BIM 云技術(shù)在建筑施工安全管理中的應(yīng)用

■ 肖木峰 XIAO Mufeng 李 波 LI Bo 祁 航 QI Hang

0 引言

近年來，BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多也越來越成熟，特別是在建筑工程施工的安全管理上。目前，BIM 有3 種應(yīng)用模式：①私有級的BIM，用戶在購買相關(guān)BIM 軟件后，可在自己的終端上對BIM 信息進行處理、查看和修改模型，且相關(guān)數(shù)據(jù)由個人儲存并維護；②企業(yè)級的BIM，企業(yè)擁有一個集中儲存和管理模型信息的終端平臺，且企業(yè)內(nèi)的每個用戶依然擁有自己的終端；③在云技術(shù)和BIM 技術(shù)的結(jié)合下，出現(xiàn)了第三種基于云技術(shù)的BIM，可以向每個用戶(包括個人和企業(yè))提供有關(guān)基于云的BIM 服務(wù)平臺，讓各參與方、各專業(yè)BIM 模型的集成交互和協(xié)同管理更加便捷。本文將圍繞BIM 云技術(shù)的應(yīng)用展開討論。

1 現(xiàn)階段BIM 軟件使用時發(fā)現(xiàn)的問題

1.1 不同BIM 主流軟件有不同的模型數(shù)據(jù)格式

如表1 所示，目前使用的這些主流BIM 軟件由不同公司開發(fā)，軟件儲存格式完全不一樣，且相互之間的轉(zhuǎn)換比較困難，這就對不同軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞和交互產(chǎn)生了一定的難度，使得建筑設(shè)計模型在兼容上存在一定的不足；而BIM 在協(xié)同工作時，缺乏一個共同的數(shù)據(jù)處理方法，也使信息交流變得困難。

表1 主流BIM 軟件

1.2 信息量龐大

使用BIM 軟件時，會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)和信息量，特別是在施工階段，其數(shù)據(jù)文件大小可輕松達到幾十個或上百個GB。由于BIM 軟件與計算機硬件的遠程操作至關(guān)重要，需要為個人或企業(yè)客戶端配置昂貴的高性能移動工作站或桌面計算機；即便如此，當用戶需要開啟多個BIM 文件時，也是困難且不便的。在澳大利亞，相關(guān)人員曾運用類似DMS(文件管理系統(tǒng))的方式來解決此類問題：將BIM文件傳至服務(wù)器上共享，用戶可依據(jù)權(quán)限上傳和下載此文件。

1.3 信息安全難以保證

從安全角度來看，目前的BIM技術(shù)是以數(shù)字化及可視化技術(shù)作為信息整合管理開發(fā)的技術(shù)，需要在多樣化的信息參與者、不同部門和不同案件的同時操作下，提供許可授權(quán)與防火墻。因此，當前面臨的主要挑戰(zhàn)之一，就是如何在安全條件下，快速、準確地取得許可信息，進行實質(zhì)性工作。

2 BIM 云技術(shù)和BIM 云平臺的優(yōu)勢

2.1 降低BIM 硬件投入成本

從勘測到設(shè)計，再到施工，甚至到后期運營管理，當項目全過程使用BIM 技術(shù)或者軟件時，就會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，相應(yīng)地，對計算機存儲和計算分析能力的要求也更高，再加上版本升級和新增功能，迫使用戶在硬件上投入的成本越來越多；而BIM 云技術(shù)能夠很好地解決這一問題。在云技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過將BIM 數(shù)據(jù)虛擬化處理并轉(zhuǎn)化為虛擬化儲存，可以提升原有計算機或服務(wù)器的計算能力，不會造成投入浪費。用戶將數(shù)據(jù)等資源儲存到云端后，在BIM 云平臺中運用云計算強大的數(shù)據(jù)處理和計算能力，可以快速計算、處理和分析數(shù)據(jù)，反饋給客戶。

2.2 加強項目各方之間的協(xié)同工作

協(xié)同工作是指多個主體針對同一目標進行協(xié)調(diào)工作的過程和能力。對于建筑工程，項目能否高效、順利地完成與協(xié)同工作有直接關(guān)系；而參與此項目的人員、多個單位、多個專業(yè)、多個利益相關(guān)方加上項目地點分散等，對協(xié)同工作的展開造成了一定的困難?；谠萍夹g(shù)的BIM 可以形成一種新的溝通模式，降低各項目參與方之間協(xié)同工作的難度，使項目各方用同一BIM 模型進行溝通交流。任何一個參與方在對BIM 模型進行修改后，其他參與方也能實時看到修改的內(nèi)容，進而對己方工作內(nèi)容做出調(diào)整（圖1）。

2.3 提高信息實時共享效率

運用云技術(shù)，項目管理方可以把與項目有關(guān)的文件和模型信息上傳到云端，結(jié)合一個統(tǒng)一的模型和相關(guān)文檔，各參與方可在此基礎(chǔ)上進行交流，將現(xiàn)場施工和模型修改的信息都反饋給BIM 云平臺并及時進行調(diào)整，從而保證各參與方能夠方便、安全、準確、高效地共享工程信息和交流，最大限度地減少傳統(tǒng)信息溝通方式中準確性低和效率低的問題[1]。

2.4 BIM 技術(shù)使用更加便捷

云技術(shù)改變了傳統(tǒng)使用BIM 系統(tǒng)的方式。用戶在沒有安裝相關(guān)BIM軟件的情況下，可以通過瀏覽器或其他客戶端系統(tǒng)使用BIM；BIM 軟件提供的所有功能BIM 云系統(tǒng)同樣都能提供。同時，使用移動終端的BIM 系統(tǒng)可以隨時隨地查看、編輯和注釋建筑項目。每個項目的參與者可以通過自己的手機或平板電腦等移動設(shè)備，輕松地登陸和瀏覽云平臺工程模型和審批情況，標記和溝通與模型相關(guān)的文件，從而為跨專業(yè)和遠程辦公協(xié)作提供了極大的便利[1]。

2.5 加快軟件運算和數(shù)據(jù)處理的速度

圖1 云+BIM 系統(tǒng)模型

云技術(shù)最大的一個優(yōu)勢就是云計算能力。在建筑工程項目中，運用BIM 技術(shù)可能要處理大量數(shù)據(jù)，通過計算、分析得出最優(yōu)方案，或者降低安全事故發(fā)生的幾率，這些數(shù)據(jù)如果只是單人或者單臺終端來處理，工作量大且速度慢，通過云計算則能夠比較快速、高效、準確地對數(shù)據(jù)進行處理。

3 BIM 云技術(shù)在建筑項目安全管理中的應(yīng)用

在整個項目中，所有參與方產(chǎn)生的BIM 模型、數(shù)據(jù)和其他一些資料都在同一個BIM 云平臺上，每一個參與單位根據(jù)不同的工作內(nèi)容，擁有相應(yīng)的BIM 云子平臺，如BIM 項目設(shè)計子平臺、BIM 政府審批子平臺等（工作原理類似于軟件中分圖層）。在施工管理的子平臺中，創(chuàng)建一些信息或數(shù)據(jù)庫來采集施工前和施工時的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析，以指導(dǎo)施工（圖2）。

3.1 項目流程中的協(xié)同工作

在項目流程中，各工作單位把自己處理的數(shù)據(jù)、模型等傳輸?shù)紹IM云平臺上，實時更新，各單位數(shù)據(jù)共享，達到協(xié)同工作的目的。很多傳統(tǒng)建筑項目中的各參與單位彼此之間比較獨立，或者聯(lián)系不是很密切，一旦發(fā)現(xiàn)問題，需要聯(lián)系相關(guān)單位進行溝通和處理，且一處的改動可能會牽連很多處，各方聯(lián)系速度慢且效率低。通過BIM 云平臺可以很好地解決這個問題。在施工中發(fā)現(xiàn)問題后，將問題通過子平臺傳輸?shù)巾椖康腂IM 云平臺；待云平臺識別需要修改的內(nèi)容后，再發(fā)送到相關(guān)單位的子平臺；修改完成后，云平臺會將項目所有的數(shù)據(jù)進行更新（以修改后的為準）。若之后其他相關(guān)單位也需要對數(shù)據(jù)或模型進行改動，BIM 云平臺也會發(fā)送相應(yīng)的信息，待所有單位修改完畢后，再傳輸給施工單位。

3.2 風(fēng)險源數(shù)據(jù)庫

（1）通過BIM 云平臺中的風(fēng)險源數(shù)據(jù)庫，可收集以往工程安全事故的案例及事故原因，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析。從網(wǎng)上或通過其他的一些途徑找到以前發(fā)生安全事故的案例，然后傳輸?shù)紹IM 云子平臺中進行分類（可以根據(jù)事故發(fā)生的原因如人工事故、機械事故或材料不合格等分類），加以統(tǒng)計后，分析即將開始的施工項目是否存在類似可導(dǎo)致安全事故的因素，再反饋給施工單位。施工單位可根據(jù)反饋過來的結(jié)果對施工方案進行調(diào)整；同時，可以組織施工人員學(xué)習(xí)以前的安全事故案例，以達到提前警示的作用。

（2）利用BIM 模型對施工過程中的管線碰撞、機器移動等進行模擬，將可能導(dǎo)致安全事故的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM 云子平臺中進行集中分析和處理，分析事故原因（是設(shè)計因素、機器操作錯誤或是其他原因）后再反饋給施工單位，以便能根據(jù)結(jié)果做出相應(yīng)反應(yīng)。如果得出的結(jié)果是設(shè)計因素，施工單位將結(jié)論傳輸?shù)巾椖緽IM云平臺后，設(shè)計單位會做出相應(yīng)的修改；如果是機器操作因素，則將相應(yīng)的數(shù)據(jù)給操作人員看，以達到提醒的目的。

3.3 實時建筑數(shù)據(jù)庫

圖2 BIM 云技術(shù)項目安全管理基本框架

盡管BIM 軟件可以通過建立模型對項目進行模擬施工，但在實際施工過程中，或多或少會與模擬時有一定的偏差，不能百分百達到與模擬施工相同的結(jié)果，這種情況下，發(fā)生安全事故的幾率也會有所增加。通過對項目施工部分的測量和檢查，將施工現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM 云子平臺中，把實際數(shù)據(jù)與模型中的數(shù)據(jù)進行對比，并將模型中的數(shù)值修改成實際采集得來的值；再分析其是否會產(chǎn)生安全事故，如果會，則必須在實際中對此處進行修改。這樣可以降低由于實際施工與理論模型產(chǎn)生誤差而引發(fā)安全事故的風(fēng)險[2]（圖3）。

3.4 BIM 5D 施工模型庫

利用BIM 軟件可視化和模擬施工的優(yōu)勢，先把要進行施工的模型建造出來，再在BIM 軟件中對施工過程進行模擬。在這過程中，可以把工程計劃施工這段時間的氣候狀況（可以是以前的平均數(shù)據(jù)，也可以是預(yù)報）等數(shù)據(jù)引入到模擬施工過程中，分析氣候狀況對施工安全性的影響，得到可能引發(fā)安全事故的風(fēng)險源數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)紹IM 云平臺進行處理和總結(jié)；然后，對施工方案進行優(yōu)化，并指導(dǎo)施工人員在實際施工中不同氣候狀況下應(yīng)注意的事項，以規(guī)避風(fēng)險（圖4）。

3.5 工人實時體征信息庫

圖3 施工現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集驗證

圖4 模擬施工

目前，建筑工程施工的主體依舊是建筑工人。每天高強度的工作使他們的身體承受了極大的負荷，一旦身體支持不住就可能發(fā)生安全事故。在實際施工中，可以向工人發(fā)放功能類似Apple Watch 或比Apple Watch 功能更強大的手表、手環(huán)或其他工具，以實時監(jiān)測他們的基本體征數(shù)據(jù)，并將每個人的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM 云平臺進行分析和處理。在BIM 云平臺中，對各項體征數(shù)據(jù)設(shè)定最低安全值或最高安全值（一些數(shù)據(jù)越高越危險），一旦低于或超過這個安全值，立即向監(jiān)管人員和工人本人發(fā)送警告信息，并立即停止工作，避免發(fā)生安全事故。

4 結(jié)語

借助BIM 云平臺技術(shù)，可以綜合管理不同類型的BIM 數(shù)據(jù)，這大大提高了各單位協(xié)同工作和信息共享的能力。在項目安全管理方面，通過對施工采集的不同數(shù)據(jù)集中的處理和分析，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)風(fēng)險源并采取措施，從而達到降低安全事故發(fā)生概率的目的。