基于BIM技术的脚手架安全预防系统设计研究

基于BIM技术的脚手架安全预防系统设计研究

杨大辰曹建喜

河南海华工程建设管理股份有限公司河南

摘要：随着社会的发展，城市化进程不断加快，对建筑业的影像越来越大。随着建筑业对信息化要求的不断提高，国内相关单位已经开始着手研究和应用BIM技术。建立基于BIM技术的脚手架安防系统的构建框架，对构架的各个模块做了详细的介绍，给出了安全防范系统的运行流程。通过基于BIM技术的安全防护系统的加入，可以有效地对项目施工过程中脚手架安全事故做出预判和防护措施，提升BIM脚手架信息安全模型的安全管理力度和效率，保证施工人员和设备的安全。探讨了基于BIM技术建立脚手架的实时化和规范化的安全信息模型，对模型的应用情况展开分析探讨，指出应用BIM技术的脚手架安全管理技术，可以保障脚手架安全管理系统的高效运行，具有较好的社会和经济及安全效益。

关键词：BIM；悬挑脚手架；安全管理；信息化

引言

近年来，一些大型项目尤其是高层及超高层项目如上海中心、中国尊以及天津117大厦等，已开始全面应用BIM技术，并取得了很好效果。例如，中国尊项目，在工期紧、工程形式复杂、场地空间有限的条件下，通过利用BIM技术，可以精确、真实地进行设计优化、施工方案优化、虚拟施工等，不仅保证了工程质量，同时节约了成本并缩短了工期。如今，正值高层与超高层建筑蓬勃发展之际，建筑施工所必需的脚手架施工技术也面临着技术与安全等多方面挑战，而附着升降脚手架由于有明显的优越性：用料少，只需安拆1次，爬升快捷方便，经济效益显著，因此是一种很有推广价值的高层建筑外脚手架。同时，建筑结构日趋复杂，附着升降脚手架在安装、升降、使用和拆除4个阶段中遇到的问题也越来越多。虽然BIM技术在高层或超高层建筑中的使用带来很好效果，但目前却没有将其应用于附着升降脚手架施工。本文利用BIM技术的可视化、模拟性等特点，结合工程实例探讨BIM技术在附着升降脚手架施工中的应用方法与价值。

1脚手架安防系统的框架构建

由于具有了BIM模型，可以在三维实体模型的基础上赋予材料信息，通过与有限元软件的无缝结合，将所需设计的施工措施与主体结合进行受力分析、三维施工措施的自动排列和生成，并设计形成最优作业次序，同时与其他结构和措施进行协同性检查，避免过程的碰撞和干涉，最终生成满足要求的专项技术措施和方案。如以模板排架为例，通过计算梁板结构自重，并由系统自动附加其他施工荷载，自动进行计算，并按照计算结果对排架及模板进行自动排列。然后同步计算其承载能力和变形能力，并通过模型协同检查，确定最优作业顺序，实现模板排架的专项方案设计，同时，直接形成了可供加工使用的作业图纸，效率得到极大提高，可靠性、准确性也会极大提高。

2BIM技术的脚手架安防系统设计

2.1脚手架安防系统的框架构建

以工程项目为基础建立BIM主体结构模型，通过脚手架安全信息的导入形成BIM脚手架安全信息模型为第一步；以脚手架现场配置的底层设备作为实时采集信息的工具，再对比分析采集的数据信息与模型反馈的结果，及时将结果输送至用户操作层，从而实现对脚手架分部分项工程全过程实时的安全管理及预防。具体的脚手架安防系统构建层面内容如下图1所示。

图1脚手架安防系统整体框架

数据采集层。通过移动设备等工具实时采集脚手架搭设、使用、维护阶段的安全状态以及相关人员施工和检查过程的动静态属性信息，以实现脚手架属性实时追踪定位到BIM模型。BIM模型层。包括施工动态实时模型和综合信息实体模型，BIM模型的建立是整个脚手架安防系统的核心任务。数据处理层。采用IFC标准或开放API等技术，将脚手架实时信息库、BIM模型、脚手架安全信息数据库之间的数据进行整合和交互。应用分析层。将数据处理得出的结果实时的反馈到脚手架分部分项过程现场中，以实现现场人员能对现场出现的危险源及隐患信息进行实时处理，以此达到脚手架安防的目的。用户操作层。主要使用对象包括分管脚手架专职安全员、施工人员和监测人员等。

2.2BIM综合信息模块

传统的BIM－3D模型是建筑构件的实体模型，在此基础上增加进度和造价二个维度的BIM－5D模型是BIM技术的二次开发产物。BIM信息模型是集成进度、预算、资源、施工组织等关键信息，对施工过程进行模拟，及时为施工过程中的技术、生产、商务等环节提供准确的形象进度、物资消耗、过程计量、成本核算等核心数据，提升沟通和决策效率，帮助客户对施工过程进行数字化管理，从而达到节约时间和成本，提升项目管理效率的目的。具体如下图2所示。

图4软件成果输出操作界面、施工方案生成操作界面

3IM技术在模板脚手架管理中发挥的优势

3.1经济效益分析

脚手架作为施工阶段的临时性设施，其经济性是建筑施工企业不容避免的基本问题。相比较其他技术软件，BIM相关软件的成本较高，加之对技术人才的培训成本会使得小规模企业犹豫不定，但是通过大量的脚手架事故造成损失的案例不难看出，BIM技术应用于脚手架的安全管理所需的成本是可以忽略不计的，故在经济上是适用的。

3.2可视化施工交底

传统的施工管理中，基于CAD图纸的表达方式是二维形式，建筑信息在向工程施工人员传递的过程中容易出现施工交底不清或施工人员对交底内容不理解等问题。出现这种情况一方面是因为施工人员素质较低，不具备专业的设计素养，很难看懂专业图纸，其次是某些复杂的施工技术在二维图纸上也难表达清楚。本项目通过引入BIM技术，将复杂节点通过图片以及视频的形式展现在施工人员眼前，提高了现场作业人员对工程任务的理解，增强了施工能力、沟通协调能力及对工程建设整体的把握能力，有效提高了附着升降脚手架工程安装效率及安全性。

3.3安全效益

项目实践中证明围绕该安全模型的安全管理方法深化了安全管理人员对建造过程的认识，保证了脚手架安全的责任落实。采用BIM技术的脚手架安全管理模型的应用提高了整个系统的安全管理水平，有效的确保了施工生产的人员和财产的安全。

结语

与传统的管理模式相比其优点不可否认，BIM技术在国内的发展还需要一定的时间，它与现行的项目管理体制和各利益主体存在一定的冲突，而且国内会使用BIM技术的技术人员的储备量还很欠缺，导致BIM技术的推广存在一定的难度。但是BIM技术解放了劳动力，让建筑工程更加的规范，因此BIM技术早晚会走入项目工程管理中，因此我们还是要保持对新鲜事物的学习热情，迎接这场革命的到来。

参考文献

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[2]曾绍武，王学峰，张学钢，等.基于BIM的杭黄高铁建德东站现浇梁支架方案研究[J].铁道标准设计，2017（1）：45-50.

[3]崔晓强，季方，李自可．基于BIM的悬挑脚手架专家系统开发［J］．建筑施工，2017，39（5）：673－675