翟 越，高 歡，宗燕燕，孟凡東，張韻生

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.安徽海中環(huán)保有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

地下綜合管廊是集電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水等管線于一體的隧道空間，管廊內(nèi)部可同時(shí)存放各種功能的管線，在管廊中可對(duì)管線進(jìn)行搶修、維護(hù)、擴(kuò)容改造等，既縮減管線搶修時(shí)間，又合理利用城市地下空間。但我國(guó)城市地下綜合管廊還存在建設(shè)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)不足、周期長(zhǎng)、消防安全管理不完善等問(wèn)題，使建設(shè)過(guò)程中存在安全隱患[1-2]。

BIM技術(shù)以建筑物3D立體可視、專(zhuān)業(yè)信息共享、N維空間模擬等設(shè)計(jì)模式帶動(dòng)工程建筑行業(yè)的智能化發(fā)展[3-6]。2015年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，表明建筑行業(yè)應(yīng)加快實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、銷(xiāo)售招商及運(yùn)營(yíng)各階段的應(yīng)用。因此，針對(duì)地下綜合管廊利用BIM技術(shù)對(duì)建設(shè)進(jìn)行模擬，對(duì)存在的安全隱患進(jìn)行辨識(shí)、分析，提前采取措施規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，以保證安全施工，是非常有必要的，應(yīng)得到工程界和學(xué)者們的關(guān)注，但目前針對(duì)這方面的研究成果相對(duì)較少[7-9]。故本文依托西安市某地下綜合管廊施工安全管理展開(kāi)BIM技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 工程背景及模型建立

1)工程背景 西安市某市政工程包括地鐵工程、市政道路、地下商業(yè)、地下綜合管廊工程。地下綜合管廊毗鄰綜合體位于綠化帶下方東西兩側(cè)，屬于狹長(zhǎng)型構(gòu)筑物，沿線各類(lèi)出線節(jié)點(diǎn)采用支廊形式向道路外側(cè)出線，并在道路外側(cè)設(shè)置出線井，出線支廊采用頂管或暗挖形式施工。管廊長(zhǎng)4 930m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括天然氣艙、電力艙及綜合艙等，艙內(nèi)收納的管線包括通信、電力、熱力、給排水及天然氣管道等。

2)模型建立 根據(jù)地下綜合管廊設(shè)計(jì)方案開(kāi)展給排水、燃?xì)狻㈦娏?、通信、結(jié)構(gòu)各專(zhuān)業(yè)施工圖設(shè)計(jì)，將各專(zhuān)業(yè)施工圖導(dǎo)入Revit軟件中分別建立各專(zhuān)業(yè)地下綜合管廊BIM模型，再整合各專(zhuān)業(yè)地下綜合管廊BIM模型，并進(jìn)行碰撞檢查。

2 施工風(fēng)險(xiǎn)模擬

以地下綜合管廊施工過(guò)程中發(fā)生頻率較高且危害極大的坍塌、高處墜落、機(jī)械傷害、火災(zāi)事故[10]為研究對(duì)象，利用BIM模型Navisworks中的虛擬施工及漫游功能，重點(diǎn)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)易發(fā)生事故的部位，發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)源后在相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)注，避免事故發(fā)生。

2.1 坍塌

地下綜合管廊在施工過(guò)程中可能發(fā)生的坍塌事故有基坑垮塌、支模系統(tǒng)腳手架失穩(wěn)等，利用BIM虛擬可視化功能及時(shí)間維度，使施工人員更容易理解施工節(jié)點(diǎn)做法，確保工程質(zhì)量。在模擬施工過(guò)程中辨識(shí)危險(xiǎn)源并在相應(yīng)位置添加危險(xiǎn)源注釋和防護(hù)措施提示，以便施工人員提前了解危險(xiǎn)源信息，并在施工時(shí)及時(shí)采取預(yù)防措施，避免事故發(fā)生。

坍塌事故的危險(xiǎn)源有土石方工程邊坡、堆放的材料和設(shè)備、模板支撐系統(tǒng)、腳手架等，可能發(fā)生在邊坡土石體、材料或設(shè)備堆放處，模板、腳手架等部位。

2.2 高處墜落

地下綜合管廊施工過(guò)程中發(fā)生高處墜落的原因主要有工人違章操作、防護(hù)裝置不足、惡劣天氣影響。為預(yù)防該事故的發(fā)生，可運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行安全技術(shù)交底和教育，落實(shí)安全技術(shù)措施。

高處墜落的危險(xiǎn)源有升降裝置、臨邊場(chǎng)所、腳手架、洞口等，可能發(fā)生于臨邊模板支拆、存放與吊裝，腳手架搭設(shè)與拆除，施工機(jī)具作業(yè)、洞口部位。

2.3 機(jī)械傷害

建筑機(jī)械設(shè)備的使用極大提高工作效率，幾乎覆蓋地下綜合管廊的整個(gè)生產(chǎn)流程，在土石方開(kāi)挖、樁基鉆孔、鋼筋加工制作等過(guò)程中，由于人的不安全行為、機(jī)械的不安全狀態(tài)、操作使用的不安全技術(shù)及運(yùn)行環(huán)境的不安全特性等原因，都可能導(dǎo)致機(jī)械傷害事故。利用BIM虛擬施工可直觀看到人與機(jī)械的安全距離，并可在模型中添加注釋?zhuān)构芾砑笆┕と藛T更直接看到潛在危險(xiǎn)源。

機(jī)械傷害的危險(xiǎn)源有機(jī)械本身缺陷、升降設(shè)備維修保養(yǎng)不善、機(jī)械操作失誤、啟動(dòng)中的重機(jī)械，可能發(fā)生于施工機(jī)具作業(yè)，腳手架搭設(shè)與拆除，塔式起重機(jī)的安裝、拆卸與使用等部位。

2.4 火災(zāi)

由于綜合管廊具有電力電纜數(shù)量多、敷設(shè)密集、動(dòng)力電纜在運(yùn)行狀態(tài)下處于發(fā)熱狀態(tài)等特點(diǎn)，是發(fā)生火災(zāi)的第一危險(xiǎn)源。管廊安裝、刷防銹漆及面漆階段易發(fā)生火災(zāi)，通過(guò)BIM虛擬施工提前識(shí)別安裝過(guò)程中的危險(xiǎn)源并進(jìn)行注釋?zhuān)衫诠芾砑笆┕と藛T提前采取措施，從而預(yù)防事故發(fā)生。

火災(zāi)危險(xiǎn)源為電焊和氣焊、電纜接頭、易燃材料，明火、噴漆作業(yè)，施工用電、防火設(shè)施不當(dāng)?shù)?，可能發(fā)生于線纜管道橋架、電纜接頭剖開(kāi)處、施工材料堆積處、電纜涂料處、施工未拔電源處、防火門(mén)未關(guān)閉處等部位。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)防控是在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)綜合管廊施工危險(xiǎn)源的基礎(chǔ)上，使用預(yù)先危險(xiǎn)性分析法(PHA)、層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法等對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[11]。若某風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)結(jié)果安全可靠則可執(zhí)行，否則應(yīng)重新制定防范措施，調(diào)整BIM模型直至分析結(jié)果達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。以上施工安全評(píng)價(jià)流程運(yùn)行高效簡(jiǎn)潔，可大幅度提高施工安全管理效率，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

本文通過(guò)PHA和專(zhuān)家打分法預(yù)先對(duì)上述危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其中PHA的危險(xiǎn)等級(jí)一般按照人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失情況分為4個(gè)等級(jí)，專(zhuān)家根據(jù)事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重程度進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)劃分[12]。地下綜合管廊施工現(xiàn)場(chǎng)典型危險(xiǎn)源的安全隱患主要來(lái)自人、機(jī)、環(huán)境與管理等，在分析事故危險(xiǎn)因素、有害因素并結(jié)合PHA危險(xiǎn)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，邀請(qǐng)10名施工技術(shù)和安全管理方面的專(zhuān)家評(píng)價(jià)危險(xiǎn)源危險(xiǎn)等級(jí)(見(jiàn)表1)，專(zhuān)家評(píng)議結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明坍塌事故危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ，機(jī)械傷害和高處墜落危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ，火災(zāi)事故危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ。

圖1 專(zhuān)家評(píng)議結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表1 危險(xiǎn)性分析評(píng)價(jià)

4 火災(zāi)模擬中BIM技術(shù)的應(yīng)用

目前PyroSim和Pathfinder是應(yīng)用于建筑火災(zāi)消防、報(bào)警系統(tǒng)研究、安全疏散等方面的火災(zāi)和人員疏散模擬軟件，可實(shí)現(xiàn)全尺度模擬試驗(yàn)，兼容性好[12-14]。在建設(shè)范圍較廣、構(gòu)造形狀獨(dú)特的綜合管廊中，其建模過(guò)程復(fù)雜，可結(jié)合BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理模型與分析模型間的信息共享，如選取一定比例建立防火分區(qū)，將該區(qū)的BIM模型通過(guò)FBX格式文件導(dǎo)入PyroSim和Pathfinder軟件，創(chuàng)建網(wǎng)格、通風(fēng)口、火源等，再定義材料與反應(yīng)，得到完整的火災(zāi)數(shù)值模擬模型，設(shè)置求解時(shí)間、后處理監(jiān)視器等參數(shù)后進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

本文選取地下綜合管廊電力艙內(nèi)長(zhǎng)度為180m的防火分區(qū)段進(jìn)行模擬分析，寬和高分別為2.3，3.6m。電纜艙墻壁兩側(cè)分4層布置110kV單芯電力電纜(上下間距0.35m)，中間為1.5m寬、180m長(zhǎng)的人行通道。在防火分區(qū)兩端設(shè)置13m高的豎向逃生梯，模擬施工人數(shù)共20人，火源分別位于防火分區(qū)左端末端、1/4處、中間時(shí)火災(zāi)和人員的疏散情況。

模擬結(jié)果表明目前的逃生出口難以滿足最危險(xiǎn)火災(zāi)狀態(tài)下的人員安全疏散，此時(shí)可借助BIM優(yōu)化管廊火災(zāi)人員疏散方案，對(duì)不滿足安全性評(píng)判要求的場(chǎng)景進(jìn)行施工方案改進(jìn)。在Revit中增加臨時(shí)逃生口或減少施工人員至15人，并導(dǎo)入相應(yīng)軟件中進(jìn)行模擬，通過(guò)不斷調(diào)整直至達(dá)到合理效果。將以上模擬結(jié)果，包括人員疏散時(shí)間和路徑等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地下綜合管廊施工安全BIM平臺(tái)中，提供不同火源位置燃燒時(shí)的照片及動(dòng)畫(huà)，提醒使用者警惕火源，熟悉逃生路徑。

5 結(jié)語(yǔ)

1)基于BIM技術(shù)對(duì)地下綜合管廊施工過(guò)程中的易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，即坍塌、高處墜落、機(jī)械傷害和火災(zāi)事故進(jìn)行虛擬施工模擬，得到各事故的危險(xiǎn)源及可能發(fā)生部位。

2)將BIM技術(shù)與PHA法應(yīng)用于地下綜合管廊易發(fā)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析中，得到火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的結(jié)論。

3)將地下綜合管廊BIM模型導(dǎo)入PyroSim和Pathfinder軟件中，進(jìn)行火災(zāi)情景模擬，為地下綜合管廊人員疏散方案提供簡(jiǎn)單易行、可重復(fù)操作的方法。