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

張琳琳

（中國(guó)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(duì)建設(shè)工程涉及的多種信息參數(shù)等進(jìn)行整合，后期通過(guò)可視化模型的方式加以呈現(xiàn)，將其作為可靠依據(jù)，對(duì)于更便捷、準(zhǔn)確地指導(dǎo)設(shè)計(jì)、工程施工以及安全管理計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的有效了解和把控，且能通過(guò)模擬仿真等方式，利用動(dòng)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(duì)于有效開(kāi)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(lèi)信息數(shù)據(jù)等當(dāng)作構(gòu)建模型的基礎(chǔ)，展開(kāi)模型創(chuàng)建，利用多種現(xiàn)代化技術(shù)，對(duì)建筑信息進(jìn)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(shí)間內(nèi)得到了快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在多個(gè)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(guò)程中，從BIM 1.0 階段逐步發(fā)展到BIM 3.0，在國(guó)內(nèi)水利水電、工業(yè)建筑等設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用，進(jìn)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(dòng)建筑業(yè)的信息化發(fā)展。BIM 在國(guó)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(kāi)展，便需要重視關(guān)注重點(diǎn)項(xiàng)目，基于多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)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(wú)法全面了解工程項(xiàng)目的實(shí)際情況等。通過(guò)BIM 模型的創(chuàng)建，可更為清晰、全面地將工程項(xiàng)目的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息直觀化地呈現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于施工、設(shè)計(jì)等人員更好地了解工程內(nèi)的安全隱患，進(jìn)而開(kāi)展更為精準(zhǔn)、有效的安全管理工作具有積極影響[2]。

對(duì)水利水電工程展開(kāi)BIM 模型的創(chuàng)建，主要目的即為利用計(jì)算機(jī)對(duì)工程涉及的海量數(shù)據(jù)信息展開(kāi)細(xì)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(guò)對(duì)族文件的有效應(yīng)用，可更好地確保計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的有效性。充分發(fā)揮各個(gè)族文件有效作用的基礎(chǔ)操作是對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的編號(hào)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(chēng)的易識(shí)別性以及簡(jiǎn)潔性。因水利水電工程涉及族構(gòu)件數(shù)量極多，屬性和專(zhuān)業(yè)等也存在較大差異性，可利用五級(jí)編碼進(jìn)行具體的編碼操作，通過(guò)13 位阿拉伯?dāng)?shù)字實(shí)現(xiàn)編碼。例如，第一級(jí)以專(zhuān)業(yè)類(lèi)別作為標(biāo)準(zhǔn)，以2 位數(shù)字代表；第二級(jí)以工程類(lèi)型作為標(biāo)準(zhǔn)，用2 位數(shù)字代表，以此類(lèi)推（見(jiàn)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(guò)字母或者數(shù)字，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行排列。有效的命名需要實(shí)現(xiàn)對(duì)工程實(shí)際狀況的有效呈現(xiàn)。和編碼的區(qū)別在于，命名需要通過(guò)字母與數(shù)字組合的形式（見(jiàn)圖2）。

圖2 族構(gòu)件命名

模型創(chuàng)建期間，對(duì)于單位與坐標(biāo)的規(guī)定包括：第一，模型創(chuàng)建過(guò)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(lái)，才能夠確保后期建模期間無(wú)須更改，可更好地節(jié)約時(shí)間；第二，為了更好地確保模型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)更好地共享，需要利用一致的度量及單位，通常會(huì)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(shí)現(xiàn)對(duì)族構(gòu)件的實(shí)時(shí)綁定。針對(duì)存在獨(dú)立性的任意族構(gòu)件，其定位均能經(jīng)由2 點(diǎn)模型進(jìn)行確定：

第一，起點(diǎn)坐標(biāo)：

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

第二，終點(diǎn)坐標(biāo)：

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

3.2 施工安全隱患識(shí)別

充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的有效性，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類(lèi)危險(xiǎn)信息和因素的有效排除和識(shí)別，還能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的安全區(qū)域劃分操作，進(jìn)而將普通的建設(shè)施工問(wèn)題和影響較為惡劣的重大問(wèn)題進(jìn)行區(qū)分，對(duì)于管理人員更快捷、安全以及有效地展開(kāi)危險(xiǎn)情況處理均具有積極影響，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類(lèi)危險(xiǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)于BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用期間，可通過(guò)觀察顏色等的差異了解檢測(cè)或者識(shí)別期間產(chǎn)生的各種問(wèn)題的類(lèi)型，顏色不同則意味著產(chǎn)生的影響不同。如此一來(lái)，管理人員便能夠更為直觀地了解問(wèn)題的危害性，進(jìn)而采取更為有效的手段展開(kāi)及時(shí)處理。通過(guò)對(duì)BIM 技術(shù)的使用，便能夠更為簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)構(gòu)想。具體而言，可在設(shè)計(jì)之前，基于BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)針對(duì)工程建設(shè)區(qū)域展開(kāi)全方位的環(huán)境勘測(cè)模擬操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全方位了解和分析。針對(duì)工程建設(shè)場(chǎng)地以及環(huán)境進(jìn)行分析的過(guò)程中，施工方還可以通過(guò)BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)安全管理工作相關(guān)數(shù)據(jù)的模擬。通過(guò)對(duì)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(jìn)而能更為及時(shí)地探索和設(shè)計(jì)預(yù)防和解決各類(lèi)工程隱患問(wèn)題的方法和措施。

3.3 施工安全檢查

對(duì)于水利水電工程來(lái)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(kāi)展和完成十分重要，這有助于確保施工整體質(zhì)量，同時(shí)，也能夠更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題以及存在的危險(xiǎn)因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的有效防控。而想要做到這一點(diǎn)，便需要有效的技術(shù)作為支撐。經(jīng)由對(duì)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(lèi)所需的信息和數(shù)據(jù)，針對(duì)現(xiàn)階段涉及的工作展開(kāi)全方位的檢測(cè)，明確其中出現(xiàn)以及可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)行詳細(xì)記錄，編制檢查報(bào)告。之后，基于BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，對(duì)各項(xiàng)檢查結(jié)果展開(kāi)全方位的分析，最后有針對(duì)性地制訂安全管理計(jì)劃[3]?；贐IM 技術(shù)設(shè)計(jì)安全管理辦法的過(guò)程中，需重視在工程正式施工以前，針對(duì)所構(gòu)建模型展開(kāi)查驗(yàn)，包括制定指標(biāo)、反復(fù)模擬確保模型的實(shí)效性等，并要做到針對(duì)模型反映出的問(wèn)題、風(fēng)險(xiǎn)因素等展開(kāi)安全管理分析和檢測(cè)。此外，基于BIM 技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)安全管理工作的升級(jí)和改良，原因在于，該技術(shù)能夠?qū)こ添?xiàng)目全生命周期涉及的各類(lèi)信息加以整合，并通過(guò)三維模型的方式呈現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量信息數(shù)據(jù)的模擬，如此一來(lái)，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(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全方位把控，并可以針對(duì)各類(lèi)突發(fā)情況設(shè)計(jì)最為合理的管理方案以及措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)問(wèn)題和隱患的有效預(yù)防和解決，對(duì)推動(dòng)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(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

在水利水電工程開(kāi)展前，根據(jù)建筑施工行業(yè)的BIM 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，可創(chuàng)建施工安全評(píng)估指標(biāo)體系。在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，根據(jù)特定的施工對(duì)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(shí)際的有效銜接提供依據(jù)。該體系創(chuàng)建主要采用BIM 自動(dòng)化接口，建立概念設(shè)計(jì)模型，針對(duì)早期安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行統(tǒng)一估測(cè)。

因水利水電工程整體施工難度較大，BIM 安全評(píng)估模型內(nèi)容眾多，應(yīng)在科學(xué)動(dòng)態(tài)性原則指導(dǎo)下進(jìn)行分層構(gòu)建。結(jié)合水利水電工程特點(diǎn)，安全評(píng)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(shí)宣傳、安全教育管理、員工素質(zhì)等方面。因BIM 系統(tǒng)本身對(duì)人員具有指導(dǎo)作用，可將項(xiàng)目中人員安全分值設(shè)定為80～90 分。設(shè)備因素包括運(yùn)行狀態(tài)、防護(hù)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(chǎng)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(xiàng)指標(biāo)設(shè)定為90～100 分。因此類(lèi)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(xiàng)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(píng)估算法進(jìn)行項(xiàng)目綜合分析。

在水利水電工程安全管理中，通過(guò)BIM 技術(shù)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，對(duì)后期施工的流程以及內(nèi)容等，制訂詳細(xì)的計(jì)劃，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的安全評(píng)估體系，明確各類(lèi)評(píng)估指標(biāo)?，F(xiàn)階段，能夠用于水利水電工程中的安全評(píng)估算法也相對(duì)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(píng)估算法對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目開(kāi)展具有更強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值。應(yīng)用方法為：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)明確各項(xiàng)指標(biāo)體系權(quán)重，再選擇水利工程中的部分項(xiàng)目作為研究樣本，由技術(shù)人員對(duì)樣本對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分?jǐn)?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(duì)相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練管理，與BIM 系統(tǒng)檢測(cè)情況相結(jié)合，將評(píng)測(cè)指標(biāo)評(píng)分?jǐn)?shù)值輸入進(jìn)去，便可獲得相應(yīng)的安全管理措施。最后，將實(shí)際數(shù)據(jù)記錄到水利案例庫(kù)中，為后續(xù)系統(tǒng)評(píng)測(cè)效能提供有力依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)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(shí)效性及整體質(zhì)量，同時(shí)有效減少了各種危險(xiǎn)因素的出現(xiàn)，對(duì)預(yù)防各類(lèi)安全事故發(fā)生，保證工程施工更安全、穩(wěn)定地開(kāi)展均起到了積極作用。