基于BIM技術的建設項目施工安全管理研究

姜安民，董彥辰，劉霽，劉可定，李旋，3，姚靜

(1.湖南城建職業(yè)技術學院 管理工程系，湖南 湘潭 411100；2.中南林業(yè)科技大學 土木工程學院，湖南 長沙 410004；3.長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114)

隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑業(yè)也得到了很大促進.較于其他行業(yè)，建筑業(yè)危險性較高，施工階段尤為突出，建設項目施工安全問題一直是學者們研究的重點，并取得了一定的成果.如：楊莉瓊[1]等，對BIM技術在高鐵站房施工安全控制中的應用進行研究，并指出了應用BIM技術在發(fā)現(xiàn)及預防安全隱患中的一些優(yōu)勢；劉劍興[2]基于BIM技術，對危險源控制、安全管理與安全教育三個方面進行了探索研究；楊大帥[3]對BIM技術在某群體工程施工安全管理中的應用進行研究，并結合工程實例進行分析，指出了BIM技術的適用性；謝尊賢[4]等，基于BIM-GA-BN構建了養(yǎng)老社區(qū)施工安全評價模型，并在實際工程中加以運用，找出了施工安全管理中存在的薄弱環(huán)節(jié)；齊寶庫[5]等，同樣基于BIM技術對施工現(xiàn)場安全管理進行研究，并指出該方法可以有效地解決施工過程中的工藝沖突及危險源的安全管理等一系列問題.本文通過查找相關文獻、資料對基本理論進行闡述，基于前人研究，對融入BIM技術的建設項目施工安全管理流程進行設計，并指出了本研究中存在的不足及對后續(xù)研究的展望.

1 BIM技術在建設項目施工安全管理中的適用性分析

1.1 相關概念

(1)BIM技術

BIM(Building Information Modeling)，譯為建筑信息模型，即采用數(shù)字模型表達傳統(tǒng)設計與施工的平面信息，從決策、設計、施工、運行維護到拆除的整個壽命周期，可以通過該模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞共享，該項技術有著可視化、可出圖、可模擬、可協(xié)調(diào)、可優(yōu)化等特點[6-7].BIM技術最早源于美國，由美國學者Charles Eastman提出了“建筑的描述體系”的概念，此概念的提出是BIM技術誕生的重要標志[6].

(2)施工安全管理

建筑企業(yè)施工管理過程中，施工安全管理是十分重要的一部分.施工安全管理是政府部門與施工企業(yè)采用技術及管理手段，以確保項目施工安全為目的而進行的一項管理工作.施工安全管理是一種動態(tài)管理，其管理的對象包括施工過程中涉及的人、物及環(huán)境等方面.微觀與宏觀是施工安全管理所包括的兩個層面.本文主要研究微觀層面，即基于國家的法律法規(guī)和技術標準，建筑施工企業(yè)運用各種方法手段，對生產(chǎn)過程中的安全狀況，實施有效制約的一切活動[8].

1.2 BIM技術的適用性分析

(1)BIM技術有著可視化、可模擬及可優(yōu)化的三大特點

三維可視化是BIM技術的一個重要特點，進行安全管理，識別危險源的過程中，在顯示與描述危險源時通過融入BIM技術，可以讓危險源變得更加直觀；同時，BIM技術具有模擬性，在模擬施工作業(yè)過程中，危險源很容易直接暴露，顯現(xiàn)出來；動態(tài)性及可優(yōu)化性同樣是BIM技術的重要特點，危險源在施工過程中的動態(tài)變化過程可以通過BIM技術進行演示，施工過程中可能發(fā)生的狀況能更好地反映出來，以便于不斷優(yōu)化和改進安全管理的整個過程.

(2)BIM技術可以搭建項目信息共享平臺

能否妥善協(xié)調(diào)項目參與各方，是影響建設項目施工安全管理好壞的一個決定性因素.在協(xié)調(diào)過程中，各參與方交流的順暢程度，主要受信息傳遞的時效性與信息能否共享兩方面因素決定.BIM的功能不僅僅局限于三維建模，其更重要的功能是提供了一種合理地分享數(shù)據(jù)的方法，為集成數(shù)據(jù)的分享提供了一個平臺.在安全管理的過程中，來自參與各方的信息交錯復雜，同時呈現(xiàn)出階段性、多元性.BIM技術能夠?qū)⒏鞣叫畔⑦M行整合，實現(xiàn)項目信息參數(shù)化，在個別信息變動后可以實現(xiàn)聯(lián)動，避免了因信息傳遞問題所帶來的安全隱患.

(3)BIM技術的融入是建筑業(yè)發(fā)展必然趨勢

BIM技術的融入對建筑業(yè)影響較大，帶來了機遇的同時也面臨著新的挑戰(zhàn).在建設項目管理過程中，安全管理至關重要，BIM技術在建筑業(yè)中的融入必然會滲透到安全管理的方方面面.如何將BIM技術科學合理地應用到建設項目安全管理過程中，是人們應該思考的重要問題之一，在安全管理中積極采用先進的信息技術，可以實現(xiàn)安全管理與信息化發(fā)展同步進行.

2 基于BIM技術的建設項目施工安全管理流程設計

綜合考慮BIM技術特點，同時歸納總結前人研究[1、3、5、9-15]，對基于BIM技術的建設項目施工安全管理流程進行設計，見圖1：

圖1 基于BIM技術的建設項目施工安全管理流程

2.1 BIM建模

(1)基于BIM的3D建筑模型

目前，BIM建模軟件主要涉及建筑、結構、機電、管線及場地規(guī)劃幾個方面.在建筑、結構等領域應用較為廣泛的主要為Autodesk公司基于BIM技術研發(fā)的軟件Revit.運用BIM技術建立3D建筑模型的基本操作如下[6]：

開始建?！鷺菍泳€與網(wǎng)格的創(chuàng)建→CAD文件的導入→柱、墻、梁、板等構件的創(chuàng)建→門、窗、樓梯等構件的創(chuàng)建→雨遮、欄桿、陽臺→立體模型彩現(xiàn)→結束BIM建模.

(2)基于BIM的場地布置模型

依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，運用Revit軟件對施工場地進行三維建模，模型將直觀地對建筑、材料堆放處、鋼筋加工場、道路及臨近建筑等進行展示，同時也應包括安全距離、防火距離等信息.最后進行漫游模擬，基于Navisworks軟件完成，并生成分析報告，及時發(fā)現(xiàn)并改進場地布置中存在的問題，重復模擬，直到滿足要求為止.

2.2 BIM安全信息模型

(1)施工模擬

在一些項目建設過程中，常常因項目的龐大及施工場地的局限，導致施工組織設計異常復雜.引入BIM技術后，整個設計與施工方案之間的合理性可以借助施工過程模擬來實現(xiàn)，即BIM的虛擬施工技術，同時施工進度計劃是否科學也可以得到驗證.在模擬施工過程中可以發(fā)現(xiàn)一些問題，如存在沖突、碰撞等，可以及時修改設計方案，加以應對.通過反復施工模擬，發(fā)現(xiàn)并解決問題，為建設項目的施工安全提供了重要保障.基于BIM技術的施工模擬具有可視化的特點，工程信息可以很直觀地展現(xiàn)在項目管理人員面前，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的安全隱患，可視化的信息更便于溝通與解決問題.在施工工程中，深基坑、高大模板及腳手架等處存在著較大的安全隱患，可以通過BIM動態(tài)施工模擬對特殊部位重點進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施加以應對.

(2)虛擬漫游

運用BIM軟件建模，應在建設項目施工之前完成，借助建筑信息模型可以對項目的整體情況有大致了解.然而，簡單的三維模型有很大的局限性，已不能滿足人們感官上的需求，介于此，人們將BIM和VR技術結合使用.VR即Virtual Reality的縮寫，譯為虛擬現(xiàn)實，采用計算機創(chuàng)建一個三維虛擬世界，可以通過模擬讓使用者在視覺、聽覺、觸覺等方面加以體驗，讓使用者有身臨其境的感覺.運用VR技術后，增強了人們感官上對建設項目的認識，能深刻體會到整個施工時的狀態(tài)，參與各方都能對整個施工過程中存在的不足有新的認識并做好防范.

(3)安全分析

①基于BIM技術的安全培訓

BIM技術有著可視化及信息儲備量高兩大特點，適用于施工現(xiàn)場人員安全教育培訓.基于BIM的3D建筑模型、場地布置模型、施工模擬及虛擬漫游，可以加快施工人員對作業(yè)環(huán)境的了解，降低人身傷害發(fā)生的概率.通過虛擬施工及虛擬漫游可以讓施工人員有身臨其境的感覺，便于發(fā)現(xiàn)施工過程中潛在的風險.同時，傳統(tǒng)的安全教育形式較為枯燥，個別公司將視頻或動畫融入到公司的安全培訓中，但普遍針對性不強，不能反映擬建項目的實際情況.運用BIM技術后，帶有信息模型的圖片和視頻文件可以很方便的獲取，通過處理加工后，可以作為公司安全教育數(shù)據(jù)庫的重要資源.結合項目的圖片及視頻資源進行安全講解，可以使培訓變得更加生動，通過對危險源的生動講解可以避免一些違規(guī)操作的發(fā)生，提高了施工人員的安全警惕性.

②基于BIM技術的安全防護措施

在項目實施前首先應對主要危險源進行識別，劃分事故類型并找出可能發(fā)生部位，制定防護措施，基于BIM技術進行安全性檢查，并對防護措施做出改進，具體流程見下圖2：

圖2 基于BIM技術的安全防護流程

3 結論與建議

安全問題長期以來阻礙著我國建設項目施工的健康發(fā)展，對其研究有著重要的現(xiàn)實意義.本文對BIM技術在建設項目施工安全管理中的適用性進行分析，從BIM技術的主要特點、BIM技術搭建項目信息共享平臺、BIM技術的融入是建筑業(yè)發(fā)展必然趨勢等三個方面進行闡述，得出將BIM技術應用在建設項目施工安全管理中適用可行的結論.

基于BIM技術的主要特點并參考相關文獻，對基于BIM技術的建設項目施工安全管理流程進行設計.首先，結合施工組織設計及相關資料建立3D建筑模型及場地布置模型；其次，建立BIM安全信息模型，進行施工模擬、虛擬漫游及安全分析；最后，結合施工模擬情況進行施工優(yōu)化，通過虛擬漫游增強施工人員對施工過程的體驗，基于BIM技術對安全防護措施進行改進.

本研究主要基于理論層面，對BIM技術在建筑施工安全管理中的適用性及具體操作流程進行論述，在后續(xù)研究中應在深化理論研究的基礎上，將基于BIM技術的建設項目施工安全管理流程廣泛地在工程中加以運用，以便更好地為建設項目施工安全管理服務.