BIM 技術(shù)在水利水電工程施工安全管理中的實踐應(yīng)用研究

張琳琳

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

1 引言

BIM 技術(shù)的本質(zhì)在于，利用三維技術(shù)對建設(shè)工程涉及的多種信息參數(shù)等進行整合，后期通過可視化模型的方式加以呈現(xiàn)，將其作為可靠依據(jù)，對于更便捷、準(zhǔn)確地指導(dǎo)設(shè)計、工程施工以及安全管理計劃等均具有積極作用。不同于傳統(tǒng)的管理模式，基于BIM 技術(shù)的工程管理既可以實現(xiàn)對工程項目的有效了解和把控，且能通過模擬仿真等方式，利用動態(tài)演示的方式，促使工程施工及安全管理效果大幅提升，對于有效開展施工安全管理工作存在重要意義。

2 BIM 技術(shù)及其發(fā)展歷程概述

BIM 技術(shù)主要指的是將工程涉及的各類信息數(shù)據(jù)等當(dāng)作構(gòu)建模型的基礎(chǔ)，展開模型創(chuàng)建，利用多種現(xiàn)代化技術(shù)，對建筑信息進行模擬的一種現(xiàn)代化管理技術(shù)。該技術(shù)最早在建筑行業(yè)被提出，在較短的時間內(nèi)得到了快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在多個領(lǐng)域中均已得到了較為廣泛的應(yīng)用[1]。

在BIM 技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，從BIM 1.0 階段逐步發(fā)展到BIM 3.0，在國內(nèi)水利水電、工業(yè)建筑等設(shè)計領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用，進而大幅度提升建筑全生命周期內(nèi)各參建方的整體工作效率，推動建筑業(yè)的信息化發(fā)展。BIM 在國內(nèi)的發(fā)展歷程與應(yīng)用情況如表1 所示。

表1 BIM 技術(shù)的發(fā)展歷程

3 BIM 技術(shù)在水利水電工程施工安全管理中的應(yīng)用

3.1 BIM 模型的創(chuàng)建

想要確保各環(huán)節(jié)安全管理工作有效、穩(wěn)定地開展，便需要重視關(guān)注重點項目，基于多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)對各類安全隱患的有效排查。傳統(tǒng)水利水電工程施工期間，雖然也應(yīng)用了多種管理措施，但依舊存在諸多漏洞，如人員無法全面了解工程項目的實際情況等。通過BIM 模型的創(chuàng)建，可更為清晰、全面地將工程項目的各類數(shù)據(jù)信息直觀化地呈現(xiàn)出來，對于施工、設(shè)計等人員更好地了解工程內(nèi)的安全隱患，進而開展更為精準(zhǔn)、有效的安全管理工作具有積極影響[2]。

對水利水電工程展開BIM 模型的創(chuàng)建，主要目的即為利用計算機對工程涉及的海量數(shù)據(jù)信息展開細化分析以及處理。族構(gòu)件屬于水工建筑模型內(nèi)的基礎(chǔ)單元之一，通過對族文件的有效應(yīng)用，可更好地確保計算機進行數(shù)據(jù)處理的有效性。充分發(fā)揮各個族文件有效作用的基礎(chǔ)操作是對其進行科學(xué)的編號和命名，以提高其使用便捷性。命名期間應(yīng)重視遵守相應(yīng)原則，保證名稱的易識別性以及簡潔性。因水利水電工程涉及族構(gòu)件數(shù)量極多，屬性和專業(yè)等也存在較大差異性，可利用五級編碼進行具體的編碼操作，通過13 位阿拉伯?dāng)?shù)字實現(xiàn)編碼。例如，第一級以專業(yè)類別作為標(biāo)準(zhǔn)，以2 位數(shù)字代表；第二級以工程類型作為標(biāo)準(zhǔn)，用2 位數(shù)字代表，以此類推（見圖1）。

圖1 族構(gòu)件編碼

族構(gòu)件編碼的原則和其命名原則基本一致，均需要通過字母或者數(shù)字，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律進行排列。有效的命名需要實現(xiàn)對工程實際狀況的有效呈現(xiàn)。和編碼的區(qū)別在于，命名需要通過字母與數(shù)字組合的形式（見圖2）。

圖2 族構(gòu)件命名

模型創(chuàng)建期間，對于單位與坐標(biāo)的規(guī)定包括：第一，模型創(chuàng)建過程中，所涉及的工程數(shù)據(jù)，需要使用統(tǒng)一的共享坐標(biāo)，如此一來，才能夠確保后期建模期間無須更改，可更好地節(jié)約時間；第二，為了更好地確保模型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，實現(xiàn)更好地共享，需要利用一致的度量及單位，通常會選用mm 為單位。具體創(chuàng)建期間，可以經(jīng)由調(diào)整坐標(biāo)的方式，實現(xiàn)對族構(gòu)件的實時綁定。針對存在獨立性的任意族構(gòu)件，其定位均能經(jīng)由2 點模型進行確定：

第一，起點坐標(biāo)：

式中，Axi為構(gòu)件于x方向的軸線；Byj為構(gòu)件于y軸向的軸線；Czk為構(gòu)件于z軸中的軸線；dx、dy、dz為軸線以及定位點相對的平移量于各坐標(biāo)中的偏移量。

第二，終點坐標(biāo)：

式中，Axi+1為構(gòu)件于x軸向中的軸線；Byj+1為構(gòu)件于y軸向中的軸線；Czk+1為構(gòu)件于z軸向中的軸線；dx1、dy1、dz1為軸線以及定位點相對的平移量于各坐標(biāo)中的偏移量。

3.2 施工安全隱患識別

充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的有效性，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對各類危險信息和因素的有效排除和識別，還能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的安全區(qū)域劃分操作，進而將普通的建設(shè)施工問題和影響較為惡劣的重大問題進行區(qū)分，對于管理人員更快捷、安全以及有效地展開危險情況處理均具有積極影響，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對各類危險情況的實時監(jiān)測。對于BIM 技術(shù)的實際應(yīng)用期間，可通過觀察顏色等的差異了解檢測或者識別期間產(chǎn)生的各種問題的類型，顏色不同則意味著產(chǎn)生的影響不同。如此一來，管理人員便能夠更為直觀地了解問題的危害性，進而采取更為有效的手段展開及時處理。通過對BIM 技術(shù)的使用，便能夠更為簡單地實現(xiàn)上述設(shè)計構(gòu)想。具體而言，可在設(shè)計之前，基于BIM 數(shù)據(jù)庫針對工程建設(shè)區(qū)域展開全方位的環(huán)境勘測模擬操作，進而實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的全方位了解和分析。針對工程建設(shè)場地以及環(huán)境進行分析的過程中，施工方還可以通過BIM 技術(shù)，實現(xiàn)對各類安全管理工作相關(guān)數(shù)據(jù)的模擬。通過對可視化數(shù)據(jù)信息的總結(jié)和分析，能更清楚地了解工程隱患，進而能更為及時地探索和設(shè)計預(yù)防和解決各類工程隱患問題的方法和措施。

3.3 施工安全檢查

對于水利水電工程來講，在具體施工期間，想要確保安全管理的有效性，保證各環(huán)節(jié)安全檢查工作穩(wěn)定、有效地開展和完成十分重要，這有助于確保施工整體質(zhì)量，同時，也能夠更及時地發(fā)現(xiàn)各種問題以及存在的危險因素，實現(xiàn)對各類風(fēng)險的有效防控。而想要做到這一點，便需要有效的技術(shù)作為支撐。經(jīng)由對BIM 技術(shù)的有效應(yīng)用，例如，利用創(chuàng)建模型的方式模擬各類所需的信息和數(shù)據(jù)，針對現(xiàn)階段涉及的工作展開全方位的檢測，明確其中出現(xiàn)以及可能出現(xiàn)的各種問題，同時進行詳細記錄，編制檢查報告。之后，基于BIM 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，對各項檢查結(jié)果展開全方位的分析，最后有針對性地制訂安全管理計劃[3]?；贐IM 技術(shù)設(shè)計安全管理辦法的過程中，需重視在工程正式施工以前，針對所構(gòu)建模型展開查驗，包括制定指標(biāo)、反復(fù)模擬確保模型的實效性等，并要做到針對模型反映出的問題、風(fēng)險因素等展開安全管理分析和檢測。此外，基于BIM 技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對安全管理工作的升級和改良，原因在于，該技術(shù)能夠?qū)こ添椖咳芷谏婕暗母黝愋畔⒓右哉希⑼ㄟ^三維模型的方式呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)對海量信息數(shù)據(jù)的模擬，如此一來，安全管理工作人員便可以基于可視化且全面的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的全方位把控，并可以針對各類突發(fā)情況設(shè)計最為合理的管理方案以及措施，實現(xiàn)對各類問題和隱患的有效預(yù)防和解決，對推動水利水電工程信息化發(fā)展具有積極影響。

3.4 施工安全評估指標(biāo)體系構(gòu)建

在水利水電工程開展前，根據(jù)建筑施工行業(yè)的BIM 評估標(biāo)準(zhǔn)，可創(chuàng)建施工安全評估指標(biāo)體系。在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，根據(jù)特定的施工對象創(chuàng)建統(tǒng)一的系統(tǒng)規(guī)則，為數(shù)據(jù)模型和工程實際的有效銜接提供依據(jù)。該體系創(chuàng)建主要采用BIM 自動化接口，建立概念設(shè)計模型，針對早期安全風(fēng)險進行統(tǒng)一估測。

因水利水電工程整體施工難度較大，BIM 安全評估模型內(nèi)容眾多，應(yīng)在科學(xué)動態(tài)性原則指導(dǎo)下進行分層構(gòu)建。結(jié)合水利水電工程特點，安全評估指標(biāo)體系包括人、設(shè)備、管理、環(huán)境等因素。其中，人員因素包括安全知識宣傳、安全教育管理、員工素質(zhì)等方面。因BIM 系統(tǒng)本身對人員具有指導(dǎo)作用，可將項目中人員安全分值設(shè)定為80～90 分。設(shè)備因素包括運行狀態(tài)、防護數(shù)量、設(shè)備管理等方面，根據(jù)設(shè)備使用情況可將分值設(shè)定為79～85 分。管理因素包括與安全管理相關(guān)內(nèi)容，如安全規(guī)劃、現(xiàn)場指導(dǎo)、安全監(jiān)控等，在BIM 系統(tǒng)施工監(jiān)控能力基礎(chǔ)上，可將該項指標(biāo)設(shè)定為90～100 分。因此類工程較為復(fù)雜，在安全管理中主要環(huán)境因素包括施工環(huán)境和項目施工難度等，可將分值設(shè)定為35～40 分。在確定上述分值后，根據(jù)定量分析標(biāo)準(zhǔn)，利用評估算法進行項目綜合分析。

在水利水電工程安全管理中，通過BIM 技術(shù)基于現(xiàn)場實際狀況，對后期施工的流程以及內(nèi)容等，制訂詳細的計劃，創(chuàng)建對應(yīng)的安全評估體系，明確各類評估指標(biāo)?，F(xiàn)階段，能夠用于水利水電工程中的安全評估算法也相對較多，包括模糊綜合分析以及層次分析法等。在BIM 技術(shù)應(yīng)用后，施工安全評估算法對此類項目開展具有更強的指導(dǎo)價值。應(yīng)用方法為：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)明確各項指標(biāo)體系權(quán)重，再選擇水利工程中的部分項目作為研究樣本，由技術(shù)人員對樣本對應(yīng)的評價指標(biāo)分數(shù)整合后，便可獲得初始神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本信息，再對相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練管理，與BIM 系統(tǒng)檢測情況相結(jié)合，將評測指標(biāo)評分數(shù)值輸入進去，便可獲得相應(yīng)的安全管理措施。最后，將實際數(shù)據(jù)記錄到水利案例庫中，為后續(xù)系統(tǒng)評測效能提供有力依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對BIM 技術(shù)的有效應(yīng)用，可大幅度提高水利水電工程各環(huán)節(jié)施工安全管理工作的實效性及整體質(zhì)量，同時有效減少了各種危險因素的出現(xiàn)，對預(yù)防各類安全事故發(fā)生，保證工程施工更安全、穩(wěn)定地開展均起到了積極作用。