BIM 技術在安全事故應急救援預案工作中的應用初探

周建亮 侯 宇

(中國礦業大學力學與建筑工程學院，徐州 221116)

1 研究背景

1.1 BIM 技術

BIM 的概念包括但并不等于三維建筑模型，早在1984 年，Graphisoft 公司就推出了三維建筑模型的雛形，計算機輔助設計軟件——ArchiCAD。“虛擬建筑”的相關理念當時就已經被提出了。受制于當時落后的計算機硬件技術，“虛擬建筑”被擱置［1］。

被譽為“BIM 之父”的美國佐治亞理工學院建筑與計算機專業的Chuck Eastman 博士在他的《BIM Handbook(BIM 手冊)》一書中指出:BIM 技術集合了一個或者多個數字化的建筑模擬模型，可以更好地分析計算為控制建設過程提供方便，因為BIM 由計算機產生的模型包含了很多重要的支持建設施工和采購方面的幾何信息和數據信息［2］。

BIM 技術在國外已經得到了非常大的重視，中國也緊跟時代潮流，迅速在國內的建筑業發展BIM 技術。BIM 技術得到了國家政府、高校科研部門的支持:住房與城鄉建設部在2007年8 月發布“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“建筑業信息化關鍵技術研究與應用”課題申請指南［3］，2011年5月住建部再次發布《2011—2015 年建筑業信息化發展綱要》［4］，中國建筑科學研究院會同有關單位編制的國家標準《建筑工程信息模型應用統一標準》于2013年11 月完成了征求意見稿;2004 年10 月全國首個BLM(BLM 建筑生命周期管理，BIM 的一個應用領域)實驗室在哈爾濱工業大學成立［5］，2012 年4 月華中科技大學率先開設了BIM 方向在職工程碩士的教育，培養使用BIM 技術的高端人才。BIM 技術應用已經在我國掀起了相當大的狂潮，業界專家已達成共識——BIM 的時代已經到來。

1.2 安全問題

由于國民經濟的快速發展，建筑物、構筑物的數量也在不斷地增加，新型的施工手法、建筑材料、建筑設備不斷涌現，建筑業的安全問題縱使得到控制，但是也不能忽視。截止到2014 年6月進行檢索，據中華人民共和國住房和城鄉建設部的網站統計并已經發布的相關數據［6］［7］，近幾年我國房屋市政工程生產安全事故發生狀況如圖1 和圖2 所示。

正如圖表反映，2012 年和2013 年的事故死亡人數較2010 年和2011 年人數有所下降，2014年的數據還未統計完全，就前6 個月來看，2014年的各項數據較2013 年都呈下降的趨勢。我國的建筑安全事故雖然得到控制，但仍然需要足夠的重視，我國的房屋市政生產安全形勢仍然很嚴峻。

圖1 2010 -2014(數據截止至2014 年6 月)房屋市政工程生產安全事故起數統計圖

圖2 2010 -2014(數據截止至2014 年6 月)房屋市政工程生產安全事故死亡人數統計圖

1.3 安全事故應急救援預案問題

《建設工程安全生產管理條例》第四十七條同第四十九條規定，施工單位要配備應急救援預案人員及設備，并定期組織演練。自2002 年11月1 日起開始施行的《中華人民共和國安全生產法》對我國的安全管理工作提出了法律性質的約束，該法第十七條規定了單位的生產負責人應該負有哪些責任，其中包括了負責人應該組織、制定以及實施安全事故應急救援預案的責任;第三十三條規定，負責人要對重大危險源進行辨識，同時對于危險源要組織制定應急預案，并要負責將預案通知給工作人員，《安全生產法》在第五章中單列“生產安全事故的應急救援與調查處理”一章。

通過研讀以上國家有關機構發布的法律及條例，國家對于安全事故應急救援預案工作有著很高的要求，應急救援預案對于降低事故發生的概率，降低事故發生后人員和財產損失起著重要的作用，其重要性可見一斑。

2 BIM 技術和應急救援預案工作

2.1 傳統的安全事故應急救援預案

安全事故應急救援預案在預防事故發生，減小事故造成損失，挽救工人生命方面起著重要的作用。但是個別施工企業沒有意識到這點，對于應急救援工作的態度不盡如人意。施工企業壓縮應急救援工作的開展，以為可以即降低成本又“省時省力”，但事情往往適得其反，事故的發生會給項目帶來沉重的打擊。傳統的安全事故應急救援預案工作存在以下幾個問題:

1)應急預案的編制問題。預案的編制大同小異，施工單位為了“多、快、省”，預案的編制存在互相抄襲的現象，預案沒有突出相應工程的重點和特點;另一方面，應急預案的編制不夠科學，一些施工單位為了應付檢查，預案的編制粗糙隨意，甚至不符實情，預案經不起推敲，預案的評估工作沒有做到位或者根本沒有進行評估。

2)應急預案的操作問題。應急預案的可操作性十分差，施工方編織的應急預案很多都比較空洞，不進行實際情況的考察閉門造車，預案的實際操作情況非常差或者說根本無法實施。

3)應急預案的界面劃分問題。應急預案的編制沒有處理好工作沖突的問題，編制往往由一個單位包辦，各個工種在應急預案的共同參與和探討比較少，造成預案中出現很多重復和沖突，真正操作起來會十分的混亂、指揮相當困難。

4)應急預案的實施問題。應急預案編制結束之后，由于文字文檔需要閱讀，不夠直觀，真正閱讀安全預案的人很少，同時管理者對于安全預案的宣傳、培訓、演練、實施的情況比較差，安全預案很難落實到位。

2.2 BIM 技術的功能

Autodesk Navisworks 是Autodesk 公司旗下的一款用于4D 模擬施工過程的BIM 軟件，Navisworks 軟件為我們提供了很多強大的動畫制作的工具，比如Animator 工具，使用Animator 可以將模型中的每個構件自由的移動、旋轉、捕捉關鍵幀，以此制作施工動畫。

具體的講，為了制作對象動畫，首先在Animator中創建“場景”，從“選擇樹”中找到要創建動畫的對象創建動畫集，使用平移等工具為動畫集定義動畫，同時捕捉關鍵幀。這樣就為BIM 模型中的每個構件定義了動畫。通過使用Navisworks 的Animator動畫制作功能可以輕松的對模型中的對象定義動畫，同時可以制作安全事故應急救援預案的演練動畫了［8］。

2.3 基于BIM 技術的應急救援預案工作

根據《建筑施工安全檢查標準》JGJ59 -2011標準的要求，檢查評定的項目包括“安全管理”，JGJ59 -2011 標準中有保證項目和一般項目之分，“安全管理”中應急救援是檢查評定的保證項目。標準中要求對施工人員進行培訓，定期的進行應急救援演練。其中，對于應急演練過于復雜不適合現場進行時，可以采用室內桌牌式移動演練的方式［9］。采用桌牌式移動演練固然可以解決復雜的演練，但是其宣傳落實預案的方式還是不夠具象。

圖3 某建筑小區的平面布置圖

運用BIM 技術后，可以進行施工動畫的動態模擬，模擬應急預案的演練，將模擬好的動畫展示給業主、施工工作人員，模擬的應急預案可以方便進行理解，能夠給工作人員留下直觀印象，較閱讀文本方案、口頭描述或者桌面演示來說更加高效，對于很難進行現場演練的預案，使用動畫的方式無疑在節約成本的同時也起到了預案的作用。

3 案例分析

某住宅樓小區分南北兩個建筑群，南側共18 個建筑單體，南1#樓地面建筑18 層，地下建筑2 層，東側為南2#樓，南側為南3#平面布置圖如圖3 所示。

該小區在建設前期采用BIM 技術對南1#樓至南4#樓建筑進行了三維建模，建模之后運用BIM 工具對南1#樓的建筑進行分析，根據現場的實際情況制作了施工人員高處墜落應急救援演練活動的動畫演示。動畫分為四部分。

(1)發生事故

描述:某建筑小區南1#樓工人在5 層，不慎從高處墜落，頭部和腿部發生傷害，現正處在昏迷狀態中;

軟件操作:點擊“常用”-“工具”分類-“Animator”工具，下方會出現“Animator”選項卡，在選項卡中點擊左下角綠色的加號，選擇“添加場景”，將其命名為“發生事故”的場景，場景添加完成后，選擇模型中的“墜落的人物”，選中后再次點擊“Animator”選項卡左下角的綠色加號，點擊“添加動畫集”-“從當前選擇”，創建動畫集名為“人員不慎墜落”，使用“平移”動畫制作工具，同時為“墜落的人物”每一個“下落”的狀態捕捉關鍵幀，為選中的人物制作“意外墜落”的動畫。

動畫制作完成之后，為了使視圖移動更加流暢，可以添加“相機”功能，仍然點擊左下角的綠色加號，點擊“添加相機”-“空白相機”，添加后，每隔一定時間，換一個視角，為該視角捕捉一個關鍵幀，把相機的時間軸與人員墜落的時間軸重合，制作視點的推進效果。如圖4 所示，是整個動畫制作的示意圖。

圖4(a) 打開“Animator”工具

圖4(b) Animator 添加動畫集和相機

圖5 發生事故的動畫的播放截圖

圖6 事故處理的動畫的播放截圖

圖7 救護車開入的動畫播放截圖

(2)發現事故

描述:①處于事故現場的安全員(或第一目擊者)發現事故，立即向安全工程師拔打電話，簡要報告事故發生地點、人員傷亡等情況。②安全工程師接到電話，迅速向現場指揮報告事故情況。③現場指揮接到安全工程師的報告后，馬上撥打120 急救中心，請求急救中心到現場開展救援，同時立即告知工程各個救援小組趕到事故現場，及時開展救援工作，在規定的時間內，負責人要報至總監辦、及上級有關部門。

軟件操作:繼續使用第一部分制作的動畫，在“發生事故”的場景下創建動畫集名為“目擊人員”，使用“移動”動畫制作工具，將選中的人物制作“發現事故，并快速跑到現場，及時通知上級”的動畫。圖5 為發生事故的動畫播放截圖。

(3)處理事故

描述:①工程部醫療救護組及時趕赴現場，立即執行醫學檢查和搶救，等待醫院的救護車到達現場。②工程部安全保衛組到達現場，拉起警戒線，封鎖現場，要防止無關人員隨意進出現場，并且同時確保通道暢通。③救護車到達現場后，為了節省時間，應該由引導員引導其進入事故現場，應急救援組向醫護人員介紹傷者傷害情況和現場采取過的緊急救護，同時應該協助醫護人員將傷者抬至救護車上。

軟件操作:在“Animator”選項卡中創建一個名為“救援”的場景，在“救援”場景中創建“相機”，通過相機調節視角，在該場景中創建動畫集名為“醫療救護組”和“保衛與指揮”，為這兩個動畫集創建移動到事故現場的動畫，創建動畫集名為“警戒線”，制作警戒線自動樹立的動畫。如圖6 為事故處理的動畫播放截圖。

在“Animator”選項卡中創建另一個名為“救護車開入”的場景，創建“救護車移動”和“人員上車”兩個動畫集，制作引導員進入救護車，人員引導救護車開到指定位置的動畫。再創建一個“相機”制作畫面視角的轉換。圖7 為救護車開入的動畫的播放截圖。

(4)后續工作

描述:①工程部以最快的時間及時地成立事故調查組［10］。②醫療救護組要與醫院隨時保持聯系，要了解受傷害的工人現在的各項情況，綜合協調組要及時與傷員的家屬保持聯系，做好接待、解釋、協調、安撫等工作。③現場指揮人員及時地向事故管理有關部門、上級主管部門、當地的總指揮如實報告事故情況。

動畫全部制作完成之后將會在“Animator”對話框中出現如圖8 所示的時間軸，動畫演示的時間和先后順序可以通過調整時間軸來更改。

4 總結

本文介紹了使用BIM 技術制作應急救援演練動畫的案例，在綜述了BIM 技術和安全事故應急救援預案的發展歷史之后，總結了傳統的應急預案的缺陷，和BIM 技術在應急預案工作中的功能，之后以一實際的工程案例說明BIM 技術如何在安全事故應急預案中發揮作用，可以發現使用BIM 技術進行安全事故應急救援預案演練有以下幾個優點:

圖8 動畫制作的時間軸

(1)反應信息更加直觀，演練不再拘泥于文字的介紹，動畫的方式更加直觀且能夠給工人留下深刻印象，這樣對于預案的落實起著非常重要的作用;

(2)節約成本，有些比較簡單的演練不必在現場進行大規模的實戰，可以通過動畫輕松解決，節約開支;

(3)形象易于理解，對于比較復雜不適合演練的預案，傳統的方式是通過桌面演示，使用動畫演練更加的易于業主和工人理解。

(4)減少事故發生，通過預案能夠有效地減少安全事故的發生，或者可以減少事故發生之后帶來的損失。

現階段采用BIM 技術運用到安全事故應急救援演練上還是有些問題需要解決的，比如動畫的制作要達到什么樣的細度和深度，但相信隨著時代的發展，BIM 技術在安全管理方面的應用會逐漸地走向成熟。

［1］清華大學BIM 課題組.中國建筑信息模型標準框架研究［M］.中國建筑工業出版社.2013.

［2］Chuck Eastman.BIM Handbook［M］.Hoboken:John Wiley ＆ Sons，inc.，2011.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部科學技術司建科綜函［2007］138 號.關于發布“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“建筑業信息化關鍵技術研究與應用”課題申請指南的通知［EB/OL］.http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjjskj/200708/t20070824_158563.html.

［4］賀靈童.2012 年行業熱點問題一覽［J］.施工企業管理2013.5.

［5］合作建立BLM 聯合實驗室的重大意義［EB/OL］.http://news.hit.edu.cn/2004/12 -22/12160039.shtml.

［6］住房城鄉建設部辦公廳.2012 年房屋市政工程生產安全事故情況通報［EB/OL］.http://www.mohurd.gov.cn/zxydt/201302/t20130205_212805.html.

［7］中華人民共和國住房和城鄉建設部安全生產管理委員會辦公室.2013 年10 月房屋市政工程生產安全事故情況 通 報［EB/OL］.http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjgczl/201311/t20131120_216284.html.

［8］王珺.BIM 理念及BIM 軟件在建設項目中的應用研究［D］.西安交通大學.2011.5.12.

［9］JGJ59 -2011.《建筑施工安全檢查標準》條文說明［S］.

［10］白芳勇.淺析安全生產事故調查程序與方法［J］.民營科技.2011.7.