施工安全中的BIM 应用:奥本大学项目案例分析

亚历克斯·贝林格 萨尔曼·阿兹哈尔(著)王 娜(译)

(1.奥本大学麦克沃特建筑科技学院，奥本，阿拉巴马州，美国 36849;2.中国建筑科学研究院，北京 100013)

【编者按】

近年来，BIM 技术(如3D 可视化和4D 施工模拟)在施工安全管理和规划逐渐成为热点。本文通过美国阿拉巴马州奥本大学的麦克沃特建筑科学学院种子基金项目“应用4D BIM 实现安全管理和规划的集成”的一个研究案例展示和验证了BIM 技术在此方面的潜力。

1 前言

施工安全规划的一个重要职责就是要发现所有可能发生的风险，防患于未然。建筑信息模型(BIM)使施工利益相关者能够可视化的评估施工现场的条件，发现风险，并能提供足够的时间做出相应的减灾规划。

应用BIM 技术可以将安全问题与施工规划更紧密的联系起来，从而改善劳动安全。BIM 技术可以提供更加直观的施工现场布局，也为管理和可视化最新施工规划图和施工现场信息提供了可行的方法。BIM 的使用还鼓励了项目的其他参与者，如设计者、分包商和安全专家等积极地参与到风险评估和规划中来。

本文介绍了一个正在进行的研究项目:应用BIM 技术对美国阿拉巴马州奥本大学(Auburn University)校内的一个在建项目进行施工安全规划和管理。这个项目是一个康乐中心，应用BIM模型和4D 模拟进行以下安全规划:1)起重机管理;2)坠落防护;3)应急预案。运用4D 施工模拟、3D 漫步和3D 渲染透视图来探测各种潜在风险，并与施工工人进行安全管理规划方面的沟通。

2 项目信息

所有者:美国阿拉巴马州奥本大学基础设施部

项目经理(施工团队):罗宾斯＆ 莫顿(Robins＆ Morton)

建筑师:360 建筑公司

造价:5 000 万美元

规模:24 万平方英尺(译者注:约合22 297m2)

交付系统:CM 公司

开工时间:2011 年10 月

预计基本完工时间:2013 年5 月

图1 本项目的3D 渲染效果图

图2 起重机管理规划中的起重机工作区域和钢桁架安装情况

总部在密苏里州堪萨斯城的360 建筑公司开发了这个项目的基础BIM 模型，主要用于项目团队之间的沟通与可视化。研究小组获得了这个模型并添加了一些漏掉的设计细节和临时的安全特性。图1 是用于市场营销的项目渲染效果图。

以下几个部分介绍了基于这个BIM 基础模型做出的项目安全规划。

3 起重机安全管理规划

起重机安全管理规划的目标是:1)确定起重机回转半径，保证输电线和周围建筑结构的安全距离;2)确定什么团队在什么时间会使用起重机。本项目使用两架格构式臂架履带起重机吊起和放置建筑构件。项目北边使用的是110t Link -Belt HYLAB 起重机，南边使用的是250t Manitowoc Model 999 起重机。图2 展示了起重机管理规划中的钢桁架布置情况。

如图2 所示，彩色部分(黄色、橙色和蓝色)表示起重机回转半径及其影响区域。黄色部分标示了特定一天中任何时刻起重机转臂有可能达到的范围。根据项目总规划，每周会对起重机回转半径内进行的非钢安装作出碰撞检测报告。在项目定期的安全会议上，这些报告可以用来减少起重机与施工工人之间可能产生的风险。另外，4D 施工模拟可以用在施工工作安全规划中。

4 坠落防护规划

坠落防护规划是根据《职业安全与健康法案》(OSHA)第M 章:《坠落防护标准》(Subpart M:Fall protection standards)来进行的。建立了两种坠落防护围栏模型:与混凝土板连接的二层(混凝土结构)安装2x4 木质围栏，三层及更高层(钢结构)安装3/8＇航空用钢索围栏。根据《职业安全与健康法案》要求，高架板上的洞用胶合板覆盖并用警示胶带绑好。

图3 用做坠落防护的围栏系统模型

图4 应急预案的屏幕截图:A)交通流方向;B)救护车达到路线

对坠落防护围栏构件进行建模以后，把围栏放到结构BIM 模型中。在这个过程中，研究者可以通过3D 视图发现2D 规划图中不易被发现的各种坠落风险，包括还没有建好的楼梯井和天窗，坠落防护围栏就被布置在这些地方。建模的围栏按照区域和楼层分隔开来，生成的围栏部分就被输入到Synchro 来进行4D 模拟。4D 施工模拟向承包商提供了完整的细节信息，包括围栏将在什么位置、什么时间被安装或者拆除。图3 展示了BIM 模型中的一组典型的围栏及其安装位置。

5 应急预案

基于BIM 模型的应急预案包含五个部分:施工团队入口/出口，施工设备和运输路线，临时设施和工件尾部地点，应急交通路线，向工人提供恶劣天气预警及工地指导。BIM 模型生成3D 漫步动画和透视图，并可与工人实时沟通应急预案。图4 展示了部分应急预案。

6 结论

本研究的有效性正在通过项目内部和外部双重验证。项目组最近完成了验证过程的第一阶段，向一个BIM 专家核心组展示了BIM 模型及其集成的安全因素和4D 施工模拟。咨询成员描述了以下三个主要的明显优势:1)加强了施工团队之间对安全规划的沟通;2)改善了《职业安全与健康法案》和所有者之间对安全规划的沟通;3)在施工前就充分考虑了施工安全管理中的物流细节。

在接下来的几个月，项目组将在定期的安全会议上展示BIM 模型和模拟并充分地评估他们的有效性。

作者希望感谢本项目工程师罗宾斯＆ 莫顿集团的保罗·霍恩(Paul Horne)提供了基础BIM模型和安全规划。同时也感谢M.J.哈里斯建筑公司(M.J.Harris Construction)(阿拉巴马州伯明翰市)的保罗·赫芝帕斯(Paul Hedgepath)在整个项目周期不断地提供反馈信息。本研究由建筑学院，设计和施工种子基金(College of Architecture，Design and Construction Seed Grant)以及建筑科学施工业基金(Building Science Construction Industry Fund)资助。