木結(jié)構(gòu)建筑施工安全因素識(shí)別與安全行為模擬
【摘要】 近些年來,木結(jié)構(gòu)建筑憑借居住舒適和綠色環(huán)保等優(yōu)勢而方興未艾,木結(jié)構(gòu)建筑日益呈現(xiàn)出規(guī)模越來越大、施工難度越來越復(fù)雜的發(fā)展趨勢。木結(jié)構(gòu)建筑從最初的三層別墅發(fā)展到十層的公寓,甚至歐美一些發(fā)達(dá)國家正計(jì)劃建設(shè)三十層以上的木結(jié)構(gòu)建筑。規(guī)模的擴(kuò)大和施工難度日益復(fù)雜,導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)建筑的施工安全問題日益突出。施工安全的研究瓶頸在于人的行為的不確定性,通過虛擬仿真技術(shù)模擬和呈現(xiàn)危險(xiǎn)因素和危險(xiǎn)情境可以提高施工的安全認(rèn)識(shí),有利于更好的安全控制和管理。本文首先通過事故樹分析法進(jìn)行危險(xiǎn)因素的辨識(shí)；通過事故樹的邏輯求解導(dǎo)致安全事故的最低限度的危險(xiǎn)因素集合(最小割集),再利用LEC評(píng)價(jià)法對(duì)其進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)價(jià),然后利用3Ds Max建立了建筑仿真模型,危險(xiǎn)度較高的安全事故過程通過仿真動(dòng)畫的形式表現(xiàn)。做好危險(xiǎn)因素的辨識(shí)的工作后,并根據(jù)分析結(jié)果制定安全措施。最后以C#語言為開發(fā)語言并結(jié)合Microsoft. net Framework4.0以’SD China"中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽廈門大學(xué)作品’Sunny Inside"的安全管理為對(duì)象,自主開發(fā)了施工安全模擬系統(tǒng)’SD Safty Project"。通過本論文的研究,為木結(jié)構(gòu)的施工安全管理辨識(shí)出最為危險(xiǎn)的12個(gè)危險(xiǎn)因素集,并為施工安全管理和安全教育提供了一個(gè)初步的模擬仿真系統(tǒng)和研究思路。
第一章緒論
1.1課題研究的背景和意義
1.1.1課題研究的背景
二十世紀(jì)以來，由于人類對(duì)資源和能源的不恰當(dāng)使用，導(dǎo)致了土地沙化、溫室效應(yīng)、淡水資源枯竭以及能源短缺等一系列危機(jī)，已經(jīng)開始威脅到人類的生存空間，在全世界范圍內(nèi)引起了高度重視。如何應(yīng)對(duì)這些生存危機(jī)，完成節(jié)能減排的目標(biāo)，已經(jīng)成為了一個(gè)全球性的問題。從全球范圍來看，建筑消耗的能源普遍占到總量的25%至40%。歐美發(fā)達(dá)國家在建筑節(jié)能減排上做了大量的研究和實(shí)踐，并取得了良好的效果[1]。近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國已成為世界最大能源消耗國之一，其中建筑能耗約占我國能耗總量的30%。除了基數(shù)大以外，我國的能耗使用還存在著利用率低和浪費(fèi)的情況。目前，我國超過80%的現(xiàn)有建筑為非節(jié)能建筑，并且節(jié)能水平相較于歐美發(fā)達(dá)國家還存在著較大的差距[2]。
木結(jié)構(gòu)建筑在人類的建筑史上扮演了十分重要的角色。木結(jié)構(gòu)建筑作為一種天然高分子有機(jī)材料，具有節(jié)能[3][4]、環(huán)保舒適[5]、抗震性能好[0以及施工周期短[7]等優(yōu)點(diǎn)。由于木結(jié)構(gòu)的以上優(yōu)點(diǎn)，使得它在歐美等國家的住宅建筑中非常受歡迎。目前，節(jié)能與減排已逐漸成為建筑界的一個(gè)共同發(fā)展目標(biāo)，使用木結(jié)構(gòu)作為建筑節(jié)能的一個(gè)載體，是未來建筑行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
1.1.2研究意義
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的建筑行業(yè)已經(jīng)成為世界上最大建筑市場的之一，但同時(shí)其安全事故的問題也愈來愈突出。近些年來，在大力提倡發(fā)展綠色節(jié)能建筑的背景下，木結(jié)構(gòu)建筑得到了快速的發(fā)展和推廣。而木結(jié)構(gòu)的施工安全管理也成為一個(gè)新的課題一以往的木結(jié)構(gòu)建筑一般都為多層的建筑，而現(xiàn)在已經(jīng)建造出高層的木結(jié)構(gòu)建筑。例如歐美國家已經(jīng)建造出許多十層以上的木結(jié)構(gòu)建筑。我國近年來也不斷的推出木結(jié)構(gòu)的高檔社區(qū)。但是由于材料的特殊性和前期研究成果頗為缺乏，木結(jié)構(gòu)建筑的施工安全管理研究尚且還不完善，如何有效的提高木結(jié)構(gòu)的施工安全管理，是建筑行業(yè)亟須解決的一個(gè)問題。所以，木結(jié)構(gòu)的施工安全管理具有特殊和及時(shí)的研究意義。
虛擬仿真是通過建立研究對(duì)象的模型，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行研究、分析和實(shí)驗(yàn)的方法。虛擬仿真是的一種建立在模型基礎(chǔ)上的的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具有安全和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，在施工組織、施工過程中的受力以及施工安全等方面，均有良好的應(yīng)用前景。通過虛擬仿真技術(shù)能事先模擬木結(jié)構(gòu)的施工過程，并作為輔助工具辨識(shí)施工過程中的空間的危險(xiǎn)因素，然后采取有效的預(yù)防和強(qiáng)化措施，提高施工現(xiàn)場安全管理的效果。由于建筑業(yè)的從業(yè)人員存在教育程度不高、思想麻搏大意以及思想上不重視的特點(diǎn)。通過虛擬仿真技術(shù)，可以對(duì)施工過程中可能導(dǎo)致重大傷亡的安全事故制作仿真動(dòng)畫，加強(qiáng)了安全管理的普及性和可視化，從而促進(jìn)安全教育的整體效果。
..............................
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1木結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展
木結(jié)構(gòu)建筑在歐美等國的應(yīng)用十分廣泛。目前，歐美等國家正在積極推動(dòng)木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。在美國，90%以上的住宅都是木結(jié)構(gòu)建筑[8]。在歐洲，木結(jié)構(gòu)房屋也十分普及。2009年，德國拜耳集團(tuán)在北萊茵河-威斯特法倫州建成了一座木結(jié)構(gòu)的幼兒園，并且在屋頂鋪設(shè)光伏板，以實(shí)現(xiàn)建筑的零能耗與綠色環(huán)保。在芬蘭，建造木結(jié)構(gòu)房屋的歷史悠久，其開展的"現(xiàn)代化的木頭城市”計(jì)劃已經(jīng)在許多城市取得了良好的成效[9]。
上個(gè)世紀(jì)，隨著人口的急劇增長，底層建筑逐漸無法滿足城市發(fā)展的要求。而鋼筋混凝土建造的高層建筑，解決了這個(gè)令人困擾的問題。然而隨著科技的發(fā)展，木結(jié)構(gòu)原有的在層高上的瓶頸正在一步步被打破，建筑師和工程師們通過木結(jié)構(gòu)建筑同樣可以建設(shè)出高層的木結(jié)構(gòu)建筑：在英國，有業(yè)內(nèi)非常著名的布里德波特公寓大樓（8層）和默里格羅夫住宅大樓（9層），并正在擬建一個(gè)新項(xiàng)目Banyan Wharf 總建筑面積為6750平方米，高10層的木結(jié)構(gòu)建筑。在加拿大，木結(jié)構(gòu)房屋的生產(chǎn)和安裝技術(shù)非常先進(jìn)，已經(jīng)利用交錯(cuò)層積木材已經(jīng)建出了許多高層的木結(jié)構(gòu)建筑。在澳大利亞，利時(shí)集團(tuán)建成了高32米、共10層的木結(jié)構(gòu)高層住宅樓Fort6。關(guān)于木結(jié)構(gòu)建筑層高的進(jìn)一步突破還在規(guī)劃中，例如：瑞典正在擬建一棟34層的木結(jié)構(gòu)建筑；加拿大建筑師MichaelGreen計(jì)劃修建一棟30層的木結(jié)構(gòu)建筑；美國的Skidmore Owings & MerrillLLP(SOM)建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所近日公布了一份可行性研究，內(nèi)容是一棟42層的木質(zhì)高樓。
在我國，早在三千五百多年前就開始了建造木結(jié)構(gòu)建筑[1]并留下了許多不朽之作。比如山西應(yīng)縣木塔[11]、紫禁城等，是我國也是世界木結(jié)構(gòu)建筑中的瑰寶。北宋李誡主編的《營造法式》是建筑史上一部十分珍貴木結(jié)構(gòu)建筑資料與法規(guī)，甚至傳播到了日本和西方國家[12]。因此可以毫不夸張的說，木結(jié)構(gòu)建筑是中華民族燦爛文化的組成部分。但是由于各種原因，近二十年我國基本停滯了對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民環(huán)保與節(jié)能意識(shí)的提高，木結(jié)構(gòu)建筑憑借美觀大方、綠色環(huán)保、居住舒適等優(yōu)勢己經(jīng)呈現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢。從1997年蘇州的波特蘭小街一直到2009年北京的波特蘭花園，國內(nèi)市場對(duì)木質(zhì)別蜜的開發(fā)呈現(xiàn)出不斷升溫的態(tài)勢[13]。在政府及社會(huì)各界大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略背景下，推廣綠色節(jié)能建筑的理念逐漸得到了廣泛的共識(shí)。2011年在上海舉辦的中國木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)論壇暨展覽會(huì)，就以“低碳、生態(tài)、環(huán)保"為主題，也是一次倡導(dǎo)和推廣綠色節(jié)能的木結(jié)構(gòu)建筑的盛會(huì)[14]。而由于木結(jié)構(gòu)建筑環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，因而推廣綠色節(jié)能建筑直接催生了我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展浪潮。
因此，節(jié)能與減排的政策直接推動(dòng)了綠色節(jié)能型木結(jié)構(gòu)建筑在我國的發(fā)展浪潮，并打開了廣闊的市場[15]。2012年10月20日，江蘇常州武進(jìn)被授予國內(nèi)第一個(gè)"綠色建筑產(chǎn)業(yè)集聚示范區(qū)"稱號(hào)，而武進(jìn)示范區(qū)的代表正是其中的“低碳小鎮(zhèn)’’，整個(gè)"低碳小鎮(zhèn)”就是由各種具有世界領(lǐng)先技術(shù)的木結(jié)構(gòu)零能耗建筑構(gòu)成。另外，在旅游休閑產(chǎn)業(yè)中木結(jié)構(gòu)業(yè)具有廣闊的市場。例如：南京聚寶山公園的風(fēng)情木屋和北京平谷區(qū)金海湖畔的度假村，這些古樸典雅的小木屋都成為人們休閑的好去處，可見人們對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑和自然原生態(tài)的渴望與需求。目前，萬科、綠地等集團(tuán)也有木結(jié)構(gòu)零能耗的建筑在建或是研究。簡而言之，木結(jié)構(gòu)零能耗建筑已經(jīng)成為建筑節(jié)能領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。
1.2.2施工安全現(xiàn)狀及木結(jié)構(gòu)建筑的施工安全
在世界各國，建筑業(yè)都是高危險(xiǎn)的行業(yè)，施工安全事故不但阻礙其經(jīng)營目標(biāo)，更嚴(yán)重的是造成人身傷亡和巨大的社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失。美國1996年的一項(xiàng)研究表明，其安全事故造成的經(jīng)濟(jì)損失已占到其總成本的7.9%-15%。而根據(jù)美國的統(tǒng)計(jì)資料，在1992-2002年間，死于施工安全事故的人數(shù)平均為1122.1人。在以安全管理而著稱的英國，由于安全事故造成的經(jīng)濟(jì)損失已占到其項(xiàng)目總成本的的3%-6%。根據(jù)相關(guān)資料，建筑業(yè)導(dǎo)致的死亡事故大約占其總數(shù)的三分之一[16]。
第二章建筑工程施工過程的危險(xiǎn)因素辨識(shí)
2.1建筑工程安全事故致因理論
事故致因理論是關(guān)于各種安全事故以及導(dǎo)致其發(fā)展的因素之間的聯(lián)系和變化的理論。最初由于人們的認(rèn)識(shí)水平有限，而安全事故的發(fā)生形式又多種多樣，因此人們把安全事故歸結(jié)為某些偶然甚至無法解釋的現(xiàn)象。然而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)事物發(fā)生規(guī)律的認(rèn)識(shí)水平也大幅度提高。人們逐漸認(rèn)識(shí)到安全事故的發(fā)生在偶然性之外，還存在著各種各樣的必然因素，有其自身的發(fā)展的規(guī)律和特點(diǎn)。任何安全事故的發(fā)生都經(jīng)歷了從漸變變化的過程，即從觸發(fā)危險(xiǎn)因素到最終導(dǎo)致安全事故的過程。只有掌握了事故致因理論，才能更好的對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)，從而采取相應(yīng)的安全措施，保證系統(tǒng)的安全狀態(tài)。國內(nèi)外的安全專家在研究調(diào)查的基礎(chǔ)上提出了許多事故致因的理論，其中比較有代表性的有事故頻發(fā)傾向理論、海因里希因果連鎖理論、綜合因素論和"4M"不安全因素等[44-45]。
2.1.1事故頻發(fā)傾向理論
事故頻發(fā)傾向理論是指影響系統(tǒng)安全性高低的主要原因是由于工人中存在事故頻發(fā)傾向者的一種理論。1919年，格林伍德和伍慈通過對(duì)大量的安全事故發(fā)生的資料進(jìn)行了三種統(tǒng)計(jì)分布的實(shí)驗(yàn)，最終得出了相關(guān)結(jié)論。
①泊松分布：當(dāng)工人發(fā)生安全事故的概率大體相等時(shí)，即系統(tǒng)中沒有事故頻發(fā)傾向者，發(fā)生安全事故的規(guī)律服從泊松分布。即導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主要原因是外界條件和偶然因素。
②偏倚分布：如果工人中存在個(gè)別的事故頻發(fā)傾向者時(shí)，即存在生理或心理方面的障礙的工人，該個(gè)體在作業(yè)過程中發(fā)生安全事故的概率大大高于其他人員，容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。
③非均等分布：當(dāng)系統(tǒng)中每個(gè)人的事故頻發(fā)傾向都不相同時(shí)，系統(tǒng)服從非均等分布。這種情況下，人的因素是導(dǎo)致安全事故的主要原因。
通過檢驗(yàn)事故頻發(fā)傾向的穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)，格林伍德和伍慈證明作業(yè)過程中存在著事故頻發(fā)傾向者。而明確提出了事故頻發(fā)傾向概念的法默和查姆勃，認(rèn)為事故發(fā)生的主要原因是系統(tǒng)中存在事故頻發(fā)傾向者。
事故頻發(fā)傾向理論通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，證明了個(gè)體的精神狀態(tài)等因素對(duì)于安全事故發(fā)生概率的影響，但是單純把安全事故發(fā)生的因素歸結(jié)于個(gè)體是不全面的。
2.1.2海因里希因果連鎖理論
事故因果連鎖理論最早由美國安全工程師海因里希提出，該理論論述了安全事故與各種因素之間的關(guān)系。該理論的依據(jù)是：安全事故并不是孤立的一個(gè)后果，而是由于各種因素觸發(fā)連鎖事件而導(dǎo)致的。最初的事故因果連鎖理論中主要包括以下幾個(gè)因素：人的素質(zhì)、人為過失、人的不安全行為和物質(zhì)的不安全狀態(tài)、事故、傷亡與損失。
...............................
2.2建筑工程事故危險(xiǎn)因素辨識(shí)方法研究與比較
2.2.1建筑工程事故危險(xiǎn)因素辨識(shí)應(yīng)遵循的原則
危險(xiǎn)因素是指系統(tǒng)中導(dǎo)致物的損失或者人的傷亡的因素，而危險(xiǎn)因素辨識(shí)是指對(duì)系統(tǒng)中的這些危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別的過程。危險(xiǎn)因素辨識(shí)是安全管理的首要工作，只有全面地、系統(tǒng)地對(duì)施工活動(dòng)中存在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，才能通過定性或定量的評(píng)價(jià)方法對(duì)這些危險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定控制措施。危險(xiǎn)因素辨識(shí)的根本目的就是在危險(xiǎn)因素演變成安全事故之前，消除或控制這些因素所造成的不安全狀態(tài)。施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，而且隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)因素也相應(yīng)地增加，這些都給科學(xué)地識(shí)別系統(tǒng)中各種危險(xiǎn)因素帶來了困難。因此，對(duì)所分析工程項(xiàng)目的熟悉程度、豐富的施工安全經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)的技術(shù)手段以及選擇科學(xué)的方法是準(zhǔn)確而有效進(jìn)行危險(xiǎn)因素辨識(shí)的基礎(chǔ)。
針對(duì)上述建筑施工現(xiàn)場安全管理的特點(diǎn)，在進(jìn)行建筑工程施工危險(xiǎn)因素辨識(shí)的工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個(gè)原則[46]：
①共性原則。不同工程項(xiàng)目大小不同，復(fù)雜程度不同，導(dǎo)致危險(xiǎn)因素辨識(shí)工作不能以一概全。但是基本的施工流程、施工工藝、施工組織可以進(jìn)行大體的歸類。施工單位可以根據(jù)這些共性的內(nèi)容，依據(jù)相關(guān)的工程技術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行危險(xiǎn)因素的辨識(shí)，并且列出基本的危害因素清單。
②具體性原則。對(duì)于實(shí)際工程項(xiàng)目，除了分析該類項(xiàng)目的共性之外，還必須分析個(gè)體的具體特征，對(duì)具體的危險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)。
③特殊性原則。要實(shí)事求是地考慮不同工程項(xiàng)目各自的特殊性，作業(yè)人員的交叉作業(yè)情況，季節(jié)及地區(qū)影響，臨時(shí)設(shè)施的分布情況以及場地環(huán)境的特點(diǎn)。
對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行科學(xué)的辨識(shí)是安全管理的首要工作，其目的是為了找出各項(xiàng)工作活動(dòng)有關(guān)的所有危險(xiǎn)因素，并分析這些危險(xiǎn)將如何引發(fā)安全事故的發(fā)生。如：在沒有使用安全帶的情況下進(jìn)行高空作業(yè)，可能會(huì)導(dǎo)致高空墜落；吊裝物體時(shí)人員進(jìn)入吊件下方，可能會(huì)觸發(fā)物體打擊；臨近高壓線路的作業(yè)的起重設(shè)備可能會(huì)引發(fā)觸電事故等等。對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行了科學(xué)全面的辨識(shí)后，就要對(duì)其可能導(dǎo)致的事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),進(jìn)而采取控制措施。
2.2.2常用的建筑工程事故危險(xiǎn)因素辨識(shí)方法建筑工程危險(xiǎn)因素辨識(shí)就是從建筑工程施工系統(tǒng)出發(fā)，分析系統(tǒng)中可導(dǎo)致安全事故發(fā)生的所有因素，根據(jù)“4M”因素論的理論，主要包括人的因素、物的因素、環(huán)境的因素和管理的因素。常用的建筑工程施工危險(xiǎn)因素辨識(shí)方法有以下幾種[47-51]。
1.魚骨圖分析法
魚骨圖又成為因果圖，由于圖形看上去類似于魚的骨頭，因此而得名。魚骨圖中原因（危險(xiǎn)因素）標(biāo)在"魚骨"上，安全事故的結(jié)果標(biāo)注在“魚頭”上。魚骨圖中，在魚骨上伸出多根“魚刺”，“魚刺”上通過箭頭的位置和方向描述出各種因素之間的主次關(guān)系，可以說明各個(gè)因素的主次關(guān)系，具有簡捷實(shí)用、深入直觀的特點(diǎn)。
.................................
第三章建筑工程施工安全評(píng)價(jià)............................................37
3.1安全評(píng)價(jià)分析概述............................................37
3.2危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究與比較............................................37
3.2.1定性安全評(píng)價(jià)............................................38
3.2.2半定量安全評(píng)價(jià)............................................40
3.2.3定量安全評(píng)價(jià)............................................43
3.2.4系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)中常用分析方法的比較與選擇............................................45
3.3木結(jié)構(gòu)建筑施工系統(tǒng)危險(xiǎn)因素的定性分析與定量評(píng)價(jià)............................................47
3.3.1事故樹的定性分析............................................47
3.3.2最小割集的定義及求解............................................47
3.3.3危險(xiǎn)因素集（最小割集）的定量評(píng)價(jià)............................................51
第四章施工安全虛擬仿真............................................55
4.1虛擬仿真技術(shù) ............................................ 55
4.1.1虛擬仿真技術(shù)概述............................................55
4.1.2仿真工具的比較研究............................................55
4.2基于虛擬仿真技術(shù)的施工安全模擬研究............................................57
4.2.1 3Ds Max關(guān)鍵功能技術(shù)介紹............................................57
4.2.2施工安全仿真的整體設(shè)計(jì)思路............................................62
4.3木結(jié)構(gòu)施工安全仿真的實(shí)現(xiàn)............................................63
4.3.1主要技術(shù)路線概述............................................63
4.3.2木結(jié)構(gòu)三維模型的仿真建模............................................64
4.3.3仿真環(huán)境中的危險(xiǎn)因素辨識(shí)及安全事故后果預(yù)測............................................65
4.3.4木結(jié)構(gòu)施工安全仿真動(dòng)畫制作............................................70
第五章施工安全模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用實(shí)例
5.1 SD項(xiàng)目背景、工程概況及施工安全管理
5.1.1 SD項(xiàng)目背景
"SD中國”是2011年1月胡錦濤主席訪美期間簽署的中美能源合作項(xiàng)目，也是2011年5月第3輪中美戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)對(duì)話的會(huì)議成果之一。發(fā)起于美國能源部的SD大賽，2002年迄今已在美國和歐洲成功舉辦了 6次，是太陽能、節(jié)能技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)緊密結(jié)合的全世界最高水平的國際賽事。"SD中國”由中國國家能源局、美國能源部聯(lián)合主辦，北京大學(xué)承辦，2013年在中國大同舉行，這也是SD大賽首次登陸亞洲。
SD中國太陽能十項(xiàng)全能競賽以全球高校為參賽單位，要求各參賽單位設(shè)計(jì)并實(shí)際建造一棟太陽能住宅，以太陽能作為該住宅運(yùn)行和生活能源的唯一來源。大賽設(shè)定十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)全面考核每個(gè)參賽作品的各項(xiàng)節(jié)能、建筑物理、環(huán)境調(diào)控及能源完全自給能力，通過綜合十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單項(xiàng)比賽評(píng)比最終確定總體排名，因此稱為“十項(xiàng)全能”競賽，被譽(yù)為“太陽能界的奧運(yùn)會(huì)”。
經(jīng)過全體隊(duì)員的討論，廈門大學(xué)參賽隊(duì)將賽隊(duì)作品命名為Sunny inside,意在使房屋的每個(gè)角落都充滿陽光。
5.1.2工程概況
廈門大學(xué)參賽作品"Sunny inside”是一棟將木構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)后，現(xiàn)場進(jìn)行裝配式施工的木結(jié)構(gòu)建筑。整個(gè)建筑按功能分區(qū)為：主臥（可通過收納為會(huì)客室）、次臥、廚房、衛(wèi)生間、通風(fēng)過廊以及平臺(tái)花園。本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式主要為框架體系，建筑面積約為90平方米，主要由28個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)、28根柱子、38根梁、15塊地面板、33塊墻體構(gòu)件片及10塊屋面構(gòu)件組成，單個(gè)構(gòu)件最大重量約為550KG。吊裝裝配作業(yè)中所使用的機(jī)械主要是汽車吊起重機(jī)。其中，吊裝作業(yè)采用分件吊裝法，即按照構(gòu)件的順序進(jìn)行吊裝。吊裝的方向由起重機(jī)吊臂半徑范圍，由外向內(nèi)進(jìn)行吊裝。整棟建筑中使用了相變材料技術(shù)、中水技術(shù)、保溫材料等新技術(shù)，并且屋頂還有安裝塊太陽能光伏板。因此，施工過程中大量使用的新技術(shù)及新工藝、非常緊張的工期以及頻繁的交叉作業(yè)，這些都對(duì)施工安全提出了更高的要求。
5.1.3施工安全管理的特點(diǎn)與難點(diǎn)
由前文背景和工程概況的簡要敘述可以看出本項(xiàng)目具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)根據(jù)“SD China"的比賽要求，施工工期只有短短10天，對(duì)于施工速度和效率的要求高，同時(shí)也對(duì)施工安全提出了較高的要求；
(2)項(xiàng)目中使用了眾多的新技術(shù)、新工藝，交叉作業(yè)頻繁，這些都是施工安全的難點(diǎn)；
(3)吊裝裝配是本項(xiàng)目整體施工過程的重要環(huán)節(jié)，吊裝過程中各構(gòu)件體積大、質(zhì)量重，對(duì)施工空間區(qū)域的限制提出了很大的挑戰(zhàn)；
(4)由于“SD China"項(xiàng)目的大部分施工人員都是學(xué)生，在施工經(jīng)驗(yàn)上極度欠缺，而且對(duì)施工安全存在一定的不重視現(xiàn)象，因此如何交流表達(dá)施工過程中的安全問題，也給本項(xiàng)目的施工安全管理提出了要求。
本章的主要內(nèi)容就是針對(duì)項(xiàng)目以上特點(diǎn)和難點(diǎn)，通過SD施工安全虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑施工過程中可能產(chǎn)生的各種施工安全問題進(jìn)行軟件化的管理的研究。確保項(xiàng)目的順利施工以及人員安全保障。
5.2 SD施工安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與開發(fā)情況
5.2.1施工安全仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)情況
由于前文所述情況，目前還無法實(shí)現(xiàn)虛擬安全系統(tǒng)。因此作者將已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的仿真功能結(jié)合軟件技術(shù)，開發(fā)了施工安全仿真系統(tǒng)。虛擬仿真是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要工作，同時(shí)也是該施工安全仿真系統(tǒng)的的核心模塊。木結(jié)構(gòu)施工安全虛擬仿真的主要目的是基于3Ds Max所建的木結(jié)構(gòu)模型，通過三維的動(dòng)畫，來直觀的模擬SD廈門大學(xué)參賽作品Sunny Inside的施工安全問題，以實(shí)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)施工安全的仿真可視化。除了仿真動(dòng)畫外，本系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能以滿足施工安全管理的要求：提供危險(xiǎn)因素及事故過程描述和安全控制措施的功能。
為實(shí)現(xiàn)"SD中國"廈門大學(xué)參賽作品“Sunny inside”的施工安全虛擬仿真系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，以施工流程界面為主線，結(jié)合三個(gè)功能模塊結(jié)合來實(shí)現(xiàn)安全管理的功能。系統(tǒng)中將設(shè)計(jì)五個(gè)功能分區(qū)，分別稱為模塊1 (施工流程查詢）、模塊2 (危險(xiǎn)因素與事故過程描述）、模塊3 (動(dòng)畫控制模塊）、模塊4 (控制措施）和輔助模塊（工具欄）。下面將對(duì)各個(gè)模塊的功能和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行詳細(xì)的論述。
...............................
第六章結(jié)論與展望
6.1結(jié)論
本論文在總結(jié)一年多的SD中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽安全管理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前木結(jié)構(gòu)建筑的施工安全實(shí)際問題，本論文識(shí)別了木結(jié)構(gòu)建筑施工安全的危險(xiǎn)因素，并初步實(shí)現(xiàn)了虛擬施工安全的模擬。具體結(jié)論如下：
(1)本文中采用事故樹分析法對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的施工過程進(jìn)行了危險(xiǎn)因素辨識(shí)，并結(jié)合LEC評(píng)價(jià)對(duì)最小割集進(jìn)行了評(píng)價(jià)，有效的利用了二者的優(yōu)點(diǎn)，避開了其缺點(diǎn)。在安全評(píng)價(jià)中，由于安全事故通常不是由單一因素引起的。事故樹分析法不僅可以表示事故發(fā)生的邏輯，還可以求出觸發(fā)安全事故的最小危險(xiǎn)因素集合（最小割集），與LEC評(píng)價(jià)法結(jié)合可以對(duì)事故發(fā)生的過程和結(jié)果進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。
(2)通過3Ds Max建立了虛擬仿真環(huán)境，并且利用仿真模型和仿真環(huán)境，對(duì)各施工階段進(jìn)行仿真模擬，在虛擬環(huán)境中對(duì)施工過程中的危險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)工作，特別是空間交叉上的危險(xiǎn)因素。通過虛擬仿真技術(shù)，制作了施工過程中可能發(fā)生的高危險(xiǎn)的安全事故仿真動(dòng)畫，可用于與不同專業(yè)、不同教育經(jīng)歷的人員直觀的交流施工安全問題。
(3)建立了木結(jié)構(gòu)施工安全仿真系統(tǒng)，可以查詢和演示施工過程中的危險(xiǎn)因素、事故過程以及安全措施等，提高了安全管理的效率，有助于當(dāng)前熟練建筑工人短缺條件下的安全教育。
................................
參考文獻(xiàn):
- [1] 王培斌. 木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展與綠色建筑[J]. 沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(01)
- [2] 王澄燕,汪霄. 我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展思考[J]. 林產(chǎn)工業(yè). 2013(05)
- [3] 李峰,王居林,張穎. 施工安全的可視化技術(shù)及應(yīng)用[J]. 施工技術(shù). 2013(15)
- [4] 高振興,高艷玲. 基于FTA的機(jī)械傷害事故分析[J]. 科技信息. 2013(18)
- [5] 陳學(xué)雄. 施工現(xiàn)場用電安全三維仿真系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 福建建材. 2013(04)
- [6] 翟曉強(qiáng),胡亦杰. 盾構(gòu)施工虛擬仿真三維模型建模方法[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2013(11)
- [7] 曲莎,樊建春,張來斌. 改進(jìn)作業(yè)條件分析法在輸氣站場安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào). 2012(05)
- [8] 王天成. 從典型案例探析木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展[J]. 綠色科技. 2012(09)
- [9] 何長春. 建筑施工現(xiàn)場火災(zāi)的事故樹分析法[J]. 內(nèi)江科技. 2012(08)
- [10] 李靜,李眾立,李培亮. 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建筑施工動(dòng)態(tài)仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化. 2012(08)
本文編號(hào)：9307
本文鏈接：http://www.lk138.cn/shoufeilunwen/shuoshibiyelunwen/9307.html
