基于BIM技術(shù)的充電站施工過程安全管理研究

楊茜 王正權(quán)

摘要：電動汽車充電站的施工過程，涉及多種建筑工程施工信息的融合，施工過程安全隱患較多；BIM技術(shù)由于其信息融合能力及過程可視化仿真能力已廣泛應(yīng)用于施工過程進(jìn)行安全管理。本文介紹了充電站施工過程的特點(diǎn)和關(guān)鍵要素，對充電站施工過程危險源進(jìn)行了分類，并對成因進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，為制定充電站安全施工組織方案及完善BIM技術(shù)在施工過程安全管理方面的應(yīng)用提供了參考。

Abstract： The construction process of electric vehicle charging station involves many construction engineering information， so there are many hidden dangers in the construction process. Due to its ability to information fusion and process visualization simulation， BIM （Building Information Modeling） technology has been widely used to manage the safety of construction process. The characteristics and key elements of the charging station construction process are summarized， and the dangerous sources in the construction process of charging station are classified. On this basis， the construction process safety management system of charging station based on BIM， which provides a reference for the establishment of the safety construction organization plan of the charging station and the application of the BIM technology in the safety management of the construction process.

關(guān)鍵詞：BIM；充電站；施工；安全管理

Key words： Building Information Modeling （BIM）；charging station；construction；safety management

中圖分類號：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0078-03

0 引言

隨著能源枯竭、環(huán)境污染等問題的日益突出，電動汽車的發(fā)展成為大勢所趨，其保有量也逐年攀升，電動汽車充電站作為電動汽車推廣運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，其需求量也隨之增加。為了加快充電站的建設(shè)，我國政府制定了一系列的政策以指導(dǎo)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并預(yù)計到2020年，新增集中式電動汽車充換電站超過1.2萬座[1]。充電站的施工過程，不僅涉及到傳統(tǒng)建筑土建工程施工、低壓電氣工程等要素，同時也涉及到高壓變換電設(shè)備施工、充電專用設(shè)備、信息采集系統(tǒng)及人機(jī)防護(hù)裝置等的施工，涉及多個學(xué)科及多種建筑工程施工信息的融合，施工過程復(fù)雜，安全隱患較多[2]。如何采取有效手段，制定合理的充電站施工方案，保障施工過程安全，有效防范安全事故，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3，4]。

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[5]。由于其具有信息的融合性、模擬性、可視化性等顯著優(yōu)點(diǎn)，在建筑施工過程中可以顯著提高多領(lǐng)域信息協(xié)調(diào)能力，并能合理規(guī)劃施工組織方案，完善施工過程人員、材料、過程的安全管理[5，6]。因此，本文首先分析充電站施工過程的技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵要素，其次對充電站施工過程危險源進(jìn)行分類，并對成因進(jìn)行分析；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，分析BIM技術(shù)在電動汽車充電站施工過程中人員管理、施工過程危險源的管理、安全施工方案管理、施工過程動態(tài)監(jiān)控及安全施工流程管理、施工安全案例數(shù)據(jù)庫管理等的創(chuàng)新應(yīng)用，為優(yōu)化充電站安全施工組織方案、保障充電站施工過程安全及完善BIM技術(shù)在施工過程安全管理方面的應(yīng)用提供參考。

1 充電站施工過程的特點(diǎn)

充電站施工過程不僅涉及到傳統(tǒng)建筑施工的要素，而且涉及電力工程施工、高壓變電設(shè)備施工、高壓大電流電纜施工、多種專用設(shè)備施工等[2，7]，因此呈現(xiàn)獨(dú)有的施工特點(diǎn)：①專業(yè)跨度大。充電站的建設(shè)施工屬于專用基礎(chǔ)設(shè)施施工，施工過程涉高低壓電氣、土建、配電、配線、消防、安防等領(lǐng)域，專業(yè)跨度較大。②人員素質(zhì)要求高。充電站的施工過程要求施工人員不僅具備土建，水電等傳統(tǒng)施工技術(shù)，而且需要具備或了解相應(yīng)的充電站公共設(shè)施施工法律法規(guī)及電氣、配線、電磁防護(hù)、防水絕緣、信息系統(tǒng)等方面的知識，素質(zhì)要求較高。③需要多工種協(xié)同交叉施工。充電站施工過程，常常出現(xiàn)多工種同時施工或交叉施工的情況，施工過程需要多個工種交接或多次交接完成。④專業(yè)設(shè)備多。充電站施工過程涉及的充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、支付系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等所需專業(yè)設(shè)備較多，安裝調(diào)試過程復(fù)雜，且占施工過程的周期也較長，存在的安全隱患也較多。⑤安全風(fēng)險高，管理難度大。充電站施工過程涉及的專業(yè)、設(shè)備眾多，特別是涉及到各種高低壓電氣施工調(diào)試。因此，存在的安全因素復(fù)雜，施工過程安全風(fēng)險高，管理難度大。

2 充電站施工過程危險源的分類及成因分析

根據(jù)充電站施工過程的特點(diǎn)將充電站施工過程的危險源進(jìn)行了分類，如圖1所示。由圖1可知，充電站施工過程的危險源主要包括：①物體打擊，如施工過程的飛石、材料及工器具等的高空跌落等；②工器具及設(shè)備失效及操作不當(dāng)?shù)臋C(jī)械傷害；③充電專用設(shè)備吊裝，雨棚吊裝、變電設(shè)備吊裝等作業(yè)過程的起重傷害；④高低壓電氣安裝過程，充電設(shè)備調(diào)試過程，用電設(shè)備的帶電操作過程等的觸電；⑤坍塌，如腳手架、雨棚、電纜桁架、墻體等的倒塌，線纜溝道等的坍塌；⑥高空電纜鋪設(shè)、設(shè)備安裝等作業(yè)過程的人員墜落；⑦特種車輛作業(yè)過程中的傷害；⑧其他不可預(yù)測的隨機(jī)性傷害等。根據(jù)以上危險源產(chǎn)生的要素，其成因主要可分為四類：1）人的原因，如機(jī)械傷害，觸電，墜落等多是由于人的疾病、疏忽或不規(guī)范操作等造成；2）物的原因，如設(shè)備失效，材料缺陷，防護(hù)缺陷等；3）管理方面的原因，如工種交接不清楚，安全管理不到位，電氣調(diào)試缺乏完善的施工流程管理，人員操作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等；4）環(huán)境方面的原因，主要包括天氣、濕度的影響，光照亮度的影響，噪聲等的影響。

3 基于BIM的充電站施工過程安全管理體系的構(gòu)建

根據(jù)電動汽車充電站施工過程的特點(diǎn)及危險源的成因，基于BIM集成平臺構(gòu)建了充電站施工過程安全管理體系，如圖2所示。由圖2可知，基于BIM的充電站施工過程安全管理體系充分利用了BIM平臺如Autodesk Revit，Bently，BIM5D等的信息融合功能[8]，將充電站施工過程的模型數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)、項(xiàng)目要求進(jìn)行整合，并利用BIM集成平臺的模擬性、可視性、優(yōu)化性等特點(diǎn)進(jìn)行施工方案細(xì)化、碰撞檢測、危險源辨識、施工過程監(jiān)控，施工流程控制，施工過程安全案例記錄等[5]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對人員、危險源、施工方案、施工流程、施工安全案例的管理。

3.1 人員管理

基于BIM平臺的人員管理主要包括：人員的安全教育、施工前的操作培訓(xùn)、項(xiàng)目施工方案培訓(xùn)、施工人員安防培訓(xùn)、施工過程人員的素質(zhì)評估及管理等。主要利用BIM的可視化及模擬性功能，在施工前對施工人員進(jìn)行安全可視化的教育，從視覺上了解整個施工過程的流程方案、施工細(xì)節(jié)及可能存在的安全隱患及相應(yīng)的預(yù)防措施。同時針對每個施工人員建立獨(dú)立檔案，進(jìn)行跟蹤記錄、素質(zhì)評估、崗位匹配度管理，以保障施工過程的安全。

3.2 施工過程危險源的管理

充電站施工過程涉及的施工材料較多，施工工序較復(fù)雜，因此需要借助BIM平臺的信息數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫對施工過程的現(xiàn)場信息、材料信息、充電設(shè)備信息、配電設(shè)備信息進(jìn)行提取，明確其失效模式及可能存在的危險，并結(jié)合腳手架模型、充電樁模型、線纜模型等的特征，采用模擬施工識別施工過程中的危險源并分類進(jìn)行管理。

3.3 安全施工方案管理

充電站安全施工方案管理流程如圖3所示，由圖3可知，充電站安全施工方案的管理過程包括施工組織方案制定、施工方案模擬實(shí)施、施工過程危險源識別及制定相應(yīng)的防護(hù)措施、組織方案可行性評估的循環(huán)優(yōu)化過程。通過BIM平臺的4D或5D可視化虛擬施工，可以直觀的了解整個組織方案的實(shí)施流程、工段交接細(xì)節(jié)、高低壓配線走向、充放電設(shè)備安裝調(diào)試信息、過程工器具的操作空間等，進(jìn)而識別施工過程的危險源，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施。通過對優(yōu)化后的施工組織方案進(jìn)行評估確認(rèn)是否滿足項(xiàng)目及安全施工的要求，如存在風(fēng)險則進(jìn)行新一輪的施工方案優(yōu)化，以保障實(shí)際執(zhí)行的施工組織方案同時滿足項(xiàng)目設(shè)計要求及施工可行性、安全性要求。

3.4 施工過程動態(tài)監(jiān)控及安全施工流程管理

施工過程動態(tài)監(jiān)控及安全施工流程管理是充電站施工安全管理中的重要環(huán)節(jié)?；贐IM的信息集成技術(shù)及開放式接口，可以通過現(xiàn)場視頻、遠(yuǎn)程監(jiān)控等手段方便的對現(xiàn)場實(shí)時施工信息進(jìn)行采集、分析及過程管理。同時，通過數(shù)字化手段，將充電站施工過程中的作業(yè)流程、工藝檔案、充放電設(shè)備調(diào)試順序、工種入場出場交接清單等電子化，并進(jìn)行集中式管理，分級審批，進(jìn)而達(dá)到對施工流程安全管理的目的。

3.5 施工安全案例數(shù)據(jù)庫管理

以BIM集成平臺為依托，通過對充電站施工過程安全案例信息如充電專用設(shè)備的安裝調(diào)試過程的失效模式信息、工器具實(shí)用過程的安全事故等進(jìn)行收集、歸納、整理，并以數(shù)據(jù)庫的方式保存，不僅方便檔案文件保管、安全施工知識積累，而且為后續(xù)施工人員安全培訓(xùn)，施工組織方案制定等提供了素材和參考，以避免后續(xù)施工過程出現(xiàn)同樣的安全事故。

4 結(jié)語

目前，電動汽車還處于推廣運(yùn)營階段，電動汽車充電站的建設(shè)也處于初期，可借鑒的施工組織方案及安全案例較少，保障施工過程安全的難度較大。BIM技術(shù)由于其信息融合能力及過程仿真能力已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的施工過程，對施工過程進(jìn)行管理，保障施工過程安全。本文構(gòu)建了基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，從充電站施工過程中人員管理、施工過程危險源的管理、安全施工方案管理、施工過程流程管理、安全案例管理等方面介紹了具體的管里內(nèi)容及方法，為制定充電站安全施工組織方案、保障充電站施工過程安全及完善BIM技術(shù)在施工過程安全管理方面的應(yīng)用提供了參考。

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