BIM 技術(shù)在安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究

衛(wèi)中寧

（南京市建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督站）

1 引言

在住建部對2019 年全國工程生產(chǎn)安全事故的情況通報中顯示，我國房屋市政工程全年共發(fā)生773 起生產(chǎn)安全事故、造成904 人死亡，較2018 年同期情況相比，發(fā)生的生產(chǎn)安全事故增加39 起、同比上升5.31%；事故造成的死亡人數(shù)共增加64 人，同比增長7.62%。

雖然，建筑行業(yè)不斷通過加強(qiáng)風(fēng)險評估、安全管理等措施對造成工程生產(chǎn)安全事故的危險源進(jìn)行辨識、評估及做好預(yù)防措施來減少施工過程中可能造成的傷亡事故。但我國大多工程項目仍采用傳統(tǒng)的安全管理方式進(jìn)行管理，其管理效率低下、信息化程度較低，難以滿足日益發(fā)展的工程建設(shè)的需求。同時，時代的發(fā)展使工程的建設(shè)需求大大提升，導(dǎo)致工程的建設(shè)規(guī)模和施工難度有了明顯的提升，使傳統(tǒng)的安全管理模式難以發(fā)揮顯著的作用。在此背景下，研究科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理、有效的新型生產(chǎn)安全管理模型，搭建信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化的安全生產(chǎn)動態(tài)管理平臺，實現(xiàn)對安全危險源的實時監(jiān)測、預(yù)防生產(chǎn)安全事故的發(fā)生、保障工人生命安全。提高工程項目的安全生產(chǎn)管理水平[1]。

2 研究背景及主要內(nèi)容

工程項目安全生產(chǎn)管理的控制重點大多集中于事前的預(yù)防和過程的管控，為滿足現(xiàn)代化施工技術(shù)帶來的安全管理目標(biāo)要求，需采用信息化的手段對信息進(jìn)行有效的處理及組織，從而改善施工管理過程中安全數(shù)據(jù)信息的留存、流轉(zhuǎn)和傳輸，實現(xiàn)信息實時流通和共享，提升項目安全管理的信息化水平[2]。

以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)安全規(guī)范對施工安全危險源進(jìn)行識別與評價，并在此基礎(chǔ)上利用Access 平臺進(jìn)行危險源知識庫的構(gòu)建，最終通過Visual Studio 等開發(fā)工具及建模平臺將知識庫與建筑信息模型進(jìn)行鏈接，以實現(xiàn)建設(shè)工程施工安全危險源管理的優(yōu)化。

3 建設(shè)工程施工安全危險源的識別與評價

3.1 危險源的分類及原因分析

危險源作為觸發(fā)安全事故的根源，是工程項目安全管理工作中最重要的環(huán)節(jié)，對其進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)、全面的辨識，是預(yù)防和減少生產(chǎn)安全事故發(fā)生的必然方法。從能量釋放理論角度出發(fā)，對工程項目安全生產(chǎn)過程中常見的危險源及其易發(fā)生的部位進(jìn)行了整理、分類及匯總（見表1）。同時，也對常見危險源的造成工程項目安全生產(chǎn)事故的原因進(jìn)行了分析[4]（見圖1）。

表1 能量源及可能發(fā)生部位

圖1 事故典型危險源的因果分析圖

3.2 工程項目危險源的自動識別

通過采用BIM 技術(shù)對工程項目危險源進(jìn)行自動識別，并基于識別結(jié)果進(jìn)行安全事故隱患整改，有效預(yù)防了施工安全事故的發(fā)生?；贐IM 的危險源自動識別流程如下三點：

①將項目常見危險源進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，使其能夠以數(shù)據(jù)形式流轉(zhuǎn)于管理系統(tǒng)中；

②通過項目安裝的感知設(shè)備，實時采集危險源處相關(guān)隱患信息；

③將采集到的現(xiàn)場危險源相關(guān)信息與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對分析，從而得到安全事故可能發(fā)生的概率及生成需采用的防護(hù)及整改措施。

通過利用RFID 無線射頻技術(shù)、信息傳感裝置、實時定位技術(shù)等來實時感知現(xiàn)場危險源信息，從而自動識別項目施工過程中各危險源的相關(guān)信息，系統(tǒng)的危險源自動辨識原理如圖2 所示。

3.3 基于BIM 的建筑施工危險源評價方法

危險源的評價就是對危險源帶來的危險程度進(jìn)行評價，并判定其允許存在的范圍[5]。本文通過采用“LEC 法”結(jié)合危險性大小、發(fā)生概率等因素對系統(tǒng)自動識別出的危險源進(jìn)行評估計算，并得到危險性分值D[6]，即：

圖2 工程項目危險源自動識別原理

圖3 危險源規(guī)則編碼圖

式中：L為危險源發(fā)生的概率；E為人員處于危險環(huán)境處的頻繁程度；C為危險源發(fā)生后的事故嚴(yán)重程度。

4 建設(shè)工程施工安全危險源知識庫構(gòu)建

4.1 建筑工程危險源的參數(shù)化分析及編碼規(guī)則構(gòu)建

本文規(guī)整了各相關(guān)規(guī)范中繁雜的危險源信息，并結(jié)合危險源內(nèi)外影響因素將其規(guī)則體系細(xì)化為8 個層次，并將各層次信息編譯成可供計算機(jī)識別的信息編碼，最終形成危險源編碼規(guī)則。同時以危險源參數(shù)化劃分規(guī)則為基礎(chǔ)，以腳手架、模板及基坑三個危險源主體為例構(gòu)建危險源規(guī)劃劃分體系框架及規(guī)則編碼（見圖3、圖4）。

4.2 基于建筑安全設(shè)計的施工安全知識庫構(gòu)建

為更好的獲取DFS 安全知識信息，基于產(chǎn)生式規(guī)則的知識表示方法及危險源編碼構(gòu)建規(guī)則，以設(shè)計階段相關(guān)技術(shù)特點為基礎(chǔ)，提出了包含設(shè)計學(xué)科類型、主體的構(gòu)件設(shè)計、多場景下構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件的約束參數(shù)、風(fēng)險信息、風(fēng)險規(guī)避方案共6 層的分層分類法。同時遵循圖6 分類分層法模型，開發(fā)了包含危險源監(jiān)測及解決措施的DFS 安全規(guī)則結(jié)構(gòu) 模型。

①針對任何潛在的設(shè)計風(fēng)險設(shè)置檢查標(biāo)準(zhǔn)；

②描述DFS 所需的設(shè)計功能以降低風(fēng)險（見圖5、圖6）。

5 建設(shè)工程施工安全危險源預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

5.1 系統(tǒng)構(gòu)建總體思路與系統(tǒng)架構(gòu)

工程施工安全危險源管理系統(tǒng)主要由兩部分組成[7]：

①對施工安全危險源進(jìn)行識別與評價，并采用 Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫對危險源等施工安全的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲和查詢，構(gòu)建施工安全危險源知識庫；

圖4 危險源編碼規(guī)則體系框架圖

圖5 DFS 安全規(guī)則的結(jié)構(gòu)

圖6 建筑安全設(shè)計（DFS）層次結(jié)構(gòu)

②通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)對知識庫的充分調(diào)用。

其危險源動態(tài)管理控制思路為：

①對危險源進(jìn)行系統(tǒng)的辨識；

②依據(jù)我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范及項目典型案例創(chuàng)建項目危險源安全知識庫；

③以項目信息為基礎(chǔ)，建立項目BIM 模型并將其與知識庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而創(chuàng)建包含項目危險源標(biāo)準(zhǔn)信息的三維安全信息模型；

④通過現(xiàn)場布設(shè)的信息采集設(shè)備及無線射頻識別技術(shù)，實現(xiàn)項目安全信息數(shù)據(jù)的實時采集及上傳，并與包含危險源信息的三維安全信息模型進(jìn)行實時數(shù)據(jù)比對及分析，實現(xiàn)對工程項目危險源的信息整合及可視化管理（見圖7）。

5.2 基于BIM 技術(shù)的危險源預(yù)警系統(tǒng)

危險源預(yù)警系統(tǒng)由危險源監(jiān)控系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、基于BIM 的危險源分析系統(tǒng)共同組成（見圖8）。其中危險源監(jiān)控系統(tǒng)包含攝像機(jī)、顯示器、解碼器等輔助設(shè)備，實現(xiàn)對現(xiàn)場危險源信息的實時獲取。RFID 信息采集系統(tǒng)是通過射頻識別技術(shù)對施工人員、材料及機(jī)械等設(shè)備進(jìn)行實時定位，并將現(xiàn)場危險源信息實時上傳至系統(tǒng)。基于BIM 的危險源分析系統(tǒng)是以包含危險源信息的三維模型為基礎(chǔ)，結(jié)合項目施工進(jìn)度對采集到的危險源信息進(jìn)行實時比對分析，從而實現(xiàn)對工程安全事故進(jìn)行實時預(yù)警。

6 結(jié)語

本文通過建立可視化的BIM 危險源安全管理模式，解決了傳統(tǒng)危險源管理模式效率低、缺陷大、信息化程度低等問題，降低安全事故的造成的損失和影響，有利于針對項目危險源制定預(yù)防和控制措施，為BIM 技術(shù)在建筑施工中的危險源管理、建筑工程事故預(yù)防等方面的應(yīng)用提供了新技術(shù)和研究視角。

圖7 基于BIM 的危險源動態(tài)控制系統(tǒng)

圖8 基于BIM 和RFID 技術(shù)的危險源預(yù)警系統(tǒng)