基于BIM的公路工程施工安全風險源編碼規(guī)則

李夢晨，趙之仲

山東交通學院 交通土建工程學院，山東 濟南 250357

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，工程安全因為直接影響人身和國家財產(chǎn)安全而受到重視，相應(yīng)提出“安全第一，預(yù)防為主，防治結(jié)合”的理念,我國對生產(chǎn)安全的重視程度和管理要求不斷提升，2020年上半年全國公路工程安全事故發(fā)生率同比去年下降9.4%，呈現(xiàn)穩(wěn)中向好的趨勢。近5 a來，大數(shù)據(jù)技術(shù)和科學管控理念的引入及信息化進程的加速，給安全生產(chǎn)管理創(chuàng)造了巨大的提升空間。建立公路工程施工安全風險源數(shù)據(jù)庫，全面辨識風險源，可以實現(xiàn)安全風險在施工階段的定性定量評估，從源頭治理，最大限度預(yù)防安全隱患，降低事故發(fā)生率。建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)和風險預(yù)控理念要求施工風險源和公路工程BIM構(gòu)件一一對應(yīng)，及時、快速地識別、統(tǒng)計和分析風險源，為管理者提供科學決策的依據(jù)[1-3]。

目前，風險源辨識仍沿用20世紀60年代貝爾的事故樹分析法(fault tree analysis，F(xiàn)TA)及20世紀80年代美國安全專家格雷厄姆和金尼提出的LEC(likelihood exposure criticality，事故發(fā)生的可能性、人員暴露于危險環(huán)境中的頻繁程度和事故發(fā)生可能造成的后果)評價法等[4-5]，這些方法僅局限于對具體工程風險源進行辨識，在如何統(tǒng)一風險源辨識方法、建立安全風險源編碼規(guī)則及建立風險源數(shù)據(jù)庫方面尚未統(tǒng)一。

對風險源數(shù)據(jù)信息進行編碼是建立數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)風險源辨識標準化和統(tǒng)一化的前提。本文基于BIM的建筑信息編碼標準[6]，分析公路工程的施工安全管理特點，改進編碼規(guī)則，以字母+數(shù)字形式建立七段十六位編碼結(jié)構(gòu)，對施工安全風險源進行編碼，充分發(fā)揮BIM技術(shù)信息共享性、交換性等優(yōu)勢，全面辨識風險源，建立風險源數(shù)據(jù)庫，以期實現(xiàn)風險源辨識的標準化與信息化。

1 基于BIM的公路工程施工安全風險源編碼體系

1.1 基于BIM的公路工程施工安全管理特點

公路工程施工周期長，施工環(huán)境復(fù)雜，風險源辨識不到位，安全管理存在很大缺陷。安全管控以預(yù)防為主，風險源辨識是關(guān)鍵一環(huán)，僅憑事后分析、事后補救已不能滿足當前施工的需要，信息化技術(shù)的出現(xiàn)為提高辨識的時效性奠定了基礎(chǔ)，全面提升全員、全過程的參與度。

為全面、及時辨別風險源，順應(yīng)公路工程安全管理發(fā)展特點，將信息化技術(shù)與風險源辨識相結(jié)合，以BIM 編碼規(guī)則為基礎(chǔ)，研究風險源編碼規(guī)則。通過編碼標識，克服風險源識別的隨機性等問題，迅速確定風險源，快速定位安全隱患，及時反映安全管理重點在時空上的分布狀態(tài)，高效進行公路工程施工安全管理[7-9]。

1.2 編碼體系現(xiàn)狀

2007年，美國發(fā)布了NBIMS編碼標準[10]，隨后英國頒布AEC(UK) BIM Standard[11]。參考國際編碼標準，我國制定了適合本國國情的編碼標準體系。對比國內(nèi)外編碼體系，結(jié)果如表1所示。

表1 國內(nèi)外建筑信息分類與編碼體系對比

Omni Class是目前國際上應(yīng)用較廣泛的編碼規(guī)則。以大學校園功能類為例：假設(shè)第一級編號為13, 教育和訓練場所為第二級標題的01, 教育和訓練場所又分為圖書館、教學樓、實驗室等，將其分別編號為01、02、03，則實驗室的編號為 13-01-03[15]。這種編碼方式邏輯性強，可讀性好，但必須按級劃分，各級之間不能隨機組合，缺乏靈活性。若采用Omni Class對公路工程施工安全風險源進行編碼，代碼結(jié)構(gòu)冗長呆板，儲存及傳遞的信息量有限，可擴展性及開放性弱。

本文分析公路工程施工的特點，基于BIM編碼規(guī)則調(diào)整風險源編碼規(guī)則，充分適應(yīng)風險的多樣性和隨機性。

1.3 公路工程施工安全風險源編碼體系建立

1.3.1 公路工程施工風險源分類

將公路工程作為對象進行分類，按照分部分項工程劃分后，以分項工程為分類依據(jù)進行具體劃分，將其各工序所含過程區(qū)域中可能發(fā)生的風險源，按照人為、設(shè)備、環(huán)境及管理等因素分類后，對應(yīng)可能導(dǎo)致的安全事故，完成公路工程施工安全風險源的辨識[16-19]。以公路工程中的路基土石方工程為例進行風險源辨識，結(jié)果如表2所示。

表2 路基土石方工程風險源分類

1.3.2 公路工程施工安全風險源編碼規(guī)則

目前國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施工程信息編碼體系主要覆蓋建筑工程和鐵路工程等[20]，公路工程尚未涉足。遵循編碼唯一性、可擴展性、簡短性和穩(wěn)定性等原則，對公路工程施工安全風險源采用字母+數(shù)字的方式編碼[21]。

將分項工程作為主體，按照單位工程、分部工程和分項工程各過程區(qū)域的邏輯順序進行代碼編制。每10 km路基工程作為單位工程，視為一級編碼，邏輯位置固定；其內(nèi)各分部分項工程，依次視為二級、三級編碼。前三級編碼間存在包含關(guān)系，必須依次編制且順序固定不變。將各分項工程中的施工工序作為第四級編碼，各工序中涉及的過程區(qū)域作為第五級編碼；將致險因子按照人為、機械、環(huán)境及管理等因素各自編碼，作為第六級編碼[22]；在第六級編碼的基礎(chǔ)上，按照事故發(fā)生頻率的高低用數(shù)字進行順序編號，作為第七級編碼，第六、七級編碼間存在因果關(guān)系，第七級編碼以第六級編碼作為開頭，后綴以數(shù)字編號，根據(jù)第七級編碼判斷某風險源的造成原因，快速規(guī)避安全風險，增加質(zhì)量可靠度；將風險源可能導(dǎo)致的20種安全事故，依據(jù)發(fā)生頻率的高低，按漢語拼音首字母進行編碼，作為第八級編碼，只要確定了第七級編碼就確定了第八級編碼，由此形成七段十六位編碼。

第四～八級編碼雖有一定的邏輯性，但特征性強，可根據(jù)具體施工情況放在編碼任意位置，也可與前三級編碼自由組合，靈活性強。各級編碼均擁有足夠的空間，包容性較強，可容納施工過程中隨時出現(xiàn)的各類風險源。若風險源伴隨有意外情況發(fā)生，此編碼的首尾位置均可對意外情況按規(guī)則編碼，開放性和擴展性較強。

1.3.3 公路工程施工安全風險源編碼體系建立

按照第一～八級編碼順序排列原則，對公路工程施工安全風險源進行編碼，如表3所示。

表3 公路工程施工安全風險編碼體系

以路基工程為例，路基工程是單位工程，其編碼作為一級編碼，編號為J，每10 km的路基工程為1個單位工程，將路基工程具體位置以下標形式標注為J1、J2等；路基工程中包含路基土石方工程、路基排水工程等分部工程[23-25]，將分部工程按照在標準中出現(xiàn)的順序，依次編碼為 Ja、Jb 等；每3 km作為一個分部工程，將各分部工程根據(jù)具體位置以下標形式標注為Ja1、Jb1等,作為第二級編碼；路基土石方工程中所含土方路基、填石路基等分項工程，以其所屬分部工程開頭+分項工程材料特性的首字母形式，依次編碼為at、as等，作為第三級編碼；將各分項工程中所含清表、分層填筑壓實等施工工序，根據(jù)所屬分項工程材料特性，按照施工順序依次編碼為t01、t02、s01、s02等，作為第四級編碼；清表中存在砍伐樹木、拆除構(gòu)造物等過程區(qū)域，分層填筑壓實中存在土方開挖等過程區(qū)域，按其常用施工順序進行編碼，分別編號為1a、1b、2a等，作為第五級編碼；致險因子的“人、機、環(huán)、管”4因素相互獨立，又與風險源密不可分，依次編碼為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，將其作為第六級編碼；在第六級編碼的基礎(chǔ)上，將各過程區(qū)域中出現(xiàn)的風險源按照發(fā)生頻率高低排序，以第六級編碼+數(shù)字編號作為第七級編碼，例如人為因素造成的未按規(guī)定操作電鋸，編碼為I01；將風險源可能導(dǎo)致的20種事故類型，依據(jù)發(fā)生頻率的高低按漢語拼音首字母進行編碼，作為第八級編碼，例如物體打擊、車輛傷害等分別編碼為W、C，若編碼重復(fù)，事故發(fā)生頻率高者采用首字母，另一個按此事故類型全拼中的第2個字母編碼，例如車輛傷害和觸電首字母都是C，但車輛傷害發(fā)生的頻率大于觸電，則車輛傷害編碼為C，觸電編碼為H。由于人為因素造成的未按規(guī)定操作電鋸屬于砍伐樹木過程，此風險源可能造成觸電，因此，風險源“路基工程中路基土石方工程的土方路基清表時砍伐樹木過程中未按規(guī)定操作電鋸”編碼為J1-Ja1.at.t01.1a.I.I001.E。

七段十六位的編碼不一定每級都需要編制，應(yīng)根據(jù)實際施工需求對編碼進行分段截取，自由組合。當風險源“路基工程中路基土石方工程的土方路基中清表時砍伐樹木過程中未按規(guī)定操作電鋸”在具體施工時僅需施工工序，可截取編碼為t01.1a.I.I001.E；僅需其致險因子，可編碼為I.I001；僅需事故類型，可編碼為I001.E等形式。按照前三級編碼順序固定，后五級編碼隨機組合的原則，此風險源還可組合成J1-I.Ja.at.t01.1a.I001.E、I.I001.E.J1-Ja.at.t01.1a等形式。

2 公路工程施工安全風險源編碼的具體應(yīng)用

公路工程施工安全風險源編碼流程如圖1所示。

圖1 風險源編碼流程

2.1 公路工程施工安全風險源編碼

將風險源各級編碼拆開，根據(jù)具體情況自由組合，最終可形成66種編碼結(jié)構(gòu)。以部分路基土石方工程中風險源編碼為例進行說明，如表4～6所示。

表4 分部工程編碼(第一～三級編碼)

表5 路基工程編碼(第四～七級編碼)

表6 事故及編碼(第八級編碼)

2.2 公路工程施工安全風險源數(shù)據(jù)庫實際應(yīng)用

為驗證風險源數(shù)據(jù)庫能否切實滿足實際施工需求，本文以武城縣路網(wǎng)改造提升工程安全管理系統(tǒng)(如圖2所示)為依托，將數(shù)據(jù)庫植入其中，如圖3所示。

圖2 武城縣路網(wǎng)改造提升工程安全管理系統(tǒng)

圖3 風險源數(shù)據(jù)庫植入實際工程安全管理系統(tǒng)

施工實施階段，施工人員可通過風險源數(shù)據(jù)庫，對施工現(xiàn)場依次檢查并排除可能出現(xiàn)的安全隱患，通過現(xiàn)場設(shè)置的攝像頭對事故即將發(fā)生時顯露的風險源特征預(yù)警，便于現(xiàn)場人員及時、有序處理可能發(fā)生的安全事故，保護人員和財產(chǎn)的安全，實現(xiàn)系統(tǒng)、科學、及時、靈活的安全管理。

3 結(jié)論

1)為結(jié)合風險源辨識與信息化，反映安全管理的空間分布，參照相關(guān)BIM編碼標準，對風險源進行編碼。

2)根據(jù)風險源的辨識流程及劃分依據(jù)，將編碼按照單位工程、分部工程、分項工程、施工工序、過程區(qū)域等分為八級，采用字母+數(shù)字的方式，最終形成七段十六位的編碼結(jié)構(gòu)：J-JX.XX.XXX.XX.X.XXXX.X。編碼整體結(jié)構(gòu)較長，可根據(jù)具體施工需求，分段截取，自由組合，形成66種編碼形式。

3)按照此編碼規(guī)則對公路工程施工安全風險源進行編碼，每種編碼能夠唯一標識相對應(yīng)的風險源，初步建立風險源數(shù)據(jù)庫。將數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于實際工程中，減少安全隱患，減少事故率。