淺談仿真化智慧綠色安全建造技術在工程中的應用

金 陽，官 鎖，李延志

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 工程簡介

XX 隧道是某高速全線唯一的隧道，位于當地生態休閑園內，穿越山體，將生態園劃分為兩部分，已經對園林的生態保護造成較大的影響。因此對整個隧道在臨建設施占地規劃、隧道進洞及主洞施工對環境的污染和隧道棄渣的處理等環保方面具有很大的挑戰。

智慧工地系統中BIM 技術是當下隧道工程施工技術發展的趨勢，如何通過運用更智能化的管理方法和設備來確保隧道工程的安全和穩定性，采取合理、高效的措施將隧道工程安全風險降到最低，這是隧道工程施工中關鍵的問題。某互通主線2#橋第五聯現澆箱梁上部結構采用現澆預應力混凝土變截面連續箱梁，由小樁號到大樁號方向逐漸變窄，小樁號處左側接D 匝道橋，右側接B 匝道橋，小樁號全幅寬50m，大樁號全幅寬38.9m，交接處位于勝利東路南側人行道上方。現澆箱梁采用單箱四室斜腹板，梁高1.6m，翼緣寬度為2.5m。箱梁跨中斷面底板厚度為20cm，頂板厚度為22cm，底板在支座附近加厚至40cm。四個腹板厚度均為45cm，邊腹板在橫梁附近加厚至75cm，中腹板加厚至85cm。

互通A、B 匝道橋上部結構采用現澆混凝土連續箱梁。現澆箱梁采用單箱單室斜腹板箱梁，梁高1.4m，翼緣寬度為1.75m。箱梁跨中斷面底板厚底為22cm，頂板厚度為25cm，腹板厚度為45cm，在支座附近底板加厚至42cm，腹板加厚至75cm。

現澆箱梁采用滿堂支架一次澆筑，蚌埠東互通現澆箱梁支架采用盤扣式滿堂支架搭設。

滿堂支架采用盤扣式支架+可調頂托+I12 工字鋼橫梁+縱向方木構成滿堂支架施工。

2 仿真化智慧綠色安全建造體系的架構分析

BIM 技術是仿真化智慧綠色安全建造的核心，通常情況下，都是基于BIM 系統平臺來設計仿真化智慧綠色城市安全建造技術，通常其可以分為數據層、模擬層以及應用層。不過BIM 技術在工程建設各個階段其運用側重點亦有所差別，具體分析如下：

2.1 設計階段

在設計環節，主要是通過3D 的形式來呈現出建造信息模型，要求不但要能夠與有關技術要求相符而且還需要具有較高的精準性，碰撞率較低。不過要想擴展設計階段的3D 模型，還需要將時間因素考慮在內，就能夠在施工環節開展4D 虛擬建造以及施工進度模擬。4D 虛擬建造主要是基于BIM 模型來添加時間維度，利用動畫來對整體工程建設過程進行模擬，以達到對具體建設環節可能存在的風險與風險進行規避的目的，進而實現作業方案的優化、施工計劃的完善、施工質量目標的提升以及施工建設環節與最終結果的可視化效果進行優化的目的。4D 進度模擬技術主要是有效綁定施工進度圖與3D BIM 模型，采用軟件來模擬建造工程項目，對施工進度進行優化，并對項目建造的可行性進行分析。并且3D BIM 模型還能夠結合模型來將工程量準確統計出來，并且對施工不同環節實際需要的人員以及材料數量進行精準統計。

2.2 施工準備階段

在施工準備階段進行4D 進度模擬的目的在于有效采集數據信息，建設4D BIM 進度模型以及相關數據的處理。在采集數據信息時重點是根據已經建設完成的3D BIM 模型來對各分部與分項工程量進行統計，隨后依據國家法規、地方定額標準以及企業定額處理統計數據，明確各分部分享工程的人員、機械設備以及材料的用量。

除了上述分析的應用歷程與范圍，仿真化智慧綠色安全建造還應用到許多其他范圍，如施工過程的進度、成本、資源以及動態碰撞檢測等。

3 技術應用

3.1 無人機+BIM 綠色建造技術

XX 隧道位于生態園園區內，考慮到園區土地資源稀少，且結構形狀不規則，臨建場地選擇布置困難，加之為了在雨季前完成臨建，也存在著工期緊張等諸多難題。

項目BIM 小組團隊計劃通過無人機+BIM 仿真技術對臨建進行選址規劃和CI 布置，使用BIM 技術模擬現場施工環境，旨在盡量減少園林土地的占用，盡量在狹小空間內合理布置隧道噴錨站、型鋼加工廠、辦公區及工人住宿區，根據不同情況對總平面布置實時進行動態調整，在節約資源的同時保證現場布置的合理性。

通過優化對比，征地從13.5 畝降至8.8 畝，節約生態占地面積35%。在利用有限土地資源的同時，也指導了現場實際布置，加快了工期，為項目節約成本近20 萬元，創造了可觀的經濟效益和環保效益。

3.2 仿真化智慧安全建造技術

通過智慧安全體驗館的建造，將隧道地貌及結構形式呈現于沙盤中，結合BIM 技術交底等方面的實際應用，同時將VR 技術引入施工安全教育中，指導隧道的綠色建造、智慧施工。

3.2.1 BIM 三維技術交底

在智慧體驗館內還將老山地質地貌、連拱隧道結構形式呈現于沙盤中，現場施工人員可以更直觀地理解隧道施工，并利用隧道二維碼查看三維BIM 模型、隧道的結構、施工工序、質量控制要點、安全防控措施等信息。通過BIM 技術三維交底，使得交底內容更直觀、通俗易懂，有效保證每道工序的施工質量。

3.2.2 智慧安全設備及管理辦法的應用

為了響應國務院第724 號令《保障農民工工資支付條例》精神，保障勞務人員合法權益，降低企業風險，項目部將堅持以信息化為手段，以落實管理責任為基礎，以制度建設為保障，構建統一的建筑項目勞務實名制管理平臺。

人員記錄姓名、職務及進洞時間等信息；車輛記錄駕駛員及車輛類型如裝載機、挖機等。這些信息在計算機上進行永久保存也可以通過LED 顯示屏以表格的形式顯示出來，將施工人員進出洞情況匯總成考勤表，作為考勤的依據。

通過在洞內外多處安裝監控，可實現在監控室內實現觀察洞內作業情況，也可通過在手機上登錄客戶端，隨時查看洞內實時施工情況、洞內人員數量及有無潛在危險源等信息。

4 應用策略

通過分析仿真化智慧綠色安全建造技術及其運用方向可知，在工程建設各個階段，對于信息化技術的需求都是較為龐大的，均要求使用到各類信息化軟件或系統，如自主開發、二次開發以及采購成品軟件等方法。而且不同系統的工作形式以及存儲數據的方法都有所區別，所以則應當要構建起一個科學、完善的信息平臺，以確保工程建設各環節數據能夠高效、準確的傳遞，且具有較高的復用率。不僅如此，還需要對其相應管理流程統一標準與規范，以便于能夠動態監控與分析整體工程建造環節涉及的不同類型數據與信息。其中含括了圖紙設計、采購材料、施工安全管理、質量控制以及人員的配置等內容。

5 技術效益及總結

通過利用仿真化智慧綠色安全建造技術最大限度減少施工對生態園造成的破壞及污染和臨時占地，加快施工進度縮短對整體環境的影響，在臨時設施規劃過程中節約生態占地面積35%，節約項目成本約20 萬元。通過智慧安全體驗館的建造，將隧道實景沙盤結合BIM 施工技術交底，指導連拱隧道的綠色建造施工。通過VR 安全教育體驗真實還原隧道施工可能造成的事故災害，并結合人員勞務實名制通道、車輛識別系統、洞內外視頻監控等一系列先進智慧安全設備及安全管理辦法的應用，杜絕隧道施工安全事故的發生。

6 結束語

總而言之，通過對無人機+BIM 綠色建造技術應用達到五節一環保要求，充分利用土地資源，滿足綠色建造的要求；對仿真化智慧安全建造技術的應用，提高施工現場質量安全管理信息化和智慧化水平，促進建筑業可持續發展。為同類型工程施工提供經驗。