證了結(jié)構(gòu)安全，又實(shí)現(xiàn)了安全施工。腳手架連墻件布置的三維模型如圖2所示。

4.3 懸挑腳手架BIM模型

懸挑腳手架專項(xiàng)施工方案設(shè)計(jì)的合理性、搭設(shè)的安全性、驗(yàn)收的規(guī)范性以及使用的嚴(yán)謹(jǐn)性都將對(duì)整個(gè)工程的綜合效益產(chǎn)生重大的影響。通過(guò)利用BIM技術(shù)，有助于技術(shù)人員對(duì)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)形式的理解，從而確定懸挑腳手架的搭設(shè)形式；通過(guò)對(duì)腳手架施工過(guò)程的模擬，可有效解決搭設(shè)過(guò)程中腳手架與建筑結(jié)構(gòu)的碰撞問(wèn)題，并針對(duì)腳手架搭設(shè)過(guò)程中的安全問(wèn)題與作業(yè)人員進(jìn)行有效地溝通、詳細(xì)的安全技術(shù)交底、全面的安全檢查等，事前解決因作業(yè)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不了解而造成的安全隱患，從而實(shí)現(xiàn)安全施工。懸挑腳手架BIM模型如圖3所示。

4.4 腳手架工程量統(tǒng)計(jì)

依據(jù)腳手架基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建懸挑腳手架BIM模型，隨之自動(dòng)生成腳手架工程量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。報(bào)表中詳細(xì)羅列了腳手架搭設(shè)所需的鋼梁、鋼管、扣件以及腳手板材料用量，此用量與現(xiàn)場(chǎng)腳手架實(shí)際搭設(shè)材料用量應(yīng)保持一致。依據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表中腳手架的工程量，可分階段分批次采購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)腳手架材料用量，對(duì)懸挑腳手架專項(xiàng)施工方案的設(shè)計(jì)編制以及現(xiàn)場(chǎng)材料的合理堆放與布置等將起到至關(guān)重要的作用，直接影響腳手架的安全施工。懸挑腳手架工程量統(tǒng)計(jì)報(bào)表如表1所示。

5.腳手架三維模型中的安全信息

依據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 59-2011）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)腳手架施工的危險(xiǎn)源進(jìn)行安全檢查與評(píng)定，形成腳手架安全施工信息庫(kù)。其中與腳手架安全管理相關(guān)的信息包括：安全技術(shù)交底、安全檢查記錄、安全驗(yàn)收記錄、事故隱患整改復(fù)查記錄等，同時(shí)也包括現(xiàn)場(chǎng)照片的采集與相關(guān)責(zé)任人的審批意見(jiàn)[3]。將上述安全信息進(jìn)行整理并與腳手架三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)查看模型以及安全信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的安全管理過(guò)程，有效提升腳手架的安全性。

在設(shè)計(jì)階段，圍繞安全管理目標(biāo)合理計(jì)劃施工活動(dòng)。在執(zhí)行過(guò)程中，通過(guò)腳手架的三維可視化以及相關(guān)技術(shù)專家的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行腳手架危險(xiǎn)源的排查，羅列清單，并對(duì)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行標(biāo)記。在檢查過(guò)程中，依據(jù)標(biāo)記的重大危險(xiǎn)源制定有針對(duì)性的安全管理措施，安排專門的負(fù)責(zé)人來(lái)進(jìn)行安全過(guò)程控制，確保達(dá)到預(yù)期的安全目標(biāo)。通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析來(lái)優(yōu)化安全管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)[4]。

6.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在銀川市婦幼保健院項(xiàng)目中應(yīng)用先進(jìn)的BIM技術(shù)，在項(xiàng)目的實(shí)施階段，對(duì)腳手架的安全施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，相比傳統(tǒng)的腳手架安全管理模式，此種信息化安全管理更直觀更高效，可整體提升腳手架安全管理的技術(shù)水平，體現(xiàn)腳手架安全管理的系統(tǒng)化與現(xiàn)代化，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。