基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管理體系分析

摘 ?要：隨著建筑工程規(guī)模、建筑面積、建筑高度的增高，安全事故和傷亡人數(shù)都出現(xiàn)了反彈增長。VR技術(shù)能夠?qū)⒉杉降沫h(huán)境信息構(gòu)建成符合人體五維體驗(yàn)的虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)仿真模擬和協(xié)同交互。這項(xiàng)技術(shù)與BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的融合應(yīng)用，可以將建筑工程的信息以數(shù)字化的形式仿真模擬出來，使得管理者更直觀的識(shí)別各類潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);建筑工程;施工安全管理

1VR技術(shù)的特點(diǎn)

VR技術(shù)用電子模擬的方式顯示客觀世界，使用戶有身臨其境之感，人在其中，處于動(dòng)態(tài)的變化中，實(shí)際上就是使用高科技建立虛擬又逼真的人工環(huán)境[1]。從90年代開始，VR技術(shù)逐漸受到關(guān)注，與傳感器技術(shù)、數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)等相融合，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)以及智能工程的發(fā)展，同時(shí)為數(shù)據(jù)可視化提供新的描述方法，為人機(jī)交互提供新的研究方向。VR技術(shù)具有交互性、沉浸感、多感知性、構(gòu)想性。1）交互性。在仿真環(huán)境中，對于物體用戶得到回應(yīng)程度、可掌控程度，就是交互性。通過必要的操控，虛擬環(huán)境的用戶可以獲得與真實(shí)環(huán)境一樣的反應(yīng)，利用多維化信息、各類傳感器交互作用。2）沉浸感。也稱為臨場感，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造逼真的虛幻世界。使用者在三維虛擬世界中，視覺和聽覺與真實(shí)的一樣。3）多感知性。在虛擬環(huán)境中，不僅有一般的視覺感知性，并且有聽覺、觸覺，甚至嗅覺、味覺的沖擊。4）構(gòu)想性。相比過去，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的領(lǐng)域和手段更多，設(shè)想空間更為寬廣，不僅僅是真實(shí)環(huán)境的還原，也有創(chuàng)新設(shè)想的環(huán)境，甚至是現(xiàn)有技術(shù)無法達(dá)到的環(huán)境。

2基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管控方案

2.1識(shí)別建筑工程施工階段安全管理關(guān)鍵點(diǎn)

作為安全事故的高發(fā)行業(yè)，建筑工程大多屬于露天高空作業(yè)，施工現(xiàn)場人員、設(shè)備、材料密集分布，且人工操作項(xiàng)目繁多，使得安全風(fēng)險(xiǎn)始終處于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中，具有安全事故發(fā)生頻次高，安全管理難度大等特點(diǎn)。根據(jù)常見的安全事故類型分析來看，高處墜落、物體打擊以及起重傷害等建筑工程施工階段常見的事故類型，占比超過總安全事故的76.4%。因此，在建筑工程施工安全管理階段，必須重視以上關(guān)鍵部位的安全管理制度的落實(shí)和措施的執(zhí)行?；谧〗ú?7號(hào)令《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》，常見施工不安全管理關(guān)鍵點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：1）高風(fēng)險(xiǎn)、高事故率：不安全管理關(guān)鍵點(diǎn)涉及到建筑工程的基坑施工、模板施工、腳手架工程以及機(jī)械安拆等細(xì)部施工，大多屬于高空露天作業(yè)環(huán)境，施工空間狹小且屬于人、機(jī)械、材料的交叉作業(yè)集中區(qū)域，極易發(fā)生安全事故。2）事故關(guān)聯(lián)性強(qiáng)：事故的發(fā)生大多并非受到單方面的環(huán)境、人員等影響，往往因?yàn)槟硞€(gè)環(huán)節(jié)不到位關(guān)聯(lián)其他影響因素發(fā)生，不同因素之間形成因果聯(lián)系，且發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)差異化，這些都會(huì)影響安全事故致因的分析，不利于建筑工程的施工安全管理。

2.2建筑工程施工安全管理控制路徑及實(shí)施框架

VR技術(shù)又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在建筑領(lǐng)域，可以運(yùn)用BIM技術(shù)來獲取建筑工程的關(guān)鍵信息，再由VR技術(shù)生成建筑工程管理者可以看到、聽到和觸摸到的逼真虛擬建筑環(huán)境，讓管理人員可以預(yù)先感知整個(gè)建筑工程的實(shí)際情況，從而識(shí)別出潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，采取有效的管理手段彌補(bǔ)傳統(tǒng)安全管理中存在的缺陷，提升項(xiàng)目安全管理的效率。具體路徑如下：1）利用VR技術(shù)對建筑工程的現(xiàn)場布置、作業(yè)環(huán)境、施工組織、施工方案以及管理范圍進(jìn)行模擬分析，找出以上存在的安全問題并制定安全防控預(yù)案。2）將建筑工程安全管理人員發(fā)現(xiàn)的安全問題輸入到BIM模型當(dāng)中，關(guān)聯(lián)對應(yīng)的建筑模型，輸入安全監(jiān)管類措施，利用VR技術(shù)的安全感知功能，查看安全問題的整改效果，并優(yōu)化安全監(jiān)管措施。3）為了降低因?yàn)槿说摹鞍踩寄堋薄鞍踩庾R(shí)”“安全投入”等不達(dá)標(biāo)造成的安全事故，可以運(yùn)用VR技術(shù)沉浸式的交互功能，讓相關(guān)施工人員、安全管理者可以在安全培訓(xùn)中掌握必要的安全技能，同時(shí)還能親身感受違反安全管理制度后產(chǎn)生的安全后果，進(jìn)而提高相關(guān)人員的安全意識(shí)和安全技能。

3實(shí)例分析基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管理體系

3.1 某商業(yè)建筑工程，建筑總面積約為7.8萬m2，其中地面建筑面積約5.4萬m2，地下建筑面積約2.4萬m2。作為城市的地標(biāo)性建筑，本商業(yè)建筑工程項(xiàng)目具有施工規(guī)模大、周期長、作業(yè)面交叉頻繁等特點(diǎn)，為了確保按進(jìn)度、按質(zhì)量完成工程的交付，在建筑施工現(xiàn)場應(yīng)用了BIM技術(shù)和VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的動(dòng)態(tài)化模擬，以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2安全動(dòng)態(tài)模擬

結(jié)合本工程的總施工要求，在平面圖的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)將整個(gè)工程的所有建筑信息進(jìn)行可視化輸入，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場布置的三維模型建立，包括車輛流線、施工區(qū)域、材料儲(chǔ)藏區(qū)、材料加工區(qū)、機(jī)械設(shè)備區(qū)域。然后利用VR技術(shù)對三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，查看不同機(jī)械設(shè)備作業(yè)過程中是否存在相互影響，材料的流線運(yùn)輸是否會(huì)與施工人員產(chǎn)生交叉。一方面優(yōu)化整個(gè)工程的現(xiàn)場布置，另外一方面通過優(yōu)化作業(yè)順序和作業(yè)分布，對施工方案進(jìn)行安全優(yōu)化，從而避免安全事故的發(fā)生。

3.3安全監(jiān)督反饋

由于本工程施工規(guī)模大、協(xié)同安全管理難度高。因此，在落實(shí)安全管理過程中，首先安全管理部門明確了施工安全管理的安全評分表，并對不同類型的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級評定，以此作為安全管理的監(jiān)督反饋評價(jià)體系。然后相關(guān)安全管理者在現(xiàn)場監(jiān)督過程中，將對應(yīng)的安全評分制輸入到BIM模型中，可以獲得對應(yīng)的安全評分結(jié)果。對于存在安全風(fēng)險(xiǎn)的施工區(qū)域，最后，運(yùn)用VR技術(shù)對安全警示區(qū)域進(jìn)行模擬分析，找出安全事故發(fā)生的具體原因，并制定對應(yīng)的整改措施，并以文字、視頻等方式存儲(chǔ)到系統(tǒng)中并關(guān)聯(lián)到對應(yīng)的施工工序，標(biāo)注具體的安全風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容、處理情況以及時(shí)間等要素信息，形成本工程的安全管理細(xì)項(xiàng)，為后期的安全控制提供參考。

3.4安全教育培訓(xùn)

以VR技術(shù)為核心，創(chuàng)建的互動(dòng)式模擬安全培訓(xùn)教育體系，有效的加強(qiáng)了本工程管理人員和施工人員的安全意識(shí)和安全技能。具體表現(xiàn)如下：1）安全關(guān)鍵點(diǎn)施工模擬學(xué)習(xí)：對于本工程安全風(fēng)險(xiǎn)較大的施工工序，運(yùn)用BIM技術(shù)獲取了關(guān)鍵施工工序的構(gòu)件、設(shè)備信息，通過模擬該工序施工，并輔助以語音、圖片、文字等安全指導(dǎo)，讓施工人員可以學(xué)習(xí)正確的施工操作，避免安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。腳手架工程在安裝過程中，為避免發(fā)生高空墜物風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用VR技術(shù)模擬腳手架安裝施工，讓施工人員掌握了橫桿與各立桿之間的施工要點(diǎn)。2）警示案例教育學(xué)習(xí)：在安全教育過程中，為了提高施工人員的安全意識(shí)，本工程還運(yùn)用VR技術(shù)對常見的安全事故場景進(jìn)行了還原，讓施工人員可以直觀的感受到安全施工的重要性。通過沉浸交互式體驗(yàn)，施工人員不僅能夠了解違規(guī)施工的后果，而且還會(huì)學(xué)習(xí)到安全事故發(fā)生的具體原因以及如何規(guī)避安全事故發(fā)生的操作事項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了安全警示和安全教育的融合。例如：因?yàn)橐揽繖跅U導(dǎo)致的高空墜落安全事故，就明確了施工過程中嚴(yán)禁依靠欄桿，并重視對欄桿的檢修與維護(hù)。

4結(jié)語

建筑施工安全問題是社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)話題，傳統(tǒng)安全管理措施僅是從安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和管控方面控制安全事故發(fā)生，存在安全信息判斷滯后、管控存在盲區(qū)等問題。本文以VR技術(shù)為切入點(diǎn)，建立了安全動(dòng)態(tài)模擬、安全監(jiān)督反饋、安全教育為核心的安全管理體系，在實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭玲茜，潘瑜，范自盛.基于VR技術(shù)的建筑施工安全教育系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J].福建建筑，2020，263（5）：146-150.

[2] 朱鋒.BIM+VR/AR工程建設(shè)與管理體系的建構(gòu)[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2018，35（6）：87-89.

作者簡介

馬國興，男，北京市人，研究方向：建筑工程

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