基于BIM技術(shù)的建筑工程施工安全管理研究

趙偉川　瞿佳依

摘要：針對(duì)當(dāng)前建設(shè)項(xiàng)目施工技術(shù)難度大、環(huán)境復(fù)雜、工人行為難以監(jiān)控的特點(diǎn)，本文從保障施工安全和降低事故發(fā)生率的角度，分析了當(dāng)前建筑行業(yè)存在的主要安全問(wèn)題，主要包括安全管理意識(shí)薄弱、安全教育培訓(xùn)不足、安全管理方法落后等?；谏鲜鰡?wèn)題著重提出了基于BIM的施工過(guò)程模擬，基于BIM的數(shù)字化安全培訓(xùn)，基于BIM的安全獎(jiǎng)勵(lì)制度體系建立和基于BIM的事故調(diào)查分析等措施。希望通過(guò)BIM技術(shù)結(jié)合其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)安全管理高效、安全事故發(fā)生率低的美好局面。

關(guān)鍵詞：BIM；建筑工程；施工；安全管理

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）30-0053-03

0引言

基于建設(shè)項(xiàng)目施工環(huán)境復(fù)雜，交叉作業(yè)多，技術(shù)難度大，工人行為難以監(jiān)控等特點(diǎn)，建筑業(yè)已經(jīng)成為全球的一大高危行業(yè)之一。施工現(xiàn)場(chǎng)的安全不僅會(huì)影響了施工的效率和效益，如果管理不善也會(huì)給社會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。因此，對(duì)建筑設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的先進(jìn)程度要求越來(lái)越高，需要建筑設(shè)計(jì)與施工方法的不斷創(chuàng)新與變革，以此來(lái)減少施工現(xiàn)場(chǎng)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，保障施工現(xiàn)場(chǎng)的健康與安全運(yùn)行。鑒于此問(wèn)題的解決，suermann（2009）指出，設(shè)計(jì)人員、施工管理人員和承包商可以利用建筑信息模型（BIM）結(jié)合其他技術(shù)更有效地完成任務(wù)，從而高效解決建筑業(yè)的安全管理問(wèn)題。

關(guān)于BIM的定義很多文獻(xiàn)都有描述，英國(guó)建設(shè)項(xiàng)目信息委員會(huì)（CPIC）將其定義為：“BIM是一個(gè)建筑設(shè)施物理和功能的數(shù)字表示，它創(chuàng)建了一個(gè)利益相關(guān)者共享知識(shí)資源的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，旨在項(xiàng)目的全生命周期（從概念階段到拆除階段）為項(xiàng)目提供可靠的決策”。因此，對(duì)于本文從BIM有助于幫助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐者和操作人員提升安全意識(shí)、掌握和理解施工動(dòng)態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)分析了BIM如何改進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)的健康和安全問(wèn)題。

1基于BIM的安全管理文獻(xiàn)綜述

建筑業(yè)中關(guān)于BIM的大部分研究都集中在預(yù)施工和設(shè)計(jì)階段，最近Davies and Harty（2013）的一個(gè)研究卻是例外的。Malekitabar et al（2016）認(rèn)為運(yùn)用BIM進(jìn)行施工安全問(wèn)題的自動(dòng)化識(shí)別需要掌握安全風(fēng)險(xiǎn)的誘因，這些誘因可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行檢查。Zhang et al（2013）開發(fā)了一個(gè)基于設(shè)計(jì)和施工規(guī)劃階段的一個(gè)自動(dòng)化風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和校正平臺(tái)。Larsen and Whyte（2013）。引研究了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)操作的安全影響，4D BIM技術(shù)的運(yùn)用可能會(huì)提升職業(yè)安全。

郭紅領(lǐng)等（2014）通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)事故和安全規(guī)范進(jìn)行調(diào)查，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了分類，識(shí)別了危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)因素，進(jìn)而通過(guò)結(jié)合無(wú)限射頻技術(shù)、BIM技術(shù)以及Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了基于RFID和BIM的施工安全預(yù)警模型。仲青等（2015）對(duì)RFID和BIM的集成應(yīng)用進(jìn)行了深度剖析，闡述了集成原理，對(duì)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)施工的自動(dòng)化，信息化，無(wú)紙化，可視化有著至關(guān)重要的意義。

郭紅領(lǐng)等（2014）等利用BIM技術(shù)和PT技術(shù)（定位技術(shù)）對(duì)工人的不安全行為預(yù)警機(jī)制進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)工人的不安全行為分類，工人不安全行為預(yù)警信息需求分析，最后構(gòu)建了基于BIM和PT技術(shù)的工人不安全行為預(yù)警系統(tǒng)。施慶偉等（2016）針對(duì)目前施工現(xiàn)場(chǎng)安全預(yù)警困難的情形，建立了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和BIM的施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策仿真模型，使用Vensim PLE軟件對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及控制優(yōu)選過(guò)程進(jìn)行仿真，利用仿真結(jié)果對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的人員，設(shè)備機(jī)械，材料進(jìn)行優(yōu)化布置，提升了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理效率。

2建筑工程安全管理中存在的問(wèn)題

2.1安全管理意識(shí)淡薄

目前，施工現(xiàn)場(chǎng)主要是通過(guò)監(jiān)理單位的管理如現(xiàn)場(chǎng)安全員的監(jiān)督或者制定一些安全規(guī)章制度來(lái)管理施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。基于成本和技術(shù)條件的限制，很少有施工單位愿意利用BIM和其他可視化技術(shù)來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安全管理，即使使用了BIM技術(shù)，也是主要放在成本的控制和進(jìn)度管理，而非安全。這主要是由于承包商或者分包商現(xiàn)場(chǎng)沒有預(yù)計(jì)到BIM給項(xiàng)目安全管理帶來(lái)的價(jià)值增值。總體而言，目前大多數(shù)承包商缺乏使用BIM技術(shù)進(jìn)行安全管理的意識(shí)，并且也沒有意識(shí)到BIM在建筑工程安全管理的潛在價(jià)值。

2.2安全教育培訓(xùn)不足

由于我國(guó)建筑行業(yè)不論是企業(yè)還是個(gè)人的準(zhǔn)入門檻都較低，導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)的人員的學(xué)歷和受教育程度參差不齊，有些現(xiàn)場(chǎng)操作人員極其匱乏安全教育知識(shí)，加之企業(yè)又不愿意在安全教育培訓(xùn)上進(jìn)行大投入，致使施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故頻頻發(fā)生。目前施工現(xiàn)場(chǎng)也缺少利用BIM技術(shù)管理安全的尖端人才，所以讓BIM技術(shù)進(jìn)行安全管理一直都是紙上談兵。

2.3安全管理方法落后

目前，施工單位還多是采取操作人員佩戴安全服飾，制定相關(guān)的安全管理規(guī)章、制度進(jìn)行安全管理。這種安全管理的方法不僅浪費(fèi)時(shí)間和人力資源，而且還低效，達(dá)不到高效控制施工現(xiàn)場(chǎng)安全的目的，所以當(dāng)前必須對(duì)傳統(tǒng)的安全管理方法進(jìn)行革新，研究出更加高效的安全管理模式。因此，BIM技術(shù)為建筑工程的安全管理提供了一種新的思路和方式，不可否認(rèn)的是傳統(tǒng)的安全管理方式與基于BIM的安全管理方式會(huì)有不相融合的地方，但是我們可以對(duì)傳統(tǒng)的管理方法棄其糟粕，取其精華，將其融合到基于BIM的安全管理模式上。運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行安全管理的另一壁壘就是各利益相關(guān)者基于內(nèi)部知識(shí)的價(jià)值性和保密性而不愿意在BIM平臺(tái)上共享資源。

2.4場(chǎng)地狹小，協(xié)調(diào)困難

隨著地價(jià)的不斷飆漲，當(dāng)前開發(fā)商總是想方設(shè)法對(duì)建設(shè)用地進(jìn)行最大化極限使用，竭盡全力用最少的地賺取最大的利潤(rùn)，這導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)可利用的施工場(chǎng)地和施工空間極其狹小、材料擺放不合理和運(yùn)輸困難、加工棚無(wú)法搭建㈣。各專業(yè)交錯(cuò)施工時(shí)，致使在傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方式下施工難度增加，生產(chǎn)效率低下，結(jié)果是安全隱患和安全事故越來(lái)越多。endprint

3基于BIM技術(shù)的建筑工程安全管理分析

3.1基于BIM的施工過(guò)程模擬

施工現(xiàn)場(chǎng)通常集中了大量的設(shè)備機(jī)械、材料和人，而且，隨著建設(shè)工程項(xiàng)目復(fù)雜度的提升，不同作業(yè)或者施工工序在施工時(shí)會(huì)存在大量的沖突，致使安全事故頻頻發(fā)生。因此利益相關(guān)者可以利用BIM虛擬施工技術(shù)，結(jié)合視頻智能監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)行施工全過(guò)程模擬和碰撞檢查，進(jìn)行可視化施工安全管理。通過(guò)BIM技術(shù)和4D CAD對(duì)機(jī)械與機(jī)械的碰撞、機(jī)械與人的碰撞、道路的可行性、臨時(shí)設(shè)施的布置、消防要求和場(chǎng)地的規(guī)劃等方面進(jìn)行危險(xiǎn)因素和安全隱患識(shí)別，根據(jù)各類危險(xiǎn)因素和安全隱患發(fā)生的概率和影響程度，以及各施工工序隨進(jìn)度對(duì)人材機(jī)的需求變化不斷調(diào)整計(jì)劃，動(dòng)態(tài)規(guī)劃，合理部署，最大限度的提高場(chǎng)地利用率，這對(duì)縮短工期，降低成本和減少高處墜落、機(jī)械打擊等安全事故都具有重要的意義。

3.2基于BIM的數(shù)字化安全培訓(xùn)

BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、信息完備性和交互性等特點(diǎn)，在BIM平臺(tái)上各利益相關(guān)者共享資源，由此可將BIM作為安全培訓(xùn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，施工人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員可以在三維可視化環(huán)境中學(xué)習(xí)特殊工種、復(fù)雜工序的施工方法，現(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)械設(shè)備的使用方法以及現(xiàn)場(chǎng)用電培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)完全區(qū)別于傳統(tǒng)安全管理方式的智能化、信息化、數(shù)字化安全培訓(xùn)。這不僅可以提高安全管理的效率，還能降低由于安全事故造成的財(cái)產(chǎn)損失和工期增加。Chunling and Renjve（2010）調(diào)查了基于BIM的數(shù)字化安全培訓(xùn)，調(diào)查表明，無(wú)論施工人員的教育背景和技術(shù)水平高低，科學(xué)的培訓(xùn)模式和安全培訓(xùn)課程將改善操作人員施工的安全性。

3.3基于BIM的安全獎(jiǎng)勵(lì)制度體系建立

目前安全管理低效除了安全培訓(xùn)和安全投入不足等原因，另一個(gè)重要因素就是缺乏科學(xué)的安全管理制度，各人員責(zé)任模糊不清。如果單單依靠提升技術(shù)來(lái)提升安全管理的效率，也是不能夠從本質(zhì)上解決安全管理問(wèn)題。通過(guò)國(guó)內(nèi)外大量的研究表示，如果能夠利用BIM技術(shù)和其他信息技術(shù)如RFID技術(shù)制定一套完善、科學(xué)、高效的安全獎(jiǎng)懲制度體系，那么安全管理必將成為企業(yè)的一大優(yōu)勢(shì)。

基于BIM的安全獎(jiǎng)勵(lì)制度體系具體流程如下：首先，給現(xiàn)場(chǎng)每一位工作人員分配一張帶有射頻識(shí)別功能的卡片，該卡片是其身份的表示和象征，現(xiàn)場(chǎng)的安全管理人員通過(guò)本地服務(wù)器中的BIM模型以及利用RFID的識(shí)別功能對(duì)工人實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，工人的每一次違規(guī)行為都將被記錄在卡片中。每周清查一次工人的卡片記錄，給予相應(yīng)的加分和減分。如果發(fā)生不是由于工人個(gè)人過(guò)失造成的安全事故，如坍塌等，這將給設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等責(zé)任方的卡片扣分。這樣的安全獎(jiǎng)懲制度能夠明確責(zé)任而且不具有感情色彩和主觀因素，具有較高的說(shuō)服力。

3.4基于BIM的事故調(diào)查與分析

當(dāng)前的研究主要集中在項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，然后采取對(duì)應(yīng)的安全措施予以排除。但是再好的預(yù)警系統(tǒng)也不能保證100%不發(fā)生安全事故，所以基于BIM技術(shù)對(duì)已發(fā)生的事故進(jìn)行調(diào)查，防止在以后的施工中出現(xiàn)類似的安全事故是對(duì)當(dāng)前安全管理研究的一種補(bǔ)充和完善。具體做法就是在事故發(fā)生以后，首先保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)，然后將事故的發(fā)生經(jīng)過(guò)進(jìn)行影像掃描，錄入到本地服務(wù)器中的BIM模型中，BIM安全管理技術(shù)人員結(jié)合監(jiān)控錄像對(duì)整個(gè)事故進(jìn)行情景重現(xiàn)，找出導(dǎo)致事故發(fā)生的根本原因，以便下次遇到同樣的狀況時(shí)，能夠提前做好安全預(yù)防措施。

4結(jié)論

本文根據(jù)目前建筑工程安全施工階段安全管理的現(xiàn)狀，對(duì)基于BIM技術(shù)的安全管理在施工階段的運(yùn)用進(jìn)行了重點(diǎn)分析。施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理必須對(duì)傳統(tǒng)的安全管理方式進(jìn)行革新，不斷采取新的技術(shù)，使施工現(xiàn)場(chǎng)的操作人員樂于與設(shè)計(jì)師分享他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，利用BIM的潛力把現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)思想賦予到設(shè)計(jì)上。要實(shí)現(xiàn)BIM全行業(yè)滲透，就需要承包商、現(xiàn)場(chǎng)管理人員、高端技術(shù)人才意識(shí)到BIM在安全管理上的重要潛在價(jià)值，然后做好準(zhǔn)備迎接變革。當(dāng)前，建筑行業(yè)極度缺乏高水平BIM人才，因此必須采取新的教育戰(zhàn)略培來(lái)滿足行業(yè)對(duì)人才的需求。endprint