BIM技術(shù)在施工企業(yè)安全管理體系中的應(yīng)用

尚世宇，李娟芳

（許昌學(xué)院土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000）

BIM技術(shù)在施工企業(yè)安全管理體系中的應(yīng)用

尚世宇，李娟芳

（許昌學(xué)院土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000）

從施工企業(yè)安全管理體系的組成出發(fā)，闡述了建筑信息模型（BIM）在施工企業(yè)安全管理體系的各個(gè)階段的基本應(yīng)用。比較了傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目安全管理信息系統(tǒng)和基于BIM施工企業(yè)安全管理體系在管理效率和效果的優(yōu)劣，在一定基礎(chǔ)上分析了基于BIM技術(shù)的施工企業(yè)安全管理體系的組成和應(yīng)具的功能，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

建筑信息模型（BIM）；施工企業(yè)安全管理；信息化；虛擬施工

1 概 述

與其他工業(yè)領(lǐng)域相比，建筑領(lǐng)域的高事故率對建筑項(xiàng)目的利益相關(guān)者而言都是極大的挑戰(zhàn)。一旦出現(xiàn)安全事故，必然會對項(xiàng)目和企業(yè)產(chǎn)生直接或者間接的影響，建筑產(chǎn)品質(zhì)量會受到損害，需要額外的成本來彌補(bǔ)，但更為重要的是企業(yè)信譽(yù)受損，對建筑施工企業(yè)的連續(xù)運(yùn)營影響巨大，有些甚至危及企業(yè)生存。所以現(xiàn)在，大多規(guī)模以上的建筑施工企業(yè)都日益重視安全管理。

根據(jù)之前的研究成果，較為良好的安全管理主要包括：建立良好的企業(yè)安全管理文化和完善的員工的安全教育（避免人的不安全行為）；對施工現(xiàn)場安全環(huán)境布置與安全操作的通盤考慮；施工現(xiàn)場安全管理計(jì)劃充分交底。但是對于越來越狹窄和復(fù)雜的施工現(xiàn)場環(huán)境，項(xiàng)目的安全管理人員的缺乏，不充分的現(xiàn)場安全監(jiān)控都導(dǎo)致現(xiàn)場安全事故的不斷上升，但是更深層次的原因是工程項(xiàng)目安全管理手段需要更新和提升。從現(xiàn)代項(xiàng)目管理和控制的角度來看，安全管理決策需要建立在科學(xué)信息的基礎(chǔ)上。所以工程施工安全管理的突出問題是施工安全數(shù)據(jù)采集不完整和傳遞不及時(shí)，信息的加工分析和利用不充分，信息的反饋不夠及時(shí)，以及最終形成的安全知識的重復(fù)利用和共享不足，從而導(dǎo)致安全人員的管理決策和控制缺乏可靠的信息支撐。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是將一個(gè)建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營維護(hù)內(nèi)的各種信息和建筑的空間三維信息相聯(lián)系，形成一個(gè)多維的數(shù)據(jù)庫。這個(gè)數(shù)據(jù)庫通常是在建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)，通過項(xiàng)目各方結(jié)合自己工作，提取建筑的三維信息，并將產(chǎn)生的新信息與之相關(guān)聯(lián)而逐步完善的。BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的核心技術(shù)，其應(yīng)用正在逐漸深入，其在建筑企業(yè)安全管理方面也存在很大的發(fā)展前景。尤其是在安全教育、安全技術(shù)應(yīng)用等方面有很大的應(yīng)用潛力。

2 施工企業(yè)安全管理體系中BIM應(yīng)用

建筑企業(yè)的安全管理體系的貫徹是保證安全技術(shù)、安全規(guī)程、安全措施等在建筑企業(yè)中得以正確實(shí)施的關(guān)鍵，并最終建立起安全管理的文化。建筑安全管理體系和質(zhì)量管理體系類似，都可以最終總結(jié)為PDCA循環(huán)，包括安全規(guī)劃、安全計(jì)劃的執(zhí)行、安全檢查、安全措施的糾正、調(diào)整安全計(jì)劃的過程。建筑施工企業(yè)安全管理體系內(nèi)容不斷循環(huán)往復(fù)，企業(yè)的安全管理水平不斷上升。

BIM技術(shù)在建筑企業(yè)安全管理體系的不同方面以及不同階段均可以不同程度的發(fā)揮作用，從而在幫助建筑施工企業(yè)不斷提高安全管理水平的同時(shí)，不斷降低安全管理成本，提高安全管理效率。比如可以利用 BIM可視化的特點(diǎn)，提高安全教育和安全交底的效率和效果；利用BIM的虛擬性構(gòu)建的4D虛擬施工在危險(xiǎn)因素的識別、安全措施的可行性方面發(fā)揮作用；利用 BIM形成的多維數(shù)據(jù)庫可以將安全管理和企業(yè)管理的其他方面信息聯(lián)通，比如視頻監(jiān)控系統(tǒng)，從而提高安全監(jiān)控和檢查的效率。

3 安全教育與交底方面的應(yīng)用

安全教育在安全管理體系中至關(guān)重要，主要從安全意識方面避免人的不安全行為，也是施工企業(yè)安全文化的重要組成部分。安全交底則是在施工前實(shí)施的重要安全前置控制措施，也可以認(rèn)為是安全教育的一部分。

3.1 施工企業(yè)安全教育與安全交底現(xiàn)狀

現(xiàn)在的安全交底大多是基于安全管理人員或者項(xiàng)目日常管理人員的工作經(jīng)驗(yàn)，以及基于單個(gè)項(xiàng)目當(dāng)時(shí)情況所做的安全風(fēng)險(xiǎn)評估，通常是在整個(gè)項(xiàng)目開始前，和技術(shù)交底一起做一次安全措施的總交底，然后在每周的例會上，或是一項(xiàng)新工作開始時(shí)，項(xiàng)目管理人員向施工隊(duì)長做安全交底。這時(shí)的交底往往效率較低，效果不好，尤其是對于那些對于工地施工缺乏必要背景和經(jīng)驗(yàn)的工人。

一些大型施工企業(yè)在有希望拿國家工程獎（例如魯班獎）的項(xiàng)目上也利用一些可視化的手段來進(jìn)行安全教育和營造安全文化，比如設(shè)置了安全事故體驗(yàn)區(qū)，但是內(nèi)容較少且單一，多以墜物打擊、高空墜落（洞口臨邊、腳手架跳板不滿鋪）等場景為主、也使用圖片制作宣傳欄，甚至使用以往工程事故的視頻錄像等進(jìn)行安全教育，收到一定的效果。但是這些措施的使用往往不夠生動和全面，且易造成安全管理成本升高。

3.2 基于BIM的安全教育與安全交底

在所有 BIM的特性中，與施工安全教育與交底聯(lián)系緊密的就是可視化與信息的完備性。利用 BIM的可視化特性可以建立建筑施工3D模型，可以將安全管理設(shè)備和物料包含在施工 BIM模型中，可以再現(xiàn)真實(shí)的施工場景，令工人身臨其境；如果結(jié)合進(jìn)度計(jì)劃及3D實(shí)景漫游可以進(jìn)行生動有效的安全事故場景“還原”和事故分析，提高其安全防范意識，增強(qiáng)應(yīng)急處理能力。

這樣做的好處是：

①在施工 BIM模型之外無需增加太多額外的工作，相比獨(dú)立制作安全視頻及動畫，大大的節(jié)省了制作成本；

②基于 BIM的安全管理措施可以非常方便的保存為 BIM族文件、視頻文件、圖片等格式，可以建立企業(yè)自己的數(shù)字化安全教育與交底的數(shù)據(jù)庫，施工人員在這種多維數(shù)字環(huán)境中學(xué)習(xí)、掌握、演練特種工序和特殊施工方法安全施工方法，特別是現(xiàn)場用電安全培訓(xùn)以及中大型施工機(jī)械使用等；

③這種可視化的安全教育和交底的方法，無論施工人員的知識背景和工程經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平如何，都可以收到很好的效果，甚至可以跨越語言的障礙，用在施工企業(yè)的海外工程中。

4 BIM技術(shù)在安全技術(shù)方面的應(yīng)用

4.1 基于BIM的危險(xiǎn)源識別

基于BIM的危險(xiǎn)源識別首先可以基于設(shè)計(jì)BIM模型，設(shè)計(jì)BIM模型中主要是工程實(shí)體本身的3D數(shù)據(jù)，包括建筑BIM模型、結(jié)構(gòu)BIM模型、機(jī)電BIM模型3個(gè)部分，即可綜合關(guān)聯(lián)審視，也可單獨(dú)體系查看。特別是關(guān)聯(lián)審視時(shí)使用 BIM模型更容易發(fā)現(xiàn)不安全、不合理的設(shè)計(jì)錯誤。

施工企業(yè)可以基于設(shè)計(jì) BIM模型，添加與施工有關(guān)的數(shù)據(jù)、圖元等制作成基本的施工 BIM模型，當(dāng)然如果沒有得到設(shè)計(jì) BIM模型，施工企業(yè)需要從頭建立施工BIM模型。不過如果在建立施工BIM模型時(shí)一次性建立安全施工 BIM模型也是不現(xiàn)實(shí)的，最好是待基本施工模型建好后，對于符合標(biāo)準(zhǔn)的四口、五臨邊、高支模、大跨度、深基坑等重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分類甄別，水平洞口在 BIM模型中可以自動識別，按照一般和重大兩種情況分別以警示色圖標(biāo)顯示，并在周圍增設(shè)臨時(shí)維護(hù)，建模后進(jìn)行信息提取，根據(jù)提取的信息再次進(jìn)行分類和甄選，制定有針對性的措施方案。

編制好的安全施工方案需要隨著工程的進(jìn)行，有工程變更時(shí)第一時(shí)間進(jìn)行更新，沒有 BIM模型的幫助，這一工作比較繁瑣，且容易產(chǎn)生關(guān)聯(lián)錯誤。BIM模型可以在修改某處后按照事先制定好的規(guī)則自動更新相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以對更新前后的 BIM模型進(jìn)行對比，可辨識新增加的危險(xiǎn)源。安全管理工作應(yīng)以動態(tài)的思路進(jìn)行施工全過程監(jiān)管，施工 BIM模型可以使這個(gè)過程更加的順暢且可行，并節(jié)省時(shí)間成本和資金成本。

4.2 基于BIM施工現(xiàn)場安全規(guī)劃

施工安全最早是在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮的，但是最重要的還是在進(jìn)行施工現(xiàn)場規(guī)劃時(shí)，將安全問題及解決方案一起考慮。尤其是在當(dāng)前項(xiàng)目開發(fā)商往往設(shè)定了非常嚴(yán)格的場地施工空間，周圍可供搭建加工場地和材料運(yùn)輸?shù)目臻g極其有限，給現(xiàn)場施工帶來了很大的難度，并且由于各項(xiàng)工作相互穿插影響，管理的交界面和安全責(zé)任的交界面很難完全界定清晰，項(xiàng)目安全管理難度較大，從而導(dǎo)致危險(xiǎn)源的等級也比較高。

基于BIM的施工現(xiàn)場安全模型，應(yīng)該包括：

①整個(gè)建筑工地平面，地形、周圍的街道、周邊建筑物、周邊管道、高壓線分布以及其他建筑工地施工可能會影響到的其他物體；

②建筑工地上臨時(shí)設(shè)施、臨時(shí)建筑和臨時(shí)設(shè)備，包括項(xiàng)目部活動用房、機(jī)械布置（尤其是塔吊、電梯和地泵）、臨時(shí)水電；

③建筑工地內(nèi)臨時(shí)的場地安排，包括施工道路、材料加工場地、材料原材和半成品、料具等堆放地、出入口等；

④安全風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的標(biāo)示，比如利用不同顏色標(biāo)示不同安全風(fēng)險(xiǎn)等級，更便于識別。

利用 BIM模型分析施工現(xiàn)場平面布置，對施工過程進(jìn)行 4D施工模擬和多工種碰撞檢查，特別是檢查各種施工機(jī)械、吊車等活動范圍與周邊建筑物和構(gòu)筑物的碰撞、各種場地的利用和動態(tài)規(guī)劃、工地道路通行可行性和消防要求、臨建房屋布置等方面可能發(fā)生安全隱患的因素，在時(shí)間和空間上同時(shí)策劃和調(diào)整，若沒有 BIM技術(shù)的輔助，這種規(guī)劃幾乎不可能完成，顯示了BIM技術(shù)虛擬施工的優(yōu)越性。

BIM模型的可視化及較高的溝通效率還有利于集體討論，可以集中更多的力量投入到安全管理中去。利用 BIM模型編制的安全專項(xiàng)施工方案和施工規(guī)劃可讀性更強(qiáng)，更容易展示企業(yè)的施工實(shí)力和良好形象。

4.3 基于BIM技術(shù)的安全監(jiān)控與檢查

4.3.1 深基坑變形實(shí)時(shí)監(jiān)測

隨著高層建筑、地下空間利用越來越普遍，深基坑的塌方屢有發(fā)生，施工安全問題也日益重要。傳統(tǒng)的基坑變形監(jiān)測工作方式采用人工定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行觀測，采集數(shù)據(jù)，編制成表格，或是形成二維的變形曲線，用文字描述的方式編制成監(jiān)測報(bào)告。項(xiàng)目部對監(jiān)測結(jié)果集中進(jìn)行討論，分析變形是否過大或是否趨于穩(wěn)定，并確定是否需采取必要的補(bǔ)救、搶救措施，使基坑不發(fā)生破壞和過大的變形，從而避免事故的發(fā)生。這種依靠人工操作，翻閱大量數(shù)據(jù)，計(jì)算測點(diǎn)的每次變形值和累計(jì)變形值，判斷是否到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)臨界狀態(tài)。若要計(jì)算變形速率，判斷是否報(bào)警，只能就少數(shù)點(diǎn)描繪其單點(diǎn)變形隨時(shí)間變形軌跡，得以分析變形趨勢，做出判斷。這樣做太耗時(shí)費(fèi)力，容易疏忽漏讀，無法看到整個(gè)基坑的變形時(shí)間趨勢，迅速找到危險(xiǎn)源。而且其表格對于非專業(yè)人員來講若非經(jīng)過特別的訓(xùn)練，無法了解其變形數(shù)據(jù)的含義，不直觀且容易造成技術(shù)壁壘從而延誤危險(xiǎn)的發(fā)現(xiàn)。

如果利用BIM 技術(shù)將基坑的模型和施工進(jìn)度以及變形值區(qū)段的顏色標(biāo)識一起構(gòu)建一個(gè)5D模型，然后將變形監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，利用軟件的自動計(jì)算功能進(jìn)行計(jì)算后，整個(gè)基坑呈現(xiàn)的是彩色變形立體狀態(tài)，將臨界區(qū)域標(biāo)為醒目的紅色，一旦到達(dá)此區(qū)域，就可以清楚的看到，或是設(shè)置報(bào)警，一旦達(dá)到某一變形數(shù)值，則會報(bào)警，并提示報(bào)警區(qū)域，任何人都可以看得明白，因此快速反應(yīng)。后期還可以利用先進(jìn)的無線變形傳感器或是測量機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全自動的信息搜集，傳輸進(jìn)BIM模型進(jìn)行基坑安全監(jiān)測。

4.3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場安全監(jiān)控

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將電子標(biāo)簽 RFID與 BIM系統(tǒng)進(jìn)行集成，運(yùn)用在施工安全監(jiān)控中，通過對施工現(xiàn)場的安全監(jiān)控對象（如人、材、機(jī)械、建筑構(gòu)件、安全設(shè)備）附著預(yù)先設(shè)定好編碼和信息的 RFID 標(biāo)簽，標(biāo)簽安全信息隨著讀寫器連續(xù)掃描通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?BIM系統(tǒng)，并即時(shí)在 BIM3D 或者 4D 模型中可視化動態(tài)呈現(xiàn)監(jiān)控對象的安全狀態(tài)。例如可對工人的安全帽或者高空作業(yè)人員的安全帶、身份識別牌、特殊作業(yè)人員的位置等進(jìn)行RFID信息識別，一旦發(fā)生危險(xiǎn)因素，身份識別牌和信息中心同時(shí)報(bào)警，既阻止了工人的不安全行為，又能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免事故發(fā)生。如果將RFID系統(tǒng)和現(xiàn)場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，安全現(xiàn)場監(jiān)控中心和各參與方管理人員（無需到達(dá)現(xiàn)場）便通過 BIM 模型調(diào)取相應(yīng)位置的視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控。

4.4 基于BIM的施工安全技術(shù)應(yīng)用與展望

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的核心作用會更加凸顯，其在施工安全管理的效率和效果方面將發(fā)揮更大的作用。比如利用無人機(jī)技術(shù)將工地的實(shí)時(shí)影像進(jìn)行搜集掃描，并人工或者自動分辨危險(xiǎn)狀況并報(bào)警，并可將信息自動歸檔到相應(yīng)的BIM數(shù)據(jù)庫中，解決視頻監(jiān)控?zé)o法完全覆蓋的問題。利用 BIM云和高速無線互聯(lián)網(wǎng)將可以使移動終端也具備高速計(jì)算能力，進(jìn)行信息的快速搜集與反饋。利用可穿戴設(shè)備，比如Google Glass，將信息和BIM系統(tǒng)中的虛擬漫游結(jié)合，可根據(jù)相關(guān)人員位置和場景將更多安全信息推送到安全檢查人員眼前，從而使得安全檢查人員可以實(shí)時(shí)搜集到足夠的安全信息從而進(jìn)行安全措施的決策。利用移動互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)可以建立隨時(shí)隨地高速溝通的環(huán)境，而 BIM將使這一溝通建立在完全3D、4D甚至nD的環(huán)境中，并可以和現(xiàn)場施工環(huán)境互動，甚至進(jìn)行直接操作解決安全隱患。

5 結(jié) 語

通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，建立工程本身和項(xiàng)目管理信息數(shù)據(jù)庫，添加安全管理相關(guān)信息，利用 BIM軟件的計(jì)算、信息聯(lián)動、可視化等特點(diǎn)，實(shí)施基于BIM的4D 建筑虛擬安全施工信息模型的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)施工場地布置、重大危險(xiǎn)源自動識別、施工安全動態(tài)監(jiān)控與調(diào)整，實(shí)現(xiàn)安全管理可視化集成模擬、沖突碰撞分析和安全動態(tài)管理等，做到事前預(yù)防、事中監(jiān)控和事后處理全過程安全要素的監(jiān)控，動員了全員參與安全管理的積極性，提高安全教育與溝通的效率和效果、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

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1007-7359（2016）02-0267-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.095

尚世宇（1978-），男，河南許昌人，畢業(yè)于英國曼徹斯特大學(xué)，碩士；講師，主要從事工程項(xiàng)目管理方面的教學(xué)工作。