BIM技術(shù)在工程施工安全管理中的應(yīng)用展望

唐靖武，夏冰冰，孫少秋，范 鎣，李凱馨

（中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司，北京 100024）

1 研究背景

安全是現(xiàn)如今各行各業(yè)都不能忽視的問題，沒有安全生產(chǎn)做保障，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益也只是空談，尤其是對(duì)于建筑施工行業(yè)來說，安全生產(chǎn)不僅彰顯著企業(yè)的對(duì)外形象，更是企業(yè)效益的根本保障。因此，將安全管理貫徹落實(shí)，做好安全文明施工依然是建筑施工行業(yè)的重要課題。

近年來，許多學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)在建筑工程安全領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。UWE R在十年前提出了使用BIM的能力，配合工程模擬（如火場(chǎng)、濃煙）來探究建筑條件影響人的災(zāi)害疏散行為的博弈方法。卡爾拉等人通過工程實(shí)例分析，認(rèn)為BIM技術(shù)在安全管理和事故控制中擁有很大的潛力[1]。BIM技術(shù)能夠促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員的溝通交流，加強(qiáng)合作；能夠提高安全教育的效果，促進(jìn)落實(shí)安全管理策略。李海濤研究了基于BIM技術(shù)的建筑工程安全管理問題，并基于其特點(diǎn)分析了其在安全管理過程中的適用性，建立了相應(yīng)的施工管理模型[2]。郭紅領(lǐng)等人結(jié)合BIM虛擬模型和GPS等技術(shù)，探討如何對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的不安全行為進(jìn)行事故預(yù)警[3]。

綜上，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全管理具有可行的理論基礎(chǔ)和重要的現(xiàn)實(shí)意義，是一種現(xiàn)代化的施工安全管理方法。其不但能夠讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員和項(xiàng)目管理人員增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)，還能優(yōu)化施工安全管理程序、提高安全管理工作的效果并有效地控制安全事故發(fā)生的概率。

本文將從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)施工安全影響因素著手，在分析傳統(tǒng)管理模式的不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合BIM技術(shù)的特點(diǎn)分析其優(yōu)勢(shì)，并探究其在項(xiàng)目施工安全管理過程中的思路和可行性。接下來將參考多個(gè)工程案例，并結(jié)合所在項(xiàng)目的實(shí)際情況制定BIM安全管理策劃方案，整理基于BIM的安全管理框架。

2 BIM安全管理應(yīng)用分析

2.1 安全管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)

大多數(shù)工程具有工期緊張、參與單位多等特點(diǎn)，工程協(xié)調(diào)管理具有一定的難度，也相應(yīng)地增加了管理中產(chǎn)生疏漏的情況，發(fā)生安全問題的風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，在施工組織和安全相關(guān)問題管理上有以下幾點(diǎn)需要進(jìn)行把控：①施工現(xiàn)場(chǎng)占地面積大、總平面布置較復(fù)雜，還要兼顧使用功能和節(jié)約用地、合理用地的要求，往往會(huì)存在考慮不周而遺留安全隱患；②多個(gè)流水段交替施工時(shí)，交叉作業(yè)面上臨邊洞口等防護(hù)措施容易遺漏；③存在群塔作業(yè)的工程，在近距離施工作業(yè)中可能會(huì)發(fā)生碰撞，因此安全防范至關(guān)重要；④土方階段基坑臨邊防護(hù)、邊坡支護(hù)等方面的安全管理要求高。

2.2 BIM在施工安全管理方面的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)建筑工程施工安全管理之中存在著許多問題，歸結(jié)起來可以從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)方面進(jìn)行分析。也只有明確各個(gè)方面的問題，才能凸顯出BIM應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在。

在“人”的因素中，“人”主要是指施工作業(yè)一線人員，其往往是事故侵害的直接受害者，但實(shí)際上他們的安全意識(shí)、自我保護(hù)技能往往是最低的。他們對(duì)于安全生產(chǎn)的概念沒有足夠的認(rèn)識(shí)，在生產(chǎn)中“嫌麻煩”、自以為是或是抱有僥幸心理，違反安全操作規(guī)程進(jìn)而導(dǎo)致安全事故頻發(fā)[1]。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)安全教育是安全管理的重要環(huán)節(jié)。

“機(jī)”的因素主要是指越來越多大型、復(fù)雜的施工設(shè)備所帶來的不安全因素。實(shí)踐中機(jī)械設(shè)備使用和維護(hù)管理不善造成的事故屢見不鮮。另外，復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境使得機(jī)械設(shè)備與作業(yè)人員有大量的交叉，埋下了事故隱患。

“料”的因素一方面是指材料本身的質(zhì)量和性能可能導(dǎo)致安全隱患，例如現(xiàn)場(chǎng)存放的腐蝕性、爆炸性化學(xué)材料，在運(yùn)輸和使用過程中具有一定的危險(xiǎn)性并可能誘發(fā)其他災(zāi)害；另一方面是指材料的周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸和堆放不合理可能給現(xiàn)場(chǎng)造成的墜物打擊等隱患。

“法”的因素是指施工工藝可能存在的安全隱患。一方面，在進(jìn)行施工工藝必選時(shí)，綜合考慮安全、效率、難度、效益等各方面因素；另一方面，是否充分到位地進(jìn)行各級(jí)交底，使得施工過程中的安全隱患得以明晰、安全措施得到落實(shí)，也起到至關(guān)重要的作用。而第二點(diǎn)在實(shí)際工程管理中往往流于形式，沒有起到預(yù)期的效果。

“環(huán)”的因素是指對(duì)施工作業(yè)中的安全起到重要作用的環(huán)境因素，例如臨邊洞口、堆放雜物的外架等。由于項(xiàng)目的復(fù)雜和工序的穿插，往往造成環(huán)境危險(xiǎn)源得不到快速準(zhǔn)確、充分完整地識(shí)別，留下安全隱患。

而BIM為建筑施工安全管理提供了新的思路，其優(yōu)勢(shì)可以體現(xiàn)在安全管理的各個(gè)階段和各個(gè)方面。BIM技術(shù)能夠通過資料共享，形成一個(gè)關(guān)于本工程的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，幫助實(shí)現(xiàn)全生命周期的管理，使管理質(zhì)量得到提升，管理方案得到優(yōu)化，最終使安全得到保障。利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程模擬、碰撞檢測(cè)以及進(jìn)行可視化安全教育，能大大提高安全管理水平。其優(yōu)勢(shì)也可以概括為幾個(gè)方面，即“可見性”“可模擬性”“非靜態(tài)性”“協(xié)作性”和“迭代性”。

2.3 BIM在安全管理中的應(yīng)用

2.3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)布置

對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)，尤其是有創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)的工程，現(xiàn)場(chǎng)布置合理有序至關(guān)重要。需要綜合考慮材料、設(shè)備機(jī)具、安全通道、作業(yè)區(qū)等的布置。隨著BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣與應(yīng)用，大批國(guó)產(chǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)布置軟件嶄露頭角，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的成效。以廣聯(lián)達(dá)的相關(guān)軟件為例，其能夠結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)信息和實(shí)際項(xiàng)目需求進(jìn)行模型的生成，并利用優(yōu)于二維圖紙的三維可視化效果，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)深入細(xì)致地進(jìn)行合理性評(píng)估與分析，優(yōu)化布置方案、消除不安全因素從而防患于未然。

2.3.2 危險(xiǎn)源識(shí)別

要做好項(xiàng)目安全管理策劃，危險(xiǎn)源的準(zhǔn)確識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)的有效控制無疑是重中之重?，F(xiàn)場(chǎng)檢查臨邊危險(xiǎn)的傳統(tǒng)方法是依靠安全員等現(xiàn)場(chǎng)觀察，因此較容易受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜施工環(huán)境影響，導(dǎo)致危險(xiǎn)源遺漏。應(yīng)用BIM技術(shù)可結(jié)合常見的危險(xiǎn)源類別和本項(xiàng)目的實(shí)際信息，建立規(guī)范的安全防護(hù)模型導(dǎo)入到revit等模型中，制訂并不斷完善防控措施。例如，對(duì)于土方開挖過程中的違規(guī)操作和防護(hù)不到位造成的坍塌，可以利用BIM相關(guān)軟件進(jìn)行開挖前的施工模擬，規(guī)劃合理的開挖順序，并做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)于臨邊防護(hù)作業(yè)中違規(guī)操作或防護(hù)不到位造成的高墜事故，可以應(yīng)用BIM技術(shù)提前對(duì)模型的防護(hù)部位進(jìn)行識(shí)別檢查，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施防護(hù)到位，實(shí)時(shí)跟蹤。

2.3.3 塔吊沖突管理

為在塔吊布置時(shí)能夠細(xì)致全面地考慮各個(gè)因素，避免交叉碰撞等事故的產(chǎn)生，可以在軟件中設(shè)置一系列參數(shù)，如運(yùn)行時(shí)間和軌跡參數(shù)等，對(duì)塔吊的運(yùn)行進(jìn)行模擬分析，結(jié)合分析結(jié)果，迭代修改塔吊的運(yùn)行方案，確保消除隱患。

2.3.4 施工場(chǎng)地動(dòng)態(tài)布置

傳統(tǒng)的場(chǎng)地布置方式是二維的、靜態(tài)的，隨著越來越多的項(xiàng)目單體較多、施工作業(yè)交叉頻繁，發(fā)生機(jī)械、車輛運(yùn)行時(shí)與臨建碰撞事故的可能性越來越大。因此，在三維模型中放置機(jī)械、車輛等模型，檢查是否與臨建、堆場(chǎng)等發(fā)生潛在碰撞，已是合理場(chǎng)布、科學(xué)規(guī)劃的最優(yōu)方法。

2.3.5 綜合管線碰撞

管線碰撞和洞口預(yù)留一直是施工現(xiàn)場(chǎng)的重大問題，往往造成工期拖延、成本增加等重大的后果。利用常用的Navisworks集成各專業(yè)模型后，借助可視化的BIM模型，進(jìn)行碰撞測(cè)試，可根據(jù)測(cè)試結(jié)果提前做出管線避讓和預(yù)留洞口優(yōu)化方案，創(chuàng)造良好的效益。

2.3.6 安全交底教育

突破傳統(tǒng)的安全交底和教育模式，采用更直觀、更高效的BIM動(dòng)畫技術(shù)交底，可以再現(xiàn)真實(shí)的施工場(chǎng)景，達(dá)到身臨其境的效果，能夠讓施工人員更加明晰危險(xiǎn)源和需要關(guān)注的地方。還可以在各個(gè)部位粘貼二維碼信息，利用云平臺(tái)根據(jù)工期進(jìn)度實(shí)時(shí)更新危險(xiǎn)源等信息。

3 結(jié)論與展望

隨著越來越多的施工項(xiàng)目具備工程量大、交叉作業(yè)頻繁、施工時(shí)間跨度大等特點(diǎn)，在未來施工安全管理面臨的挑戰(zhàn)也會(huì)越來越大，需要先進(jìn)的管理理念和技術(shù)工具來加強(qiáng)安全管理，降低項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)。而BIM的理念以及相關(guān)的技術(shù)無疑會(huì)擔(dān)任起這一歷史使命。就目前而言，BIM已經(jīng)在安全管理當(dāng)中發(fā)揮了重要作用，但是也需要意識(shí)到，BIM技術(shù)還有許多不成熟之處和應(yīng)用局限，仍需科研人員、管理人員和現(xiàn)場(chǎng)一線工程人員共同努力推進(jìn)BIM技術(shù)的更新迭代。