基于BIM技術的智慧工地安全管理研究

王 瑜 葉子明 王文翰

（柳州工學院，廣西 柳州 545000）

0 引言

近年來，我國信息化程度不斷加深，BIM技術有著廣闊的應用前景和巨大的應用價值。在此背景下，智慧工地建設也隨之產生。智慧工地是運用信息化方法，對工程施工現(xiàn)場進行監(jiān)管的一種嶄新的工程項目全生命周期管理。而在智慧工地建設過程中，有許多安全隱患，安全事故頻發(fā)。建筑施工要加強安全管理，保證施工順利進行，因此基于BIM技術的智慧工地安全管理研究十分重要。因此，本文對智慧工地安全管理過程中人員、機械設備、現(xiàn)場環(huán)境以及過程管理等要素進行系統(tǒng)化研究，基于BIM技術構建了包含四個功能模塊的智慧工地安全管理系統(tǒng)，為智慧工地推行安全管理建設提供參考。

1 基于BIM技術的智慧工地安全管理研究現(xiàn)狀

國外在智慧工地安全管理應用方面，Xu等人[1]建立了危險源收集和可視化的BIM平臺框架，使施工從業(yè)人員可隨時查看整個項目危險源的數(shù)據(jù)。Christiana等人應用BIM技術和LCA工具對智慧工地的環(huán)境、現(xiàn)場監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、施工現(xiàn)場安全等進行評估。

國內在智慧工地的安全管理研究方面，陳瑞等人[2]研究了結合BIM技術的智慧工地系統(tǒng)，陳丹丹等人[3]研究了基于智慧工地的施工安全管理技術的應用，張旭旭[4]研究了建筑企業(yè)智慧工地本質安全管理。

通過國內外文獻的研究看出，目前智慧工地安全管理的研究大多是技術層面開發(fā)與應用，對建設過程中的“人、物、環(huán)、管”等安全生產要素的系統(tǒng)性研究較少。

2 建筑施工工地安全管理存在的主要問題

2.1 勞務人員安全意識差

施工現(xiàn)場作業(yè)人員大多為農民工，安全教育內容流于形式，工人的安全意識差。而且施工工種多，大量工人難以管理。勞務作業(yè)人員流動性差，沒有專業(yè)的學習和管理。如果用傳統(tǒng)的人員登記和考勤管理辦法，很難對勞務人員有效管理。

目前施工現(xiàn)場勞務人員的技術水平差別較大，有些工人只是能入門的技術水平，而且文化程度不高，遇到突然出現(xiàn)的安全生產事故很難及時做出處理和報告。長時間工作也會影響身體和心理健康，無法認真進行相關工作。特別是安全意識差，總是存在僥幸心理，認為不會發(fā)生問題就輕視違規(guī)作業(yè)的后果，容易發(fā)生安全生產事故。

2.2 施工機械管理難度大

施工現(xiàn)場有很多施工機械，其中不乏起重機、升降機等大型機械。施工現(xiàn)場使用很多大型機械，缺乏大型機械的管理人員。而且，大型機械存在許多安全隱患，稍不注意，就可能發(fā)生安全事故，施工機械管理難度大。

施工機械的運輸和拆卸難度大，如果人員操作不當或者不小心與大型施工機械碰觸，容易發(fā)生事故。施工機械后期還需要進行維修，長時間使用會引發(fā)零件等很多問題，施工機械的安全性和可靠性下降，如果突然發(fā)生異常也容易造成安全生產事故。

2.3 施工作業(yè)環(huán)境差

施工現(xiàn)場受天氣影響很大，夏天炎熱，冬天寒冷，在惡劣的天氣下，工人們很難作業(yè)，施工危險性大。如果惡劣天氣沒有停止施工作業(yè)，或者惡劣天氣過后沒有對施工場地和設施進行檢查清理，很容易出現(xiàn)問題。而且，施工中還會產生很大的噪聲和有毒有害氣體，會對工人的身體造成影響，有可能得職業(yè)病。施工作業(yè)環(huán)境對安全影響很大。

夏季炎熱的時候，一般會選擇早上和晚上工作，但是如果施工現(xiàn)場照明條件達不到，很容易發(fā)生問題。施工現(xiàn)場的場地需要合理布置，如果現(xiàn)場場地狹窄，消防通道不滿足要求，材料的堆放不合理，也會發(fā)生問題。特別是施工現(xiàn)場很多高處作業(yè)，臨邊、通道口、電梯井口如未設置防護欄桿和密目式安全立網，還有攀登作業(yè)、懸空作業(yè)如未進行安全防護，也很容易發(fā)生安全生產事故。

3 基于BIM技術的智慧工地安全管理系統(tǒng)功能模塊

3.1 人員管理模塊

通過BIM技術，對項目各方人員的安全技能和安全知識等方面進行安全技術交底和安全宣傳。通過BIM可視化技術，對施工現(xiàn)場的安全技術和重大危險源進行交底，實現(xiàn)信息化安全教育培訓。工程各方人員可以在智慧工地平臺學習安全生產技術內容，進行安全教育培訓。而且，可以在智慧工地平臺上標注安全管理的控制點和落實點，合理安排安全管理人員，有效進行安全監(jiān)督。

基于BIM技術成立管理準則與共同管理環(huán)境，進行標準化的建設，建立標準的模型庫。基于標準模型建立項目模型，盡量避免不同項目和部門成員建模標準不一致的情況。對于模型信息與模型版次正確管控，對于模型修正及時追蹤，各方要及時了解項目施工狀況。

而且，通過BIM技術可以生成二維碼，二維碼張貼在工地入口處，施工人員只要掃描就可以獲取施工項目相關基本信息，比如工程概況、安全生產責任制度、危險性較大工程的施工方案、安全技術交底等內容，有利于施工人員了解工程情況，安全施工。

3.2 機械設備管理模塊

通過BIM技術對施工物料進行跟蹤管理，物料的進出場、使用和儲存要進行實時監(jiān)控和嚴格把控。每臺機械設備有相應的二維碼，掃描可以查看機械設備的運行使用和保養(yǎng)維護情況。對于大型機械，要安全運行檢測，如發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)可以發(fā)出警示。管理人員通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析評估機械使用情況，可以合理使用機械設備。

利用BIM技術構建三維模型，對危險源和危險因素進行監(jiān)測，監(jiān)測范圍包括施工的所有環(huán)節(jié)。對于基坑工程、腳手架工程、暗挖工程等進行分析評估。對于危險性較大的工程以及采用新技術的工程都可以進行模擬評估，發(fā)現(xiàn)機械設備存在的問題，為現(xiàn)場施工提供可視化的指導，及時改進問題。

施工現(xiàn)場的大型機械設備如起重機、升降機等可以對其全生命周期進行監(jiān)測。例如，塔機可以進行遠程監(jiān)控，智慧工地系統(tǒng)實時采集幅度、起重量、傾斜程度、起重高度和受力情況等數(shù)據(jù)，一旦有指標超出正常值，系統(tǒng)可以發(fā)出警報，同時提醒特種作業(yè)人員按照規(guī)范操作，避免安全生產事故。

通過BIM技術建立智慧工地安全監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)內設置防碰撞裝置。如施工現(xiàn)場有多個塔機同時作業(yè)，可以減少塔機之間的互相影響。而且，系統(tǒng)可以識別存在的安全隱患，一旦發(fā)現(xiàn)有碰撞的可能性，就會發(fā)出預警，有助于特種作業(yè)人員及時調整操作方向，減少塔機的相互干擾。

3.3 施工環(huán)境管理模塊

利用BIM技術標注各施工模塊，在智慧工地平臺顯示工程的隱患點、隱患等級和隱患狀態(tài)，進行立體化展示，確保工地施工的安全性。若隱患超過等級，會在系統(tǒng)提示，就要及時整改，并將責任落實到人。

對于環(huán)境和安全防護進行檢測，如遇惡劣天氣，現(xiàn)場環(huán)境檢測數(shù)據(jù)顯示異常，就會發(fā)送報警信息，管理人員可以采取應急措施，避免安全事故發(fā)生。在施工危險區(qū)域進行實時監(jiān)控，當有人員違規(guī)施工存在危險時，現(xiàn)場會發(fā)出警報，提醒作業(yè)人員離開危險區(qū)域，盡可能避免高處墜落等安全事故。

智慧工地安全管理系統(tǒng)根據(jù)綠色施工方案對施工流程進行改進，對于資源合理分配，保護土地資源；利用BIM技術監(jiān)控水電的使用情況，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電的計劃；可以通過線上監(jiān)控噴淋作業(yè)，增加作業(yè)覆蓋面，提高環(huán)境保護的效果。

通過BIM技術對施工現(xiàn)場的場地進行合理規(guī)劃，構建BIM模型模擬施工現(xiàn)場場地，可以展示施工場地道路、材料的位置，合理布置施工場地。而且，BIM模型可以有助于施工人員和管理人員發(fā)現(xiàn)問題，及時調整，為工程的場地管理提供保障。

3.4 過程控制管理模塊

過程控制管理模塊主要包括：危險源管理、應急管理、施工工藝管理、安全隱患排查和遠程可視化監(jiān)控。

通過BIM技術進行危險源管理。BIM模型體現(xiàn)影響安全生產的要素，經過動態(tài)模擬分析，體現(xiàn)現(xiàn)場情況。對危險區(qū)域進行識別，調整場地內的沖突布置，有針對性地提出改進意見和措施。

采用BIM技術進行應急管理。通過BIM技術對工人進行應急交底，將應急管理的有關資料上傳至智慧工地平臺。對智慧工地的各類危險進行實時監(jiān)測，出現(xiàn)異常立即根據(jù)應急預案啟動應急響應。

通過BIM技術進行施工工藝管理。采用BIM技術對施工工藝進行演示，利用BIM可視化特點，演示施工流程，改進施工方案。對施工工藝進行在線檢查與優(yōu)化，重點工程可進行實時抽查。對比BIM模型和施工現(xiàn)場情況，如有安全問題及時整改。

通過BIM技術進行安全隱患排查。BIM技術具有可視化的特點，能盡可能地發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場的安全問題，形成事前預防的安全管理模式。施工人員可以將發(fā)現(xiàn)的安全隱患問題上傳至智慧工地系統(tǒng)，相關責任人收到提醒可以立即整改，讓安全管理更有效。

通過BIM技術進行遠程可視化監(jiān)控。對施工現(xiàn)場的人員操作過程、安全防護用具佩戴、各類危險源的情況進行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題，智慧工地系統(tǒng)就會發(fā)出警報。相關負責人可以對監(jiān)測發(fā)出的預警進行安全確認，正確發(fā)送指令。

4 結語

建筑工地的安全管理是建設工程重要的問題，當前是信息化時代，基于BIM技術的智慧工地安全管理研究有利于工地安全管理的開展，也能為工地安全管理提供技術支撐，盡可能減少安全生產事故的發(fā)生，保障建筑工地人員的安全，建筑成果不是以生命為代價取得的。

本文研究了基于BIM技術的智慧工地安全管理，提出基于BIM技術的智慧工地安全管理系統(tǒng)功能模塊，為更好地結合BIM技術應用智慧工地系統(tǒng)提供依據(jù)，為智慧工地的建設提供借鑒。當前，BIM技術在智慧工地的應用取得了一定的成果，但是目前還處于探索發(fā)展階段，仍面臨很多困難，需要各方的共同努力。未來BIM技術將不斷優(yōu)化，在智慧工地安全管理方面也能越來越完善。