裝配式建筑安全管理中BIM技術的應用

張銀川

2015 年，我國制造業進入轉型升級的時期。2016 年開始，全國各地陸續出臺裝配式建筑行業的扶持政策。國務院辦公廳于2016 年9 月印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，指出要不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。住房和城鄉建設部于2017 年3 月出臺了《“十三五”裝配式建筑行動方案》，確定到2020 年，我國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上。住房和城鄉建設部等部門于2020 年8 月聯合發布了《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》，指出要大力推廣裝配式混凝土建筑，加大高性能混凝土、高強鋼筋和消能減震、預應力技術的集成應用[1]。

國家高度重視建筑安全管理工作，各級地方政府也加大了監督力度，確保建筑高效施工、安全生產。由于裝配式建筑流程的精細化程度較高，對施工組織、施工技術和施工質量都提出了較高的要求。一旦某個環節出現問題，極易引發安全事故。應用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術可以依據施工計劃、建筑構件等基本信息構建四維模型，并依據該模型對施工過程進行動態模擬，從而有利于安全管理人員快速識別危險源，針對安全隱患制定管控手段及措施。

1 裝配式建筑安全管理中BIM技術的應用優勢

將BIM 技術運用到裝配式建筑施工管控領域，基于其共享、可視、模擬的特點實現對安全隱患的及時預警，保證裝配式建筑工程順利進行。

1.1 技術優勢

首先，利用BIM 技術的5D 施工模擬功能把制造模型、施工進度模型、操作模型、成本模型以及建筑設計模型等有機結合，能夠全面呈現建筑工程每個環節的情況。利用BIM 技術的模型模擬功能，在深入剖析后能夠了解裝配式建筑施工期間所存在的設計問題和安全隱患，便于及時采取修正措施。圖1 為建筑結構設計BIM 模型。BIM 模型可視化的特點還能夠提升安全教育的成效，降低人為因素導致的安全事故發生概率。其次，將建筑項目有關信息錄入到BIM系統中，能夠提升信息共享水平，改變施工期間信息不對稱的狀況，便于項目相關的各方查閱，實現安全便捷的信息交流。

圖1 建筑結構設計BIM 模型

1.2 經濟優勢

利用BIM 技術的動態模擬功能能夠在完工前對建筑各時期、各流程的安全隱患進行排查，做好防范治理工作。而且提早進行項目規劃可以有效減少安全事故發生后造成的損失。另外，在開工前進行模擬檢測，能夠及時發現施工過程中可能存在的不科學環節，進而降低返工的可能，避免延長工期，減少建設費用。總之，裝配式建筑工程運用BIM技術進行管理后，風險損失以及施工成本得到了降低，確保了項目的收益。

1.3 環境優勢

傳統的建筑安全管理難度大、消耗資源多，安全責任難以落到實處，施工安全管理體系不完善，安全檢查技術滯后，這些都是妨礙安全監督管理順利進行的因素，因此市場對BIM 技術的運用抱有很大期望。我國政府將BIM 作為未來重點發展的建筑技術，并相繼出臺一系列政策措施，為BIM 技術在建筑安全管理領域的運用營造了良好條件。例如《住房和城鄉建設部工程質量安全監管司2020 年工作要點》中指出，要試點推進BIM 審圖模式，提高信息化監管能力和審查效率。

2 裝配式建筑施工安全管理中存在的問題

2.1 施工方案編制不科學

裝配式建筑施工方案的編制是一項系統工程，是決定工程質量、施工安全和施工進度的重要因素。一方面，裝配式建筑施工流程復雜，多維空間同步作業，對施工方案的科學性、準確性和專業性都提出了較高的要求。另一方面，裝配式建筑需協調的部位較多，編寫施工計劃時難免出現差錯。例如，預制梁、預制陽臺板等預制構件的安裝均需在吊裝過程中設立臨時性的支撐結構，如果施工計劃沒有詳細闡明支撐點位置與固定連接方法，安裝時就可能產生較大誤差，臨時支撐架構出現受力不均衡的概率便會大幅增加，導致預制構件失穩而引發安全事故[2]。

2.2 施工場地布局不合理

裝配式建筑預制構件體型很大，對建筑施工現場的存放場地提出了較高要求。同時，對于裝配式建筑工程來說，施工現場交叉施工作業較多，同一場地大量施工人員同步進行不同的施工作業，這就需要對施工場地進行合理布局，就近儲存相應物資，以保證工程各個環節同步高效開展。如果場地布局不合理，對某項物資的規劃不夠清晰，就容易與其他工序產生沖突，導致安全事故產生。例如放置裝配式建筑預制構件時，應當合理計算作業現場放置地點和物料運送、塔吊運轉的間距，若缺少合理測算，那么塔吊在運行過程中則容易與預制構件產生觸碰，情節嚴重的還會導致構件掉落等安全事故。

2.3 現場吊裝作業安全隱患多

由于裝配式建筑預制構件體積較大，因此在施工過程中對吊裝工序提出了較高要求，同時每一次吊裝作業也在一定程度上增加了安全風險。例如塔吊機器運轉異常、實操不熟練導致失誤，塔吊指揮和實操合作不密切等皆會致使預制構件掉落等，發生諸多安全事件。

另外，在預制構件安裝期間，如果因操作問題導致構件脫鉤后高空墜落，那么地面施工人員、物料等也將面臨安全風險。

2.4 現場應急疏散方案不合理

在裝配式建筑安全管理工作中，制定科學有效的建筑施工現場應急疏散方案是安全管理工作的重要內容。然而一些施工單位往往將建筑材料堆放在安全通道附近，致使安全通道堵塞，如果發生危險事件，那么施工人員便無法順利找到疏散通道，快速撤離，極易引發重大安全事故[3]。施工現場應急疏散通道、安全防護通道如圖2、3 所示。

圖2 安全應急疏散通道

2.5 安全工作落實不到位

對裝配式建筑安全事故原因進行分析后發現，現場施工人員安全意識淡薄和安全知識不足是引發安全事故的重要因素。雖然施工企業積極開展各項安全培訓工作，但是這些安全教育培訓的效果并不好。

究其原因，目前的安全培訓依舊采用說教的形式，為了應付檢查要求施工人員機械記憶安全準則，臨時組織理論知識考試，實操效果不理想，無法達到培訓目的。另外，部分建筑公司在安全技術交底方面缺乏科學有效的管理，沒有依照預制構件的分類制定安全交底程序，或者缺少依照施工要求制定的安全交底層級。上述因素都會影響到裝配式建筑安全培訓工作的順利開展。

圖3 安全防護通道

3 BIM 技術在裝配式建筑安全管理中的應用

3.1 優化施工方案

應用BIM 動態模擬技術可以優化裝配式建筑的施工方案，促使建筑企業提升經濟效益。在施工方案編寫過程中，運用BIM 技術能夠構建系統的施工方案模型，呈現施工方案的仿真效果，根據結果對比方案間的優劣。在施工準備階段，可使用BIM 技術對建筑安裝的全部過程進行模擬，并且監控每一個安裝步驟，及時發現安全隱患，為施工方案的改進提供依據。同時，根據系統對監控信息分析的結果，優化預制構件的安裝步驟，提升預制構件安裝的安全性[4]。

3.2 調整施工場地布局

裝配式建筑建設期間，需要安裝數量眾多的預制構件，作業現場存在大量交叉工序，加之施工技術內容繁雜，施工現場的布置方式可能會出現問題。制定恰當的施工現場布設方式，預防施工風險和矛盾產生，是施工單位在動工前需要著重考慮的問題。利用BIM 技術能夠動態化呈現作業現場的材料與構件堆放、建筑設備放置、車輛運輸及吊裝等工序，事先預估布設方案中可能產生的安全隱患，確保施工活動的順利進行[5]。

3.3 明確施工現場重點防護區域

應用BIM安全管控方式將施工方案、施工進度修正數據輸入電腦系統，能夠為安全監管工作的開展提供可靠參考，同時依據實際情況的發展及時標記安全風險，設置提醒模式，進而提升安全監管工作的及時性、高效性。另外，可利用BIM 模型明確施工實踐中每個環節應當重點防護的位置，尤其對于事故發生概率高的區域，務必準確定位且設計防護模塊，在作業人員進入危險區域時及時發出警示。建筑物臨邊安全防護挑網如圖4 所示。

圖4 建筑物臨邊安全防護挑網

3.4 優化安全應急疏散方案

依托BIM 技術持續改進應急疏散計劃，可以降低作業現場發生安全事件的人員傷亡率。例如，構建BIM 安全信息模型后引進Pathfinder 等專業系統，模擬相關數據，動態呈現疏散時長、人員分布情況以及疏散通道等具體內容并加以分析，提升應急疏散方案的科學性[6]。

3.5 加大安全教育培訓力度

在安全教育活動開展時，有關人員應當利用BIM 安全信息模型，依據建材、機器設施、施工人員等數據，多角度動態展現建筑施工的具體步驟，再現施工過程。另外，可以運用VR 技術模擬安全事件，讓施工人員對安全事故現場有更深刻的認知，意識到安全教育培訓的重要性，調動施工人員的積極性，深化安全教育，取得更加理想的培訓效果。

4 結語

應用BIM 技術可以提前發現安全隱患并優化施工安全管理方案，從而有效提高施工安全管理成效，節約施工成本。因此在應用過程中，要根據BIM 安全信息模型科學調整施工場地布局，加大施工現場安全檢查防護力度，優化安全應急疏散方案，提升安全教育培訓效果，助力裝配式建筑安全生產過程向科學化、規范化方向發展。