龚文 徐剑秋 孟庆鑫
中国建筑第八工程局有限公司南方公司 广东 深圳 518000
摘要：近年来在建筑工程领域，建筑施工体系坍塌已经成为极为常见的安全事故，在给建筑施工单位带来巨大损失的同时也对社会公共安全产生了极为恶劣的影响，并引发了社会的广泛关注。基于此就必须对建筑施工支撑体系的安全问题进行重视。本研究就是在此基础上通过分析现有支撑体系安全分析方法中的不足，提出将4D施工安全信息模型引入建筑施工安全体系之中，实现对支撑体系的实施动态监控，将现场工况转变为实时模型，以简化安全分析过程，并能提升安全管理效率。
关键词：4D施工安全信息模型；支撑体系；安全分析；安全管理
引言 在建筑工程项目的建设过程中不可避免都需要架设临时的支撑体系，以确保建筑物结构及构件安装的准确性，确保建筑结构的安全。通常情况下，支撑体系主要由两部分构成，其一是外部模板，主要为保证混凝土结构以及构件的外部形状及尺寸；其二则是相应的支撑及连接件。在施工过程中，支撑体系也是工程承重体系的重要组成内容，在施工过程中需要承担诸多荷载，而在这些外部荷载的作用下，稍有不慎支撑体系就会发生坍塌并导致安全事故的发生。在过去对支撑体系进行安全分析时往往主要采用人为力学验算的方式，不仅计算量较大，计算及分析方法也存在一些局限性，导致即使最终建模也不能充分反映出支撑体系这一结构的力学特性，因此应用效果并不明显。而近年来随着BIM技术在建筑工程领域中应用程度的日益加深，结合4D技术的引入，在施工过程中通过安全信息模型的建立来实现支撑体系的动态展现，并建立与施工实际情况相契合的安全分析模型，就能实现对支撑体系的动态监控，及时获取安全隐患信息并进行排除。
1.4D施工安全信息模型的引入
1.1传统支撑体系计算方法的局限性
过去在对支撑体系进行计算时主要采用排架模型以及框架模型两种，通过计算对施工环节的支撑体系进行分析，对施工过程中的安全也起到了部分保证作用。但在实际应用过程中，这些方法存在着一些局限性，致使其并不能对施工过程进行动态分析，也就不能获取到实时的准确信息，而这就必然在一定程度上影响到了支撑体系的应用。其局限性总体来说主要表现在如下几方面：首先是对支撑体系建模难度较大，这主要是由于支撑体系的杆件及模板的数量本身就用量极大，且在定位上难度较大，这就必然会增加支撑杆件及模板的建模工作量，进而也会增加对支撑体系建模的难度；其次是难以建立精确的计算模型，对于建筑工程而言，其支撑体系本身就依照其主体结构进行设计的，但是在工程项目的实际开展过程中，往往都是在施工设计方案中才体现出对支撑体系的设计，并且与建筑结构的设计互相独立，此外，在工程建设过程中还经常会出现设计变更以及施工工艺改变的情况，此时若未能对支撑体系也进行更改则不可避免就会出现支撑体系杆件与主体结构发生冲突的情况，并最终影响到安全分析的准确度。最后则是传统的计算方法不能对计算模型进行实时更改，如若建筑项目发生设计变更，支撑体系的相关模型也应当进行相应更改，但在实际操作上，此类更改往往需要涉及到大量的人工及成本投入，真正实施起来困难重重。
1.2引入4D技术与BIM对传统计算方法的改进
4D技术其实就是指在4D模型基础上的信息化技术，较之于3D模型，4D模型的区别在于另附加了时间因素，但在展示过程中仍以3D图形的放心表现，以实现对整个形象进度过程的动态管理及控制。当前在建筑工程领域，4D技术已经广泛应用到了施工模拟、施工管理等方面。在施工过程中，由于支撑体系的结构形式以及其所承担的荷载均会随着时间的推移而发生相应的变化，而4D模型本身就附加了时间因素，因此将4D施工安全信息模型引入支撑体系安全分析之中，可以对支撑体系的全过程都能进行动态分析及数据支持。
具体来说，其应用特点主要表现在如下几方面：首先是结合4D施工安全信息模型中已有的建筑结构的3D模型，通过添加支撑体系的相关设计参数，即可实现对支撑体系模型的建立，并与建筑物主体结构进行碰撞检查，从而对施工过程中的冲突位置进行自动识别，并最终实现对支撑体系的快速建模；其次4D施工安全信息模型的建立可以对施工全程的施工工艺以及支撑体系的变化情况都进行动态模拟，从而实时反映出支撑体系的变化情况，实现对支撑体系受力以及稳定性的动态分析；再则，一旦施工过程中发生设计变更，在模型库中通过相关数据的导入就能实现支撑体系模型的自动调整，且还能与施工工况保持一致，极大的减少了重新建模的工作量及计算量；最后，通过4D施工安全信息模型中的数据信息，可以针对各种施工操作对支撑体系进行力学分析及安全性验证，并建立对应的安全评价体系，确保施工过程中支撑体系的安全。
2.基于4D施工安全信息模型的支撑体系3D建模
支撑体系的3D建模主要包括支撑杆件的3D建模及模板的3D建模等。而由于支撑体系的模板有时为不规则的多边形，因此在建模时也分为两种形式，一种为依据实际楼板的外型建模，另一种则是依据支撑点进行简化建模。而由于在建模过程中通常都会对主体结构构件的空间信息有所忽略，因此可能会导致实际施工过程中产生冲突。基于此，在支撑体系3D建模完成后还应当与主体结构的构件进行碰撞检查，及时剔除可产生冲突的支撑。
3.基于4D施工安全信息模型的支撑体系安全分析
3.1基于工序的支撑体系及荷载效应
在建筑物的施工谷草中，支撑体系的杆件及模板的抗力并不会随着时间的推移而发生变化，但是支撑体系的结构形式以及其所要承担的荷载却与施工工序息息相关。因此在对支撑条进行安全分析时，必须要考虑到施工工序及荷载效应，以确保最终计算结果的准确性。
3.2支撑体系失稳分析
对于支撑体系而言，当其所承担的荷载超出其可承受的极限值后，由于内部抗力的突然崩溃就会导致失稳情况的发生，而这也是导致支撑体系坍塌的主要原因之一，因此在对其进行安全分析时也需要对其稳定性进行分析。通常主要采用特征值屈曲分析以及非线性屈曲分析两种。
4.基于4D施工安全信息模型的支撑体系安全分析步骤和流程
在进行安全分析时，主要依据如下步骤进行开展，建立4D模型→支撑体系的施工过程模拟→安全分析。其中在4D施工安全信息模型建立过程中，首先应当创建支撑体系3D模型，之后与建筑主体结构构件进行碰撞检查以排出冲突支撑；其次则需要将支撑体系馍丁与工序节点进行关联，赋予支撑及材料属性。而支撑体系施工过程的模拟，则只需在系统中表示出存在即可。最后是安全分析，首先可在支撑体系施工模拟中针对任意支撑体系的施工时间点进行计算分析，并结合施工进度以及支撑体系的实际情况进行建模，综合考虑支撑构件的工程属性，最终结合有限元分析计算出相应数据，并上传至数据库中，之后通过数据接口对对应时间节点内的支撑体系的安全性能进行分析。
结束语
综上可知，通过4D技术及BIM技术结合应用，建立起施工安全信息模型，对传统的计算方法起到了较好的改善作用，且还能为支撑体系精算模型的建立提供数据支持。而结合4D模型的施工模拟，可对支撑体系进行动态建模，减少了以往建模时所需的计算量及工作量，极大地提升安全分析精度。
参考文献
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