BIM技術(shù)在高速公路跨線橋施工安全管理中的應(yīng)用研究

李亮、韓曉虎

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安710024）

1 BIM安全管理總體架構(gòu)

1.1 安全管理系統(tǒng)定位

目前BIM安全管理系統(tǒng)主要是針對項目建設(shè)和工程制造。BIM技術(shù)構(gòu)建的高速公路跨線橋工程安全管理體系主要包括報告中心、進(jìn)度管理、工程監(jiān)督、施工日志等。利用BIM技術(shù)，可有效提高高速公路跨線橋項目建設(shè)中的信息化與安全管理水平[1]。

1.2 安全系統(tǒng)的總體架構(gòu)

一般來說，公路跨線橋項目對安全管理體系有著高度的需求，在合理應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成了相應(yīng)的施工安全管理制度，為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供有效支持。BIM體系框架主要由以下兩個部分所構(gòu)成：BIM系統(tǒng)以及信息安全的綜合系統(tǒng)，其中BIM系統(tǒng)分為C/S、B/S兩部分。通過使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，用戶可以對所整合的安全數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理與傳輸，以實現(xiàn)信息共享。

1.3 BIM建筑安全管理應(yīng)用系統(tǒng)

在BIM安全管理應(yīng)用體系中，所構(gòu)建的三維模型能夠充分反映工程的各項數(shù)據(jù)信息，包括工程幾何特征信息、物理特征信息等。在此基礎(chǔ)上，能夠?qū)⒔＿^程中的各模組之間的對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確反映出來。BIM建筑安全管理應(yīng)用系統(tǒng)可以有效地將三維模型與工程進(jìn)度需求進(jìn)行結(jié)合，針對工程的特點，構(gòu)建出具有4D效應(yīng)的工程施工三維模型。對于開發(fā)BIM信息集成安全管理系統(tǒng)，可構(gòu)建通用型BIM數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)BIM工程數(shù)據(jù)的共享、采集、提取等，將施工過程中監(jiān)測到的過程量進(jìn)行統(tǒng)一存儲，統(tǒng)一管理。BIM數(shù)據(jù)庫具有對應(yīng)的非結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化文檔存儲能力，為后續(xù)數(shù)據(jù)的提取與應(yīng)用提供了很大的方便[2]。

同時，通過應(yīng)用BIM技術(shù)安全信息系統(tǒng)綜合管理，在對公路跨線橋的施工安全管理流程中，能對各職能部門的質(zhì)量管理進(jìn)行監(jiān)督，實時收集施工中的技術(shù)安全數(shù)據(jù)信息；并且該體系還可為安全施工作業(yè)提供更高效的模型管理和質(zhì)量管理等功能。另外，通過使用BIM建模技術(shù)，其與系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)相互之間具有良好的聯(lián)系效果，從而能夠進(jìn)行項目安全連接和監(jiān)控管理等目標(biāo)。例如，BIM建模技術(shù)在實現(xiàn)安全管控同時，也對實現(xiàn)風(fēng)險管控有著很重要的促進(jìn)作用，在高速跨線橋建造過程中，如果構(gòu)件之間發(fā)生了安全風(fēng)險事故，信息系統(tǒng)就能正確指出沖突點，進(jìn)而提高了跨線橋的施工管控質(zhì)量。

1.4 資料傳送和數(shù)據(jù)安全

在工程項目信息傳輸與共享時，BIM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以按照各方對于各信息模塊的需求，對BIM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的信息系統(tǒng)實施適當(dāng)?shù)姆纸M管理，并給各信息系統(tǒng)模塊提供適當(dāng)?shù)姆?wù)權(quán)限。

2 BIM安全信息綜合管理系統(tǒng)

2.1 實時安全管理

通過建立BIM安全信息集成管理系統(tǒng)，可達(dá)成對施工過程中數(shù)據(jù)的采集、跟蹤與存儲，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理的目的。對于BIM技術(shù)的運(yùn)用以及模型的更新應(yīng)按照項目的實際進(jìn)度，并結(jié)合高速公路跨線橋施工的實際情況，有效地貫穿于施工材料、成本、工期等各個重要節(jié)點。在高速公路跨線橋施工過程中，使用BIM系統(tǒng)對項目的過程量數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控、實時查詢、實時分析，以確保工程萬無一失。另外，BIM系統(tǒng)可導(dǎo)出分析、統(tǒng)計結(jié)果，便于工程人員進(jìn)行工程分析，對于施工方而言，對日后的其他項目也是有利的，可作為企業(yè)的過程資產(chǎn)與數(shù)據(jù)沉淀[3]。

2.2 功能安全管理

使用BIM管理系統(tǒng)，可以為各功能單元人員提供與施工安全相關(guān)的各項資訊。BIM管理系統(tǒng)還能夠提取一些關(guān)于質(zhì)量管控、模型管理、時間管理等方面的重要內(nèi)容，以及BIM模塊中的每一項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可以相互聯(lián)系地進(jìn)行管理。

2.2.1 BIM模式下的信息安全管理

BIM模型可以轉(zhuǎn)化為XML文件的格式，然后利用網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)傳輸信息。BIM模式中的相關(guān)組織架構(gòu)、三維現(xiàn)實等的分類，可根據(jù)建設(shè)節(jié)點、工程性質(zhì)，科學(xué)地劃分出模型構(gòu)件、三維實景等，并將BIM模型構(gòu)件劃分為三類。根據(jù)施工情況，工程管理人員還可以把工程進(jìn)度、材料等信息注入BIM模塊中，從而使各個模塊構(gòu)件之間可以互相聯(lián)系，形成BIM模型。開展系統(tǒng)管理時，首先要科學(xué)合理地對施工信息加以劃分，然后針對構(gòu)件施工的特殊性，對構(gòu)件的屬性進(jìn)行相應(yīng)的劃分。

2.2.2 BIM系統(tǒng)進(jìn)度及施工安全管理

工程進(jìn)度管理系統(tǒng)的建立，可實現(xiàn)BIM模型和工藝信息的整合與統(tǒng)一管理。結(jié)合系統(tǒng)的權(quán)限管理，用戶可通過WEB瀏覽器客戶端實現(xiàn)對工程各部件的實時數(shù)據(jù)檢索。也可對項目施工過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，包括施工進(jìn)度、項目參與方等情況，及時了解項目存在的安全隱患，提前準(zhǔn)備應(yīng)對預(yù)案措施，保障隱患能夠被及時處理與解決，確保工程的整體安全性。

2.2.3 質(zhì)量安全管理

利用BIM模型，可以有效地控制檢驗項目的質(zhì)量，從而有效地確保項目的安全運(yùn)行。質(zhì)檢單是由工程質(zhì)量檢查內(nèi)容及各相關(guān)部件運(yùn)行狀況組成，可對各類質(zhì)檢單進(jìn)行科學(xué)反饋，確保工程安全管理。

圖3是液力緩速器制動特性曲線，由圖3可見，當(dāng)液力緩速器在轉(zhuǎn)速大于1 000 r/min 時，制動力矩基本保持穩(wěn)定，但在轉(zhuǎn)速小于1 000 r/min 時，制動力矩急劇下降，這種特性表明液力緩速器在高速時制動力矩大，因而特別適合高速運(yùn)輸車輛，但在低速時，能夠提供的制動力矩比較小[4]。

2.2.4 工程沖突管理

有關(guān)調(diào)研和研究發(fā)現(xiàn)，碰撞沖突檢測在高速公路跨線橋工程施工安全管理中具有重要意義。沖突管理主要是檢測工程施工中各個構(gòu)件間的沖突，并發(fā)現(xiàn)存在的問題，這樣可以有效地利用BIM技術(shù)來對沖突進(jìn)行科學(xué)分析。當(dāng)各部件之間存在碰撞沖突問題時，BIM軟件可以顯示問題所在的位置，并對形成沖撞的建筑物施工節(jié)點，由BIM軟件系統(tǒng)生成一個沖突報表，并提示與該建筑構(gòu)件形成撞擊沖突。這樣一來，相關(guān)技術(shù)人員就能夠在完成特定的建筑結(jié)構(gòu)修改時實現(xiàn)可視化觀察。將BIM技術(shù)應(yīng)用于高速公路跨線橋施工中，可以切實提高工程安全管理的質(zhì)量水平，確保工程的有效實施。

2.2.5 提供安保決策

BIM軟件能對工程效率、施工周期、施工記錄等進(jìn)行科學(xué)分析，及時地收集工程施工過程中的信息數(shù)據(jù)，并對BIM系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析與處理，通過安全閾值的設(shè)定，為工程決策者提供更快速、安全的決策支持，以保證工程的安全、穩(wěn)定進(jìn)行。

2.3 建筑安全管理的主要職責(zé)

公路跨線橋施工安全管理時，應(yīng)遵循工程安全管理的有關(guān)程序，各項目參與者應(yīng)明確各自的責(zé)任，按照權(quán)限、任務(wù)，完成有關(guān)安全管理工作。

2.3.1 履行安保主體責(zé)任

2.3.2 履行參與者的安保責(zé)任

在高速公路跨線橋施工過程中，應(yīng)按照施工主體方的相關(guān)規(guī)定與規(guī)范，允許項目的相關(guān)參與者通過外網(wǎng)進(jìn)入到BIM系統(tǒng)中，以便及時地匯報工程的實時情況，并且做到可以隨時查詢到工程建設(shè)安全信息，為工程建設(shè)安全管理起到有效的輔助作用。

2.3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

公路跨線橋工程施工中，當(dāng)施工管理人員出現(xiàn)重大工程問題時，應(yīng)當(dāng)對BIM模式做出針對性的調(diào)整，對調(diào)整的可能性做出合理的分析，以便更有效地保障工程建設(shè)中資源配置和安全管理等工作，以達(dá)到優(yōu)化項目、提高項目安全性。

2.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及快速分析

利用BIM模型進(jìn)行高速公路跨線橋的施工，可以為工程統(tǒng)計和分析工作提供極大的方便，通過統(tǒng)計與分析，合理判斷工程的實時情況。另外，還要確保工程統(tǒng)計分析工作的準(zhǔn)確性、合理性。因此，在公路跨線橋施工過程中，如何合理使用BIM模型成為關(guān)鍵，這樣可以節(jié)約大量的成本，同時可提高工作效率，降低工程工期延誤風(fēng)險，有效地避免了因人為因素導(dǎo)致的統(tǒng)計偏差，保證了工程施工安全。

2.3.5 防止施工時出現(xiàn)高空墜物危險

公路跨線橋施工的過程當(dāng)中，在高空作業(yè)環(huán)境下極易出現(xiàn)高空墜物。所以，利用BIM系統(tǒng)制作工程施工的數(shù)字化模板，能夠更加科學(xué)地、合理地分析各種類型跨線橋施工中的結(jié)構(gòu)空間物理量，做好具有針對性的安全防范措施及風(fēng)險預(yù)案，對于可能發(fā)生風(fēng)險的情況，給出安全提示或預(yù)警。BIM技術(shù)可在實際工程施工前，各個專業(yè)可以通過可視漫游的方式進(jìn)行協(xié)同。在工程施工過程中，運(yùn)用工程現(xiàn)場模型完成全程監(jiān)控。同時結(jié)合工程科學(xué)安全的管理制度與規(guī)范，可在最大程度上保證工程施工的安全，同時也能有效保證工程施工的完成質(zhì)量。

3 結(jié)語

建立BIM模型和BIM安全管理體系，對高速公路跨線橋施工安全狀態(tài)進(jìn)行實時分析，可以保證工程的安全程度和施工質(zhì)量。另外，BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，一方面需要結(jié)合工程的特點，分析適合工程的方案，搭建工程的數(shù)字化模型；另一方面，通過BIM技術(shù)，合理優(yōu)化工程的安全管理，將工程數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，利用諸如可視化的檢測手段，豐富工程安全管理的方式與手段。

BIM技術(shù)在具體實施過程中，利用國家安全管理體系構(gòu)建國家公路跨線橋管理模擬框架，并利用三維、4D模式的仿真生成，能及時有效地發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的重大安全隱患，并由此對施工作業(yè)方式加以優(yōu)化，最終減少不良安全因素，有效地保證工程施工安全。期望業(yè)界在此基礎(chǔ)上能夠?qū)υ撜n題的有關(guān)研究成果進(jìn)行更加深入的研究。