BIM—RFID技術(shù)在建筑施工安全控制中的應(yīng)用研究

周盛世 宋謙 張寧 吳廣奇 侯蕊

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展，人們對(duì)于住房的需求也越來(lái)越大，從而拉動(dòng)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展。但是在建筑施工過(guò)程中卻同樣存在諸多的安全隱患和問(wèn)題，如何對(duì)建筑施工過(guò)程中的安全問(wèn)題進(jìn)行有效的規(guī)避，顯然是眾多企業(yè)多年來(lái)力求解決的問(wèn)題。通過(guò)利用BIM與RFID技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用，可以有效地對(duì)施工安全問(wèn)題進(jìn)行控制和處理，達(dá)到加快施工進(jìn)度、降低施工成本和提高施工安全性，實(shí)現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)高效率、高安全、高智能的目標(biāo)。

Abstract： With the rapid development of economy and society， people's demand for housing is also growing， which will promote the vigorous development of the construction industry. However， there are also many safety hazards and problems in the construction process. How to effectively avoid the safety problems in the construction process is obviously a problem that many enterprises have been trying to solve for many years. By the application of BIM and RFID technology in building construction， it is possible to effectively control and handle construction safety problems， speed up construction progress， reduce construction cost and improve construction safety， and achieve high efficiency， high safety and high intelligence of construction site.

關(guān)鍵詞：施工安全；BIM和RFID技術(shù)；高效率；智能化

Key words： construction safety；BIM and RFID technology；high efficiency；intelligent

中圖分類(lèi)號(hào)：0TU714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0215-03

0 引言

在建筑行業(yè)下，施工安全問(wèn)題一直困擾著各大施工企業(yè)。在過(guò)去的幾十年中，也出現(xiàn)過(guò)各種各樣的預(yù)防措施以及安全處理對(duì)策，但是都無(wú)法有效地規(guī)避施工安全問(wèn)題，從而安全事故和糾紛仍然頻頻發(fā)生。近年來(lái)，BIM與RFID技術(shù)的興起與發(fā)展并被初步應(yīng)用到建筑施工中，為減少或避免施工過(guò)程中出現(xiàn)的安全問(wèn)題。常春光等研究了BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑施工過(guò)程管理中的應(yīng)用，探討了集成的BIM-RFID系統(tǒng)在施工中相關(guān)安全應(yīng)用的過(guò)程[1]。張家昌等探討了BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期管理中的應(yīng)用，促進(jìn)了建筑項(xiàng)目全壽命周期管理的合理化和科學(xué)化，有效減少了施工過(guò)程中的安全事故的發(fā)生[2]。在信息化時(shí)代的大背景下，BIM-RFID技術(shù)與建筑施工安全控制相結(jié)合不僅是一種規(guī)避安全事故的創(chuàng)新方法，也是建筑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 BIM與RFID技術(shù)的工作原理

BIM技術(shù)就是把建設(shè)工程項(xiàng)目的各相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，建立建筑模型，然后運(yùn)用數(shù)字信息仿真模擬建筑物所包含的全部信息[2]。BIM技術(shù)經(jīng)過(guò)發(fā)展逐漸應(yīng)用于建筑施工作業(yè)以及其他各方面，為建筑業(yè)帶來(lái)新一輪的技術(shù)革命。經(jīng)過(guò)不斷的探索與實(shí)踐，BIM技術(shù)在建筑施工安全中的工作原理是通過(guò)BIM施工模擬，將整個(gè)施工過(guò)程預(yù)先在計(jì)算機(jī)上采用5D模型進(jìn)行模擬實(shí)際施工操作，在模擬過(guò)程中對(duì)于易發(fā)生或可能發(fā)生危險(xiǎn)的點(diǎn)或工序進(jìn)行標(biāo)記，然后將此信息集合到BIM信息中心進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)實(shí)際進(jìn)行施工時(shí)，BIM信息中心將會(huì)把信息傳遞過(guò)去，與其他數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，發(fā)出預(yù)警規(guī)避危險(xiǎn)。

RFID技術(shù)是一種與生活息息相關(guān)的無(wú)線電波通信技術(shù)，不需要識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立光學(xué)或者機(jī)械接觸就能通過(guò)無(wú)線電波識(shí)別特定目標(biāo)并顯示其所包含的相關(guān)信息[2]。近年來(lái)，RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)被大家所關(guān)注，并逐漸被發(fā)展運(yùn)用到建筑行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。Yang等人曾在文章中提出一個(gè)基于RFID技術(shù)的危險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)，用來(lái)規(guī)避施工現(xiàn)場(chǎng)的安全事故以及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理[3]。

2 BIM與RFID技術(shù)在施工安全中的評(píng)價(jià)分析

2.1 BIM與RFID技術(shù)下施工安全控制模式運(yùn)行機(jī)制

BIM與RFID技術(shù)的結(jié)合并應(yīng)用到建筑施工過(guò)程中，對(duì)施工過(guò)程中的人員和建筑質(zhì)量的安全起到非常重要的作用。將BIM與RFID進(jìn)行集成，構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，用于解決目前施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)空白或者手工錄入紙質(zhì)傳遞、施工方一方主導(dǎo)、憑經(jīng)驗(yàn)管理、信息傳遞不及時(shí)和溝通不順暢等問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)施工安全的自動(dòng)化、信息化、可視化、全程性的高效預(yù)警監(jiān)控[4]。BIM通過(guò)施工前的虛擬施工，對(duì)將要進(jìn)行施工的建筑建造過(guò)程進(jìn)行全尺寸、全方位、全過(guò)程的五維數(shù)字化模擬，并把屬性、時(shí)間、技術(shù)參數(shù)、管理要求等信息、維度附加到數(shù)字化模型中，形成完整的多維施工模型，真實(shí)的展現(xiàn)建筑施工過(guò)程[5]。RFID技術(shù)主要是通過(guò)建立應(yīng)答器（芯片）、閱讀器、軟件系統(tǒng)之間的無(wú)線聯(lián)系，閱讀器利用無(wú)線電波進(jìn)行芯片信息的有效識(shí)別，然后將識(shí)別的信息傳回軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，若發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源或者靠近危險(xiǎn)物將會(huì)把信息傳遞到BIM信息中心，BIM信息中心將根據(jù)危險(xiǎn)類(lèi)別向軟件系統(tǒng)傳達(dá)出不同等級(jí)的預(yù)警信息，軟件系統(tǒng)再將預(yù)警信息向帶有警報(bào)裝置（警報(bào)裝置可安裝于安全帽上）的施工人員進(jìn)行信息傳遞，從而可以使施工人員能夠采取有效的措施去避免危險(xiǎn)的發(fā)生。相比較陳永鋒等提出的基于RFID -WSN在建筑施工安全管理中的利用RFID進(jìn)行跟蹤射頻識(shí)別并通過(guò)WSN進(jìn)行預(yù)警[6]，BIM-RFID技術(shù)組成的安全預(yù)警系統(tǒng)裝置，整個(gè)過(guò)程通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電波進(jìn)行信息傳遞，能夠更加迅速地應(yīng)對(duì)所出現(xiàn)的危險(xiǎn)，從而達(dá)到規(guī)避危險(xiǎn)的目的。

2.2 BIM-RFID預(yù)警系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

BIM與RFID技術(shù)是新型的信息傳遞和儲(chǔ)存手段，能夠利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的運(yùn)行、儲(chǔ)存、分析、計(jì)算處理。并且利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行建筑工人定位、危險(xiǎn)源監(jiān)控和施工活動(dòng)管理[7]。該系統(tǒng)與其他安全預(yù)警系統(tǒng)相比，擁有其獨(dú)特的特點(diǎn)，并且因?yàn)椴捎肂IM和RFID技術(shù)相結(jié)合，所以具有一系列其他系統(tǒng)裝置所不具備的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將BIM-RFID技術(shù)與建筑施工安全相結(jié)合，能夠在施工安全控制中發(fā)揮重要的作用，是建筑行業(yè)目前的一大技術(shù)革新，也是對(duì)于施工安全的一大重要保障。

BIM-RFID預(yù)警系統(tǒng)裝置使得施工安全控制有以下特點(diǎn)：①非接觸式信息讀取，不受遮擋物影響；②能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)儲(chǔ)存信息的芯片，信息讀取便捷；③可以重復(fù)循環(huán)使用，不受污染；④全過(guò)程、全方位無(wú)線信息傳遞，方便快捷；⑤預(yù)警以及處理過(guò)程智能化。

BIM-RFID預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于建筑施工中的安全控制有著以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠提前預(yù)判危險(xiǎn)源的存在并進(jìn)行標(biāo)記，儲(chǔ)存相應(yīng)的信息于芯片中；②系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單，使用方便可持續(xù)利用；③信息收集以及傳遞不閉塞，能夠精確到具體位置，對(duì)于避免危險(xiǎn)提供更加詳細(xì)的信息；④能夠降低施工成本和施工風(fēng)險(xiǎn)；⑤提高施工效率，加快施工進(jìn)度，縮短工期。

2.3 BIM與RFID技術(shù)下施工安全控制存在問(wèn)題及建議

對(duì)于目前施工現(xiàn)場(chǎng)安全系統(tǒng)自動(dòng)化和信息化的水平不高，參與建設(shè)的各方介入施工安全問(wèn)題的程度較低，信息的傳遞不夠順暢且信息可利用率較低等問(wèn)題，雖然BIM-RFID技術(shù)用于施工安全控制帶來(lái)諸多的益處，但是就目前應(yīng)用實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，仍然有著較多的問(wèn)題存在，使得施工中仍有安全事故的發(fā)生。存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：

①施工人員缺乏安全意識(shí)，忽視安全預(yù)警，違規(guī)進(jìn)行施工作業(yè)。安全裝置佩戴不齊，無(wú)法接收預(yù)警信息。

②項(xiàng)目部安全投入不足，不具備完整的預(yù)警系統(tǒng)，有諸多的缺陷存在。

③BIM與RFID技術(shù)應(yīng)用成本較高，諸多企業(yè)資金投入以及管理不到位，造成安裝拖延。

④安全系統(tǒng)傳遞預(yù)警信息，管理人員以及施工人員采取措施不當(dāng)或不采取任何措施繼續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)。

對(duì)于BIM-RFID安全系統(tǒng)在實(shí)際施工安全中應(yīng)用所存在的問(wèn)題，應(yīng)該積極采取相應(yīng)的措施或?qū)Σ哌M(jìn)行消除或避免問(wèn)題的發(fā)生并影響施工。有如下幾點(diǎn)建議：

①對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)教育，系統(tǒng)介紹BIM-RFID安全預(yù)警系統(tǒng)的知識(shí)，了解該系統(tǒng)的作用以及運(yùn)行機(jī)制。

②定期對(duì)每個(gè)項(xiàng)目部的安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)損壞或者缺少的部分立即進(jìn)行更換補(bǔ)全，以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

③企業(yè)加大對(duì)于施工安全的資金投入，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)人員進(jìn)行落實(shí)和不定期對(duì)項(xiàng)目上的系統(tǒng)的安裝情況進(jìn)行巡查。

④管理以及施工人員發(fā)現(xiàn)預(yù)警信息，應(yīng)立即采取正確的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行危險(xiǎn)的規(guī)避，避免無(wú)措施施工作業(yè)。

3 BIM與RFID技術(shù)在施工安全中的應(yīng)用前景

建筑業(yè)是傷亡率僅次于煤礦業(yè)的高危行業(yè)，施工作業(yè)中存在露天作業(yè)量大、時(shí)間長(zhǎng)，加之受氣候條件的影響，主要表現(xiàn)為施工流動(dòng)性大，環(huán)境變化頻繁等特點(diǎn)[8]。正是由于施工項(xiàng)目自身原因?qū)е挛ｋU(xiǎn)源種類(lèi)眾多，從而引發(fā)各類(lèi)工程施工安全事故，進(jìn)而長(zhǎng)期成為各大企業(yè)眾所擔(dān)憂的焦點(diǎn)問(wèn)題。與此同時(shí)，隨著新的科學(xué)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于建筑施工方面，施工安全問(wèn)題有所緩解。BIM與RFID技術(shù)的結(jié)合在建筑施工安全問(wèn)題中的運(yùn)用，不僅是一種技術(shù)上的革新，更是施工安全控制的一種更新?lián)Q代的偉大革命。張涇杰等人基于建筑信息模型和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了建筑工人高處墜落事故智能預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑工人實(shí)時(shí)定位和高處墜落事故智能預(yù)警[9]，從而減少了建筑工人出現(xiàn)安全事故的幾率，很大程度上避免了不必要的傷亡。從另一個(gè)角度也可以看出BIM與RFID技術(shù)在安全事故應(yīng)用中的作用和優(yōu)勢(shì)愈加明顯，在未來(lái)建筑施工安全控制中的應(yīng)用前景非?？捎^，主要可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合，能夠更好地實(shí)現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)各種信息的收集、傳遞、處理以及反饋和控制。

②BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建可靠的安全預(yù)警系統(tǒng)，可以更加智能、全方位、實(shí)時(shí)的管控施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，最大程度地規(guī)避建筑安全事故帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

③BIM和RFID技術(shù)與建筑安全控制相結(jié)合，是信息技術(shù)在建筑行業(yè)的又一次成功應(yīng)用，不僅給建筑行業(yè)帶來(lái)諸多益處，還為接下來(lái)更多信息技術(shù)應(yīng)用于建筑業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

④BIM和RFID技術(shù)在安全預(yù)警系統(tǒng)中，信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交互傳遞，可對(duì)建筑施工作業(yè)工人進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的覆蓋式定位，更加智能、安全。

當(dāng)BIM和RFID技術(shù)全面應(yīng)用于建筑施工安全中，建筑安全事故將不再是困擾國(guó)家和施工企業(yè)的問(wèn)題，施工作業(yè)將會(huì)迎來(lái)更加高效率、高安全的模式。

4 結(jié)論

基于BIM與RFID技術(shù)下構(gòu)建的施工安全預(yù)警系統(tǒng)，集合了建筑信息模型和無(wú)線傳感技術(shù)諸多優(yōu)勢(shì)，解決了建筑施工作業(yè)中安全事故頻發(fā)的問(wèn)題，打破了施工現(xiàn)場(chǎng)安全系統(tǒng)空白和信息傳遞不順暢、安全管理不當(dāng)?shù)默F(xiàn)狀，創(chuàng)造出更加文明、更加高效、更加安全、更加智能化的施工現(xiàn)場(chǎng)。

BIM和RFID技術(shù)與建筑施工安全的相結(jié)合，不僅給國(guó)家和企業(yè)消除了安全隱患，還從另一個(gè)角度折射出以BIM和RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，與施工其他方面相結(jié)合，更全面的服務(wù)應(yīng)用于建筑業(yè)，為建筑行業(yè)帶來(lái)更多的益處。隨著信息技術(shù)時(shí)代的不斷創(chuàng)新發(fā)展，BIM技術(shù)與RFID技術(shù)將更加完善，運(yùn)行機(jī)理也將面臨新一代的革新，同時(shí)將會(huì)為建筑業(yè)的施工作業(yè)、施工安全、施工運(yùn)輸、材料儲(chǔ)存等各方面帶來(lái)更大作用。

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