魏鑫 劉敬敏 秦康 肖承友

摘? 要： 建筑業(yè)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，且生產(chǎn)過程不是單一的，危險作業(yè)較多，屬于高危行業(yè)之一.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)因其具有施工過程環(huán)保、有效縮短施工工期等優(yōu)勢而快速發(fā)展起來，但由于裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安裝等屬于多維作業(yè)空間，其安全管理問題亟待解決.本文在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安全管理中引入建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術(shù)，促進建筑業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，建立了基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全管理方案;結(jié)合工程實際案例進行危險源管理.結(jié)果表明，本文提出的安全管理方案可以實現(xiàn)安全管理目標(biāo).

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土結(jié)構(gòu);BIM;安全管理;危險源

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.01.017

0? ? 引言

自2010年以來，我國建筑工程安全事故及由此造成的人員傷亡情況不容樂觀.其中2012年和2013年全國建筑市政工程安全事故的調(diào)查結(jié)果顯示：分別發(fā)生了451起和524起安全事故，導(dǎo)致的死亡人數(shù)為585人和670人.2013年的形勢顯然惡化，安全事故增加73起，上升了16.19%;死亡人數(shù)增加85人，上升了14.53%[1].由住建部數(shù)據(jù)可知，2018年建筑工程安全事故共發(fā)生698起，比2017年增加55起，導(dǎo)致800人死亡[2].總體而言，全國的建筑工程安全形勢依然嚴峻，安全事故頻頻發(fā)生，其導(dǎo)致的死亡人數(shù)僅低于煤礦業(yè)和交通業(yè)導(dǎo)致的死亡人數(shù).由此可見，做好建筑工程的安全管理非常重要.

裝配式建筑在工廠預(yù)制，運輸至工地拼裝，具有質(zhì)量優(yōu)、安裝快的優(yōu)勢，同時，減少人工，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保.裝配式建筑正作為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，在全國范圍內(nèi)廣泛推廣.裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆相比，增加了吊裝作業(yè)，減少了現(xiàn)場支模、綁扎鋼筋、搭設(shè)滿堂腳手架等施工作業(yè)量，因此，兩者在施工安全管理方面也存在較多的不同.BIM（building information modeling）技術(shù)作為建筑業(yè)重要的信息技術(shù)之一，可為裝配式建筑施工安全管理研究提供立體、全面的信息支持.國內(nèi)很多學(xué)者對建筑施工安全管理問題展開了深入探究，明確了有效的安全管理辦法.賀國健[3]對建筑施工中可能存在的隱藏危險源進行了辨識，對建筑施工安全的經(jīng)濟性及陜建一建集團的安全管理現(xiàn)狀展開了研究，總結(jié)出了相關(guān)的施工安全管理對策.翟越等[4]通過與BIM技術(shù)相結(jié)合，可以對施工方案做出及時的調(diào)整，并明確了此安全管理系統(tǒng)可以提升施工的安全管理水平.左林濤[5]結(jié)合建筑施工過程中的規(guī)律，就當(dāng)前安全管理的現(xiàn)狀，對施工中安全影響最大的幾個方面展開了探究.吳偉巍等[6]就現(xiàn)今施工現(xiàn)場安全風(fēng)險研究的不足點，建立起了危險源實時監(jiān)控和實時預(yù)測的模型，實現(xiàn)了利用前饋信號實時監(jiān)控和檢測安全風(fēng)險的方法.

為盡可能避免裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工安全事故的發(fā)生，查明事故的成因，反演分析影響裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工安全的關(guān)鍵因素，本文提出基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全管理研究，并與實際案例相結(jié)合，研究建立一種基于BIM技術(shù)的安全管理模式，對實際工程項目具有指導(dǎo)意義.

1? ? 理論基礎(chǔ)

Revit是BIM體系中使用較為廣泛的軟件，BIM是將建筑的平面信息轉(zhuǎn)化為三維模型，在建筑物的整個發(fā)展過程中均存在[7].裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程是將構(gòu)件在預(yù)制工廠內(nèi)提前生產(chǎn)好，從而在現(xiàn)場裝配而成建筑，其優(yōu)點是施工速度快，受氣候影響小，減少了勞動力，提高了建筑質(zhì)量，達到了國家住宅產(chǎn)業(yè)化和節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)[8].安全管理（safety management）是為達到安全目標(biāo)開展的一些包括決策、計劃、組織和控制等方面的活動，借助融入現(xiàn)代化安全管理的原理和方法，分析研究危險源，并采取有效的措施去控制技術(shù)、組織、經(jīng)濟和管理，降低不安全因素的發(fā)生概率，確保生產(chǎn)過程中的目標(biāo)安全[9].

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安全管理，要按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和工程的特點，確保安全良好的施工環(huán)境和有序的安全組織管理：參與人員的自身防護安全、作業(yè)環(huán)境安全、施工方法和工藝要求符合標(biāo)準(zhǔn);機械、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施的狀態(tài)安全、作業(yè)環(huán)境安全;以及現(xiàn)場環(huán)境作業(yè)面之間和三維空間中的協(xié)調(diào)問題.“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”是安全管理主要依據(jù)的方針[5]，并統(tǒng)攬安全制度、計劃、組織和措施，整個過程中持續(xù)優(yōu)化安全生產(chǎn)管理和檢查的體系，實現(xiàn)全過程安全管理目標(biāo).

2? ? 安全管理方案

2.1? ?實施流程

與BIM技術(shù)相融合，現(xiàn)代的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了新的安全管理目標(biāo)，使安全得到保障.BIM技術(shù)是一種信息化的工具，可用于工程設(shè)計、建造和管理.通過結(jié)合建筑工程數(shù)據(jù)化和信息化模型，在項目建設(shè)初期的策劃階段、建設(shè)階段和末期的運營維護階段的全生命周期中進行共享與傳遞信息，確保工程建設(shè)人員能夠?qū)Ω鞣N建設(shè)信息均可以做出正確的理解和高效的對策，從而可以為全部的建設(shè)團隊創(chuàng)造共同工作的平臺.

建立基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安全管理的實施流程：

1）基于BIM技術(shù)的危險源辨識;

2）列出危險源清單，實施分級管控;

3）基于BIM技術(shù)的危險源預(yù)管控措施模擬與驗證;

4）基于BIM技術(shù)的危險源過程管理;

5）危險源評價.

2.2? ?主要步驟

利用BIM軟件如Revit建立建筑三維模型，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況設(shè)置相應(yīng)人物參數(shù)及重力參數(shù)，利用Navisworks軟件結(jié)合VR技術(shù)進行三維可視化漫游，模仿施工過程中吊裝施工、鋼筋綁扎、支撐體系搭設(shè)等施工工序以及虛擬現(xiàn)實，模擬人物進入施工現(xiàn)場每一個角落以及可能進行的施工操作，直觀地發(fā)現(xiàn)隱藏的危險源，從而使施工人員在施工前可預(yù)估危險源.危險源存在于某個體系中，是隨時可能引發(fā)危險、人員被傷害、財產(chǎn)受到損失或環(huán)境被影響的能量或物質(zhì)，在某種介質(zhì)的作用下可能轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿实牟课?、區(qū)域、場所、空間、崗位、設(shè)備及其位置[10].危險源辨識的過程中，需要確定隱藏危險和有害因素是否存在及其大小量化，將這兩者合稱為危險有害因素.常見危險源位置有臨邊洞口、電梯井道等，如圖1所示，通過BIM建立模型后，通過三維視頻模擬，容易看出其危險性.

危險源辨識完成后應(yīng)及時記錄，最終形成完整的危險源辨識清單，以利于后續(xù)施工中隨時查看，也便于后續(xù)可以及時添加前期未辨識出的隱藏危險源.危險源清單所列內(nèi)容應(yīng)盡可能詳盡、描述清晰，使施工人員和管理人員易于理解.針對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工的特點，其施工工程可以分為5項子工程，分別為構(gòu)件運輸、構(gòu)件現(xiàn)場堆放、構(gòu)件吊運、構(gòu)件安裝以及高空作業(yè).通過運用安全檢查表法，將5項子工程中所有可能導(dǎo)致安全事故的危險因素進行樣本收集和匯總，形成危險源清單，并按經(jīng)驗歸納概括，最后根據(jù)危險源管理目標(biāo)對5項子工程施工中的一系列危險源進行識別[11].

列出危險源清單后，交付給專業(yè)人員查看，針對列出的危險源制定對應(yīng)的預(yù)管控措施.危險源的預(yù)管控措施可能有多種，按照可能發(fā)生安全事故的不同等級明確不同的危險源預(yù)管控措施，考慮可能出現(xiàn)的后果，模擬發(fā)生安全事故時施工人員的第一反應(yīng)，最后結(jié)合項目實際情況和危險源等級選用較為適宜的一種措施.制定危險源預(yù)管控措施可將BIM技術(shù)貫穿其中，例如可將Revit軟件已完成的三維模型導(dǎo)入Navisworks軟件中做碰撞檢驗和臨邊洞口的墜落模擬分析，設(shè)定相對應(yīng)人物參數(shù)，觀察發(fā)生安全事故時的詳細過程，可視化分析事故發(fā)生的原因，針對性地制定預(yù)管控措施.

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)實際施工過程中應(yīng)根據(jù)危險源清單和危險源預(yù)管控措施進行危險源過程管理，施工人員要關(guān)注危險源清單所列內(nèi)容，并根據(jù)實際情況將危險源預(yù)管控措施及時做出調(diào)整，若偏差較大應(yīng)立即反饋給相關(guān)專業(yè)人員，以便及時提供解決方案.利用AR技術(shù)增強現(xiàn)實特點，為現(xiàn)場危險源賦予相應(yīng)教育案例以及預(yù)管控措施視頻，施工人員可隨時隨地掃描實體物件進行學(xué)習(xí)，結(jié)合實際，更能將危險源管控措施深入人心.設(shè)置安全體驗區(qū)，同時設(shè)置VR體驗區(qū)，利用VR技術(shù)虛實結(jié)合特點，制定各類安全事故場景，如高處墜落，物體打擊等，讓施工人員親身體驗事故現(xiàn)場.通過親身參與、體驗，寓教于樂，讓每個施工人員都有實際操作的動手能力，真正達到“安全預(yù)防為主”的目的.同時利用EABIM云平臺，施工人員可隨時將發(fā)現(xiàn)的危險源及安全隱患上傳至平臺，與施工人員共享，減少安全隱患的發(fā)生率.

危險源評價指運用指定方法計算危險源等級，根據(jù)評價結(jié)果劃分得到不同等級的危險源，根據(jù)不同級別的危險源有針對性地進行危險源控制措施管理[12].定性評價、定量評價和半定量評價等都是危險源評價的方法，其中半定量評價法比較常用，MES法和LEC法是半定量評價法.大多是根據(jù)管理實際工程的經(jīng)驗，選擇合適的分值，危險等級由發(fā)生安全事故的幾率和事故嚴重度的乘積大小來劃分危險源等級.危險源分級可用表1[13]表示.按照危險源等級可刪減或增添危險源清單，更新后的危險源清單可為下次施工提供一定的經(jīng)驗?zāi)０?

3? ? 案例分析

廣西某裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)項目的總建筑面積為9 019.36 m2，包含兩棟倒班樓，每棟建筑面積均為4 449 m2，地上部分6層，地下部分1層.項目1#、2#樓均采用預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)，兩棟倒班樓每層層高均為3.55 m，建筑高度為23.55 m.本項目裝配率為73.4%，根據(jù)評價等級劃分，為A級裝配式建筑，是目前廣西唯一的一個裝配率超過60%的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程.此項目工程使用的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制柱、疊合梁、外掛墻板、預(yù)制沉箱、疊合樓板、預(yù)制樓梯、輕質(zhì)隔墻等.本文選取1#，建立BIM模型，并對其應(yīng)用BIM技術(shù)進行安全管理.圖2為項目完工前期鳥瞰圖.

3.1? 項目特點

BIM在建筑和安全管理系統(tǒng)自動化中起著關(guān)鍵作用[14].該項目采用裝配式加EPC模式，加入BIM技術(shù)，滿足生產(chǎn)、運輸、裝修和安裝等多種要求，實現(xiàn)了基于BIM技術(shù)的全生命周期管理.其主要具有以下特點：

1）規(guī)劃設(shè)計階段用BIM技術(shù)進行設(shè)計方案推敲比選，滿足單間配套及8人間集體宿舍兩種功能需求，同一標(biāo)準(zhǔn)戶型通過裝修的調(diào)整實現(xiàn)兩種功能需求，均為開間3.5 m、進深11.4 m，從而實現(xiàn)建筑平面的標(biāo)準(zhǔn)化.南北立面利用BIM技術(shù)進行三維設(shè)計與展示，通過采用兩塊標(biāo)準(zhǔn)的外掛板進行疊錯編排如圖3所示，滿足建筑立面的多樣化，實現(xiàn)了立面構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化.結(jié)構(gòu)選型優(yōu)先選用框架結(jié)構(gòu)，并將兩個建筑標(biāo)準(zhǔn)戶型合并為一個標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)單元，中間采用輕質(zhì)隔墻分隔，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)平面的標(biāo)準(zhǔn)化.為提高建設(shè)效率，8 898 m2的倒班樓項目由兩種預(yù)制柱、5種疊合梁、5種疊合樓板 、1種預(yù)制沉箱、4種外掛墻板和1種預(yù)制樓梯組合而成，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計.

2）基于BIM的構(gòu)件工藝選型

利用BIM技術(shù)三維可視化特點在預(yù)制構(gòu)件深化上考慮脫模吊點、臨時支撐點和起吊錨固點，如圖4所示;利用構(gòu)建BIM模型進行模具設(shè)計，如沉箱邊模、沉箱模芯和沉箱總模具，確保裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工的高效進行;設(shè)計帶休息平臺的預(yù)制樓梯，減少了現(xiàn)場濕作業(yè)，提高了樓梯區(qū)域的整體穩(wěn)定性.疊合板采用密拼縫連接，避免了搭接法存在的漏漿、工效慢的問題，提高了安裝效率、樓板觀感質(zhì)量.疊合梁模板錨固點預(yù)留孔采用PVC貫穿孔，見圖5，相比預(yù)埋錨固螺栓節(jié)約施工成本.疊合梁腰筋采用直螺紋套筒連接，確保梁柱節(jié)點處鋼筋連接滿足抗震要求.

3）將BIM輕量化模型導(dǎo)入EBIM云平臺，界面如圖6所示，運用EBIM云平臺進行業(yè)主、設(shè)計、施工、生產(chǎn)和監(jiān)理等多方協(xié)同，解決傳統(tǒng)建筑業(yè)信息孤島的問題.例如施工過程中安全監(jiān)管人員可隨時進行安全巡查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不符合安全規(guī)定的部位時，可拍照上傳至EBIM云平臺，這時會在BIM模型的相應(yīng)部位出現(xiàn)“安全圖釘”引起有關(guān)負責(zé)人員注意，直至安全問題得到解決后，在系統(tǒng)上進行閉環(huán)處理，“安全圖釘”會顯示已解決.

4）裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工過程也會存在很大的安全隱患，例如腳手架只在大樓左右兩側(cè)搭建，前后兩面缺少保護措施，可能會引發(fā)安全事故;工程中有大量預(yù)制構(gòu)件需進行吊裝作業(yè)，高空作業(yè)占比大，容易導(dǎo)致高空墜落等安全事故，預(yù)制構(gòu)件通過貨車轉(zhuǎn)運，現(xiàn)場車輛多，也易造成安全事故等.

3.2? ?安全管理實施過程

將基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安全管理方案運用到實際中，主要包括以下內(nèi)容：

1）基于BIM技術(shù)的施工場地規(guī)劃;

2）基于BIM技術(shù)的吊車安全管理;

3）基于BIM技術(shù)的現(xiàn)場施工模擬及三維可視化交底;

4）基于BIM技術(shù)的高空防墜落保護;

5）VR安全交底評估、AR增強現(xiàn)實和應(yīng)急疏散模擬.

與實際施工需求相結(jié)合，預(yù)先合理規(guī)劃施工時的各種用地，并構(gòu)建施工現(xiàn)場的3D模型，如圖7所示，使施工過程中施工機械的運行、材料的運輸和工人作業(yè)的安全得到保障.

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)項目施工過程中往往需要使用大量的吊裝機械和運輸車輛，很大概率會引發(fā)安全事故.首先裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中最常用的就是吊車，吊車運行過程中非常容易引發(fā)碰撞和起吊安全事故.因而在施工前、在施工現(xiàn)場的3D模型中須合理規(guī)劃吊車的行駛和使用場地，既要符合施工安全的要求，也要滿足其功能的需求.? ?圖8為三維模擬施工現(xiàn)場中吊車吊裝預(yù)制柱構(gòu)件.其次還需滿足PC運輸車輛通行的要求：道路寬度不小于12 m、轉(zhuǎn)彎半徑不小于15 m，如圖9所示.最后根據(jù)BIM模型和三維場地規(guī)劃提前找到最經(jīng)濟、最高效的吊裝和運輸方案.

利用BIM技術(shù)三維可視化特點進行預(yù)拼裝，步驟見圖12，綜合考慮結(jié)構(gòu)連接的安全性以及生產(chǎn)施工的便捷性，在三維環(huán)境下對構(gòu)件的連接工藝進行細致的研究.由于來回拆卸具有較大的安全隱患，調(diào)整梁錨固鋼筋，有效解決梁柱節(jié)點鋼筋碰撞問題，制定梁吊裝順序方案，確保裝配化施工的一次性完成，減少吊裝過程中出現(xiàn)因鋼筋碰撞導(dǎo)致構(gòu)件無法安裝的情況.

利用BIIM技術(shù)根據(jù)規(guī)范要求制作各類預(yù)制構(gòu)件吊裝、安裝視頻，詳細到每一項工序的步驟以及相關(guān)要求，并且強調(diào)吊裝、安裝過程中存在的安全隱患及預(yù)防措施.開工前，對勞務(wù)工人進行三維可視化交底，在三維中直觀展示，能夠讓工人更熟練地掌握施工技能，提高其安全意識，減少吊裝安裝過程中出現(xiàn)安全事故的概率.圖13為模擬吊車吊裝預(yù)制外掛墻板和預(yù)制柱的情景.

2012—2013年全國建筑工程安全事故中發(fā)生占比最多的就是高空墜落事故.若能運用BIM技術(shù)，在軟件上為可能發(fā)生墜落處預(yù)先設(shè)置保護措施，使墜落傷亡事故得到減少，降低安全事故的發(fā)生概率.例如將Revit模型導(dǎo)入navisworks軟件中，根據(jù)現(xiàn)場施工情況設(shè)計人物參數(shù)及重力參數(shù)，模型中能夠明顯地觀察到施工時可能存在的臨邊和洞口，同時進行三維可視化漫游，發(fā)現(xiàn)不明顯位置安全隱患，在人物失重位置做好標(biāo)記，將安全隱患區(qū)域提交給施工總承包單位，這樣就可以提前將盡可能多的安全隱患建立防護欄桿，在施工現(xiàn)場施工時可以減少安全事故如墜落傷亡和物體打擊等的發(fā)生.圖14為Revit模型中某層的臨邊洞口設(shè)置護欄前后對比.

在施工前，利用AR技術(shù)增強現(xiàn)實特點，為現(xiàn)場滅火器、預(yù)制構(gòu)件以及相應(yīng)消防器材等現(xiàn)場實體物件賦予相應(yīng)教育案例以及使用教程，施工人員可隨時隨地掃描實體物件進行學(xué)習(xí)，結(jié)合實際，更能將危險源管控措施深入人心.利用pathfinder軟件進行施工現(xiàn)場安全疏散模擬，制定最合理的疏散路徑，對施工現(xiàn)場進行標(biāo)識，可以在有安全事故發(fā)生時更好地提高施工人員疏散速度.運用VR技術(shù)，戴上VR眼鏡：“身臨其境地感受高空墜落的感覺;在模擬火災(zāi)的場景中，很難看清路標(biāo)指示;在漏電場景中，似乎真感到被電流擊中;在機械作業(yè)旁被撞傷”等等，這些都是通過VR實現(xiàn)的，這些不用在現(xiàn)場就能感受的“親身經(jīng)歷”可以使施工人員了解到獲取防范知識以及掌握應(yīng)急措施的重要性.圖15為該項目在現(xiàn)場設(shè)置的VR建筑安全體驗館.

此前，該項目已完工，死亡情況為零，受傷情況也為零，實例證明通過創(chuàng)建三維BIM模型，以虛擬的第三人進入三維模型，辨識的危險源更全面、更徹底;同時，在三維模型中布設(shè)危險源管控措施，模擬措施的合理性和有效性，直至得到最優(yōu)的管控方案，從而有效地降低安全事故的發(fā)生率.

4? ? 結(jié)論

本文將BIM技術(shù)引入裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安全管理，首先進行危險源辨識、劃分等級，并列出危險源清單，進而提出利用BIM技術(shù)進行危險源的預(yù)管控和危險源的管理;然后進行危險源評價，深入探討了BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的理論應(yīng)用;最終建立了基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全管理方案，并與實際案例相結(jié)合進行危險源管理.研究表明：

1）采用本文提出的基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全管理具體實施流程，可以合理進行施工場地規(guī)劃、施工過程模擬、三維可視化交底、AR技術(shù)增強現(xiàn)實、應(yīng)急疏散模擬和VR安全技術(shù)交底等，使施工和管理人員在施工前、施工中和施工后都得到安全保障.

2）本文提出的基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全管理方案可以通過一系列的危險源管控措施，以期達到降低裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程安全事故的發(fā)生概率，實現(xiàn)安全管理目標(biāo).

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