基于BIM技術(shù)的建筑工程安全管理研究

李宏遠(yuǎn)

摘要： 隨著我國(guó)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，從業(yè)人員增加，建筑安全事故頻發(fā)發(fā)生。BIM技術(shù)的發(fā)展及在建筑領(lǐng)域全生命周期的廣泛應(yīng)用，有利于提高施工管理水平，改善安全事故頻發(fā)的現(xiàn)象。文章通過(guò)分析國(guó)內(nèi)建筑工程安全事故發(fā)生情況以及當(dāng)前安全管理現(xiàn)狀，構(gòu)建了集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，并對(duì)其在建筑工程施工階段的管理應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明介紹。

Abstract： With the vigorous development of construction industry in our country， the number of employees increases and accidents of building safety occur frequently. The development of BIM technology and the wide application of its life cycle in the construction field help to improve the construction management level and improve the frequent accidents. By analyzing the occurrence of safety accident in domestic construction projects and the current status of safety management， the article constructs a safety management application technology framework integrated with BIM， and introduces its management and application in the construction phase of construction engineering.

關(guān)鍵詞： BIM；建筑工程；安全管理

Key words： BIM；construction engineering；safety management

中圖分類號(hào)：TU17；TU714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）11-0001-04

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑業(yè)已逐步發(fā)展成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。建筑業(yè)作為重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)部門，其最大特點(diǎn)是高流動(dòng)性，生產(chǎn)工藝過(guò)程、作業(yè)場(chǎng)地不斷變化，就地雇工，使其成為具有高風(fēng)險(xiǎn)性與意外傾向性行業(yè)[1]。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)速度越來(lái)越快，建筑業(yè)的建設(shè)規(guī)模正在逐步擴(kuò)大，建筑領(lǐng)域從業(yè)人數(shù)也將會(huì)持續(xù)增加。建筑業(yè)的一系列特點(diǎn)使其成為一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)和事故頻發(fā)的行業(yè)，建筑安全問(wèn)題已經(jīng)成為現(xiàn)在以及未來(lái)全世界范圍內(nèi)建筑業(yè)最為關(guān)心的問(wèn)題[2]。

科技在發(fā)展，時(shí)代在進(jìn)步，建筑領(lǐng)域安全管理也需要采用新技術(shù)，新管理方法。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)目前已應(yīng)用于建筑全生命周期，從前期方案決策、設(shè)計(jì)到建筑施工管理，再到后期運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程中，BIM信息可以從一而終。在建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的整個(gè)或者某個(gè)階段中，應(yīng)用3D和4D信息技術(shù)，進(jìn)行協(xié)同建筑設(shè)計(jì)、建筑施工、虛擬仿真分析、工程量計(jì)算、造價(jià)工程管理、設(shè)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)的技術(shù)和管控手段[3]。近年來(lái)，BIM技術(shù)越來(lái)越成熟，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越多，在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，BIM技術(shù)也給建筑領(lǐng)域提供了新的機(jī)遇，在未來(lái)的工程建設(shè)中，BIM技術(shù)將會(huì)被大規(guī)模使用。

1 建筑工程安全管理現(xiàn)狀

1.1 2016年國(guó)內(nèi)建筑工程安全事故情況

建筑業(yè)是一個(gè)安全事故高發(fā)行業(yè)，每年均有數(shù)百起安全事故發(fā)生。截止至2016年全國(guó)共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故634起、死亡735人，比去年同期事故起數(shù)增加192起、死亡人數(shù)增加181人，如圖1、圖2所示，同比分別上升43.44%和32.67%[4]。以上數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)建筑安全事故頻發(fā)，每起安全事故均會(huì)產(chǎn)生不同程度的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，甚至產(chǎn)生人員傷亡。每年國(guó)內(nèi)建筑安全事故中都會(huì)造成上千人死亡，且安全事故發(fā)生幾率沒(méi)有得到有效改善，可見安全問(wèn)題的嚴(yán)重性。

建筑業(yè)安全事故產(chǎn)生原因很多，最常見的有高空墜落、觸電傷害、物體打擊、機(jī)械傷害等。截止至2016年房屋市政工程生產(chǎn)安全事故按照類型劃分，高處墜落事故333起，占總數(shù)的52.52%；物體打擊事故97起，占總數(shù)的15.30%；起重傷害事故56起，占總數(shù)的8.83%；坍塌事故67起，占總數(shù)的10.57%；機(jī)械傷害、觸電、車輛傷害等其他事故81起，占總數(shù)的17.78%[4]，如圖3所示。

1.2 國(guó)內(nèi)安全管理現(xiàn)狀

隨著施工技術(shù)水平的提高，建筑安全問(wèn)題正在逐步改善，但安全管理問(wèn)題仍有很大提升空間。近年來(lái)，建筑業(yè)無(wú)論是建設(shè)規(guī)模還是發(fā)展速度都取得了明顯的進(jìn)步，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推進(jìn)作用，但同時(shí)建筑工程施工安全管理問(wèn)題也越來(lái)越突出[5]。建筑工程中的安全管理目標(biāo)是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的最重要目標(biāo)，建筑施工安全管理不僅關(guān)系到施工人員的人身財(cái)產(chǎn)安全，還關(guān)系到施工企業(yè)的榮譽(yù)及經(jīng)濟(jì)效益，也關(guān)系到建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)而影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

目前，國(guó)內(nèi)安全管理存在問(wèn)題較多，主要分為以下幾個(gè)方面[6]：

①當(dāng)前建筑工程仍然沿用舊有管理制度，大多工程項(xiàng)目中未全面采用現(xiàn)代信息化管理技術(shù)；

②部分建筑施工企業(yè)及項(xiàng)目管理人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理重視程度不夠高，安全教育及交底不到位；

③很多工程項(xiàng)目中所使用的安全管理手段比較落后，需要研究國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的安全管理方式，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)行情，積極推行先進(jìn)的管理方法和技術(shù)工具；

④市場(chǎng)監(jiān)管力度不夠，部分施工工地監(jiān)理制度等同虛設(shè)，沒(méi)有能夠充分發(fā)揮監(jiān)理的監(jiān)督作用。

2 基于BIM技術(shù)的安全管理

安全管理一直是建筑工程實(shí)施階段的重中之重，從設(shè)計(jì)到施工，每一項(xiàng)新技術(shù)、新管理措施的應(yīng)用，都為安全管理做了鋪墊。建立一套良好的安全管理體系，在施工過(guò)程中貫徹實(shí)施，可以從根本上減少安全事故的發(fā)生，將安全隱患消滅于萌芽，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用BIM相關(guān)軟件構(gòu)建的模型中包含了待建建筑物的所有構(gòu)件及施工方案信息，建筑物中的所有相關(guān)信息集成了一個(gè)相對(duì)靜態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為施工過(guò)程中潛在的危險(xiǎn)因素及危險(xiǎn)源識(shí)別提供了全面且詳盡的信息平臺(tái)。各階段施工方案與施工進(jìn)度計(jì)劃相互配合構(gòu)成了相對(duì)動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)信息庫(kù)，通過(guò)對(duì)各階段施工過(guò)程進(jìn)行模擬、場(chǎng)地布置以及碰撞檢查，可以施工過(guò)程中潛在的危險(xiǎn)區(qū)域，施工空間、機(jī)具間的沖突等安全隱患，提前采取相應(yīng)措施，排除安全隱患，保障施工過(guò)程中的人員和財(cái)產(chǎn)安全，減少安全事故產(chǎn)生的幾率。

2.1 集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)

集成BIM的安全管理，需要考慮組織、過(guò)程、信息和系統(tǒng)四要素以及它們之間的關(guān)系，結(jié)合BIM建模過(guò)程，從數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用層三方面形成安全管理技術(shù)架構(gòu)，如圖4所示，保證信息有效傳遞，避免信息斷層、信息割裂的現(xiàn)象出現(xiàn)。建筑信息具有異構(gòu)、離散、海量、復(fù)雜、專業(yè)和文檔化等特征性[7]，基于BIM技術(shù)組件建筑工程安全管理架構(gòu)體系，可以保證信息無(wú)損傳遞，更好地將建筑相關(guān)信息應(yīng)用于安全管理中，保證施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理有序進(jìn)行。

2.1.1 數(shù)據(jù)層

施工階段的工程數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)化的BIM數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化的文檔數(shù)據(jù)以及用于表達(dá)工程數(shù)據(jù)創(chuàng)建的組織和過(guò)程信息。將BIM數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如IFC格式，形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；合同、招標(biāo)文件等文件以文檔形式進(jìn)行儲(chǔ)存，形成文本數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)于文檔管理系統(tǒng)中；施工過(guò)程中的組織及信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)數(shù)據(jù)集成交互，存儲(chǔ)于工程管理平臺(tái)，各專業(yè)間進(jìn)行分享，提取出數(shù)據(jù)庫(kù)中的安全信息，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析，提前做好防范工作。

2.1.2 模型層

通過(guò)BIM數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，形成安全信息模型，根據(jù)不同需求，可以根據(jù)應(yīng)用需求生成相應(yīng)的安全信息子模型，如臨邊、洞口識(shí)別模型，腳手架安全模型，機(jī)械設(shè)備安全輻射模型等。根據(jù)施工需要，向應(yīng)用層各施工管理專業(yè)軟件提供模型和數(shù)據(jù)支持，更好地將模型應(yīng)用于施工安全管理。

2.1.3 應(yīng)用層

結(jié)合工程管理云平臺(tái)，將BIM模型連同生產(chǎn)的相關(guān)子模型，以及相關(guān)施工數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，組成基于BIM的建筑工程安全管理系統(tǒng)，進(jìn)行施工安全與沖突分析，便于管理人員實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)情況，排查安全隱患，如臨邊洞口是否有工人逗留，機(jī)械覆蓋區(qū)域是否存在交叉作業(yè)等。通過(guò)基于BIM的安全管理系統(tǒng)，結(jié)合其它施工管理系統(tǒng)，可以更好地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，利用信息化管理平臺(tái)，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)安全動(dòng)態(tài)以及施工人員施工行進(jìn)路線，及時(shí)消除安全隱患，提供安全保障措施，當(dāng)工人接近危險(xiǎn)源時(shí)提醒其遠(yuǎn)離，確保施工現(xiàn)場(chǎng)安全狀態(tài)。

2.2 BIM技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用

2.2.1 危險(xiǎn)源識(shí)別及危險(xiǎn)區(qū)域劃分

工程施工前，建立以BIM模型為基礎(chǔ)的危險(xiǎn)源識(shí)別體系，根據(jù)《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)標(biāo)準(zhǔn)》要求，找出所有潛在危險(xiǎn)源，如臨邊防護(hù)、洞口、安全通道等，并在工程項(xiàng)目模型信息中予以標(biāo)注，在建模過(guò)程中用不同的警示顏色表示不同危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)程度。通過(guò)建立危險(xiǎn)源識(shí)別體系，可以非常清晰有效地識(shí)別施工現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)因素。

在施工模擬過(guò)程中，根據(jù)危險(xiǎn)源體系識(shí)別結(jié)果，可以將所有危險(xiǎn)源按照事故發(fā)生幾率和事故產(chǎn)生損失量劃分為4個(gè)安全事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，并采用紅、橙、黃、綠4種顏色予以標(biāo)注，根據(jù)危險(xiǎn)程度指導(dǎo)施工。如起重機(jī)吊臂下方及吊臂覆蓋區(qū)域標(biāo)記為紅色，起重機(jī)運(yùn)作期間吊臂下方禁止站人，吊臂覆蓋區(qū)域內(nèi)施工工序暫停施工。建模及危險(xiǎn)源標(biāo)注完成后，尤其是重大危險(xiǎn)源，需在施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)牌處張貼公示，讓所有施工參建人員了解到整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)哪些部位存在危險(xiǎn)以及危險(xiǎn)性大小。

2.2.2 安全交底及施工現(xiàn)場(chǎng)安全信息化管理

傳統(tǒng)安全交底模式，只是安全負(fù)責(zé)人對(duì)工人簡(jiǎn)要說(shuō)明，可視化程度低，工人接受程度不高，一些危險(xiǎn)地段施工應(yīng)該注意的地方亦做口頭說(shuō)明，工人無(wú)法切實(shí)感受到施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)性，也無(wú)法直觀地感受危險(xiǎn)源的存在，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患無(wú)法在工人腦中形成深刻印象。結(jié)合BIM技術(shù)，將施工現(xiàn)場(chǎng)中容易發(fā)生危險(xiǎn)的部位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，將BIM模型導(dǎo)入VR設(shè)備中，使用VR設(shè)備對(duì)工人進(jìn)行交底，讓工人對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的安全事故有一種身臨其境的感覺(jué)，可以切身感受到施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源的存在。通過(guò)BIM結(jié)合VR技術(shù)對(duì)工人進(jìn)行交底，工人便可更好地對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，將安全隱患存在點(diǎn)及其危險(xiǎn)程度深植腦中，施工時(shí)遠(yuǎn)離或接近危險(xiǎn)源時(shí)提高警惕。通過(guò)VR模擬安全事故發(fā)生的場(chǎng)景，可以讓工人更清楚地了解到身邊的危險(xiǎn)，以便了解危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)如何應(yīng)對(duì)以及如何進(jìn)行應(yīng)急處理，保證自身安全。

現(xiàn)場(chǎng)的BIM工作團(tuán)隊(duì)將工程危險(xiǎn)源在模型上進(jìn)行標(biāo)記，安全員在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工時(shí)，可以查看模型上對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)位置，查看施工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工人員操作不合理的地方進(jìn)行調(diào)整，避免安全事故的發(fā)生。安全管理人員現(xiàn)場(chǎng)巡視時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)圖片實(shí)時(shí)上傳到安全管理平臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器中，掛接在模型上和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的位置，讓項(xiàng)目管理人員能夠不親臨現(xiàn)場(chǎng)就能實(shí)時(shí)把握現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及安全情況，查看現(xiàn)場(chǎng)的安全措施是否到位[8]。

2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)平面管理及施工空間沖突管理

建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)尤其是城市內(nèi)新建工程，施工場(chǎng)地狹小，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，大型機(jī)械設(shè)備不易施展。施工空間隨著工程的進(jìn)展不斷變化，會(huì)影響工人的工作效率和施工安全，多個(gè)工作面交叉施工會(huì)帶來(lái)各項(xiàng)安全隱患，提高安全事故發(fā)生的幾率。

利用BIM模型、信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及管理平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)平面進(jìn)行分析，包括平面尺寸、構(gòu)件布置、施工線路分析、各類施工材料堆放、機(jī)械布置、臨水臨電、臨時(shí)出入口等進(jìn)行分析，通過(guò)可視化模擬工作人員的施工狀況，可以形象的看到施工工作面、施工機(jī)械、施工材料、構(gòu)配件等的布置情況，評(píng)估施工進(jìn)展中這些工作空間的可用性、安全性，可以提高大大施工效率，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)BIM模型的碰撞檢查及施工模擬，能夠很好地分析出施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故可能發(fā)生幾率和事故發(fā)生時(shí)的嚴(yán)重程度，結(jié)合項(xiàng)目自身需求和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃，按照不同專業(yè)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)空間、機(jī)械設(shè)施和施工人員的需求，進(jìn)行平面部署和組織部署調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到最佳的空間立體規(guī)劃，最大可能地提高場(chǎng)地利用效率、降低安全隱患的發(fā)生[9]。

3 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在我國(guó)正處于蓬勃發(fā)展階段，許多大型、復(fù)雜建筑項(xiàng)目均將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑物全生命周期中。隨著BIM技術(shù)的成熟，未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的工程項(xiàng)目使用BIM技術(shù)，將安全管理與BIM技術(shù)相結(jié)合，可以有效控制安全事故的發(fā)生，減少安全事故發(fā)生幾率。

本文構(gòu)建了集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，在建筑工程施工階段，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別及危險(xiǎn)區(qū)域劃分、安全交底及施工現(xiàn)場(chǎng)安全信息化管理、現(xiàn)場(chǎng)平面管理及施工空間沖突管理，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在施工中的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到事前預(yù)防、事中控制和事后處理的全過(guò)程控制和管理。應(yīng)用BIM技術(shù)不僅提高了施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作的效率，而且進(jìn)一步提高了工人對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理的理解和認(rèn)知，以及應(yīng)急處理能力，從而改善不良的施工現(xiàn)場(chǎng)管理現(xiàn)狀，提高安全管理水平。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)在實(shí)際工程中多用于碰撞檢查、虛擬施工等，以及驗(yàn)證工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的可行性。未來(lái)對(duì)于BIM的安全管理研究，要理論聯(lián)系實(shí)際，將研究成果有效應(yīng)用于工程項(xiàng)目中，解決管理不足及溝通不暢等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目集成化管理，有效減少安全事故的發(fā)生，保障人員及財(cái)產(chǎn)安全。

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