【摘要】 近些年來(lái),木結(jié)構(gòu)建筑憑借居住舒適和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)而方興未艾,木結(jié)構(gòu)建筑日益呈現(xiàn)出規(guī)模越來(lái)越大、施工難度越來(lái)越復(fù)雜的發(fā)展趨勢(shì)。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(guó)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(wèn)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(guò)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(guò)事故樹(shù)分析法進(jìn)行危險(xiǎn)因素的辨識(shí)；通過(guò)事故樹(shù)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(guò)程通過(guò)仿真動(dòng)畫(huà)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(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言并結(jié)合Microsoft. net Framework4.0以’SD China"中國(guó)國(guó)際太陽(yáng)能十項(xiàng)全能競(jìng)賽廈門(mén)大學(xué)作品’Sunny Inside"的安全管理為對(duì)象,自主開(kāi)發(fā)了施工安全模擬系統(tǒng)’SD Safty Project"。通過(guò)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(lái)，由于人類(lèi)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(kāi)始威脅到人類(lèi)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(wèn)題。從全球范圍來(lái)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(guó)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(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)已成為世界最大能源消耗國(guó)之一，其中建筑能耗約占我國(guó)能耗總量的30%。除了基數(shù)大以外，我國(guó)的能耗使用還存在著利用率低和浪費(fèi)的情況。目前，我國(guó)超過(guò)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(guó)家還存在著較大的差距[2]。
木結(jié)構(gòu)建筑在人類(lèi)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(guó)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(lái)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(guó)的建筑行業(yè)已經(jīng)成為世界上最大建筑市場(chǎng)的之一，但同時(shí)其安全事故的問(wèn)題也愈來(lái)愈突出。近些年來(lái)，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(guó)家已經(jīng)建造出許多十層以上的木結(jié)構(gòu)建筑。我國(guó)近年來(lái)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)虛擬仿真技術(shù)能事先模擬木結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程，并作為輔助工具辨識(shí)施工過(guò)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(chǎng)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(guò)虛擬仿真技術(shù)，可以對(duì)施工過(guò)程中可能導(dǎo)致重大傷亡的安全事故制作仿真動(dòng)畫(huà)，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。
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1.2國(guó)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(guó)的應(yīng)用十分廣泛。目前，歐美等國(guó)家正在積極推動(dòng)木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。在美國(guó)，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(guó)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(kāi)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(zhǎng)，底層建筑逐漸無(wú)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(wèn)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(guò)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(guó)，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(guó)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(guó)，早在三千五百多年前就開(kāi)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(guó)也是世界木結(jié)構(gòu)建筑中的瑰寶。北宋李誡主編的《營(yíng)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(guó)家[12]。因此可以毫不夸張的說(shuō)，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(guó)基本停滯了對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。隨著我國(guó)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(shì)己經(jīng)呈現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢(shì)。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(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)木質(zhì)別蜜的開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出不斷升溫的態(tài)勢(shì)[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(guó)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(guó)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(guó)的發(fā)展浪潮，并打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)[15]。2012年10月20日，江蘇常州武進(jìn)被授予國(guó)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(chǎng)。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(jiàn)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(wàn)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(jiǎn)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(guó)，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(yíng)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(guó)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(guó)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(guó)，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]。

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