基于BIM技術的建筑工程安全管理研究

李宏遠

摘要： 隨著我國建筑業的蓬勃發展，從業人員增加，建筑安全事故頻發發生。BIM技術的發展及在建筑領域全生命周期的廣泛應用，有利于提高施工管理水平，改善安全事故頻發的現象。文章通過分析國內建筑工程安全事故發生情況以及當前安全管理現狀，構建了集成BIM的安全管理應用技術架構，并對其在建筑工程施工階段的管理應用進行了說明介紹。

Abstract： With the vigorous development of construction industry in our country， the number of employees increases and accidents of building safety occur frequently. The development of BIM technology and the wide application of its life cycle in the construction field help to improve the construction management level and improve the frequent accidents. By analyzing the occurrence of safety accident in domestic construction projects and the current status of safety management， the article constructs a safety management application technology framework integrated with BIM， and introduces its management and application in the construction phase of construction engineering.

關鍵詞： BIM；建筑工程；安全管理

Key words： BIM；construction engineering；safety management

中圖分類號：TU17；TU714 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0001-04

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，建筑業已逐步發展成為我國的支柱產業之一，在推動國民經濟增長過程中起著至關重要的作用。建筑業作為重要的國民經濟生產部門，其最大特點是高流動性，生產工藝過程、作業場地不斷變化，就地雇工，使其成為具有高風險性與意外傾向性行業[1]。隨著工業化和城鎮化建設速度越來越快，建筑業的建設規模正在逐步擴大，建筑領域從業人數也將會持續增加。建筑業的一系列特點使其成為一個高風險和事故頻發的行業，建筑安全問題已經成為現在以及未來全世界范圍內建筑業最為關心的問題[2]。

科技在發展，時代在進步，建筑領域安全管理也需要采用新技術，新管理方法。BIM（Building Information Modeling）技術目前已應用于建筑全生命周期，從前期方案決策、設計到建筑施工管理，再到后期運營管理全過程中，BIM信息可以從一而終。在建筑設計、施工、運營維護全過程的整個或者某個階段中，應用3D和4D信息技術，進行協同建筑設計、建筑施工、虛擬仿真分析、工程量計算、造價工程管理、設施運營維護的技術和管控手段[3]。近年來，BIM技術越來越成熟，在國內應用越來越多，在各個領域已經產生了很大的經濟效益，同時，BIM技術也給建筑領域提供了新的機遇，在未來的工程建設中，BIM技術將會被大規模使用。

1 建筑工程安全管理現狀

1.1 2016年國內建筑工程安全事故情況

建筑業是一個安全事故高發行業，每年均有數百起安全事故發生。截止至2016年全國共發生房屋市政工程生產安全事故634起、死亡735人，比去年同期事故起數增加192起、死亡人數增加181人，如圖1、圖2所示，同比分別上升43.44%和32.67%[4]。以上數據顯示，國內建筑安全事故頻發，每起安全事故均會產生不同程度的經濟財產損失，甚至產生人員傷亡。每年國內建筑安全事故中都會造成上千人死亡，且安全事故發生幾率沒有得到有效改善，可見安全問題的嚴重性。

建筑業安全事故產生原因很多，最常見的有高空墜落、觸電傷害、物體打擊、機械傷害等。截止至2016年房屋市政工程生產安全事故按照類型劃分，高處墜落事故333起，占總數的52.52%；物體打擊事故97起，占總數的15.30%；起重傷害事故56起，占總數的8.83%；坍塌事故67起，占總數的10.57%；機械傷害、觸電、車輛傷害等其他事故81起，占總數的17.78%[4]，如圖3所示。

1.2 國內安全管理現狀

隨著施工技術水平的提高，建筑安全問題正在逐步改善，但安全管理問題仍有很大提升空間。近年來，建筑業無論是建設規模還是發展速度都取得了明顯的進步，對國民經濟發展起到了巨大的推進作用，但同時建筑工程施工安全管理問題也越來越突出[5]。建筑工程中的安全管理目標是整個項目實現的最重要目標，建筑施工安全管理不僅關系到施工人員的人身財產安全，還關系到施工企業的榮譽及經濟效益，也關系到建筑行業的發展進而影響國民經濟的發展。

目前，國內安全管理存在問題較多，主要分為以下幾個方面[6]：

①當前建筑工程仍然沿用舊有管理制度，大多工程項目中未全面采用現代信息化管理技術；

②部分建筑施工企業及項目管理人員對施工現場安全管理重視程度不夠高，安全教育及交底不到位；

③很多工程項目中所使用的安全管理手段比較落后，需要研究國內外先進的安全管理方式，同時結合國內市場行情，積極推行先進的管理方法和技術工具；

④市場監管力度不夠，部分施工工地監理制度等同虛設，沒有能夠充分發揮監理的監督作用。

2 基于BIM技術的安全管理

安全管理一直是建筑工程實施階段的重中之重，從設計到施工，每一項新技術、新管理措施的應用，都為安全管理做了鋪墊。建立一套良好的安全管理體系，在施工過程中貫徹實施，可以從根本上減少安全事故的發生，將安全隱患消滅于萌芽，并產生良好的經濟效益。

應用BIM相關軟件構建的模型中包含了待建建筑物的所有構件及施工方案信息，建筑物中的所有相關信息集成了一個相對靜態的基礎數據庫，為施工過程中潛在的危險因素及危險源識別提供了全面且詳盡的信息平臺。各階段施工方案與施工進度計劃相互配合構成了相對動態的基礎信息庫，通過對各階段施工過程進行模擬、場地布置以及碰撞檢查，可以施工過程中潛在的危險區域，施工空間、機具間的沖突等安全隱患，提前采取相應措施，排除安全隱患，保障施工過程中的人員和財產安全，減少安全事故產生的幾率。

2.1 集成BIM的安全管理應用技術架構

集成BIM的安全管理，需要考慮組織、過程、信息和系統四要素以及它們之間的關系，結合BIM建模過程，從數據層、模型層、應用層三方面形成安全管理技術架構，如圖4所示，保證信息有效傳遞，避免信息斷層、信息割裂的現象出現。建筑信息具有異構、離散、海量、復雜、專業和文檔化等特征性[7]，基于BIM技術組件建筑工程安全管理架構體系，可以保證信息無損傳遞，更好地將建筑相關信息應用于安全管理中，保證施工現場安全管理有序進行。

2.1.1 數據層

施工階段的工程數據可分為結構化的BIM數據，非結構化的文檔數據以及用于表達工程數據創建的組織和過程信息。將BIM數據以標準模式進行轉化，如IFC格式，形成標準數據庫；合同、招標文件等文件以文檔形式進行儲存，形成文本數據庫，存儲于文檔管理系統中；施工過程中的組織及信息數據存儲于相應數據庫中。建筑、結構、幕墻、鋼結構等相關數據集成交互，存儲于工程管理平臺，各專業間進行分享，提取出數據庫中的安全信息，對相關信息進行分析，提前做好防范工作。

2.1.2 模型層

通過BIM數據集成平臺，形成安全信息模型，根據不同需求，可以根據應用需求生成相應的安全信息子模型，如臨邊、洞口識別模型，腳手架安全模型，機械設備安全輻射模型等。根據施工需要，向應用層各施工管理專業軟件提供模型和數據支持，更好地將模型應用于施工安全管理。

2.1.3 應用層

結合工程管理云平臺，將BIM模型連同生產的相關子模型，以及相關施工數據上傳到云平臺，組成基于BIM的建筑工程安全管理系統，進行施工安全與沖突分析，便于管理人員實時掌握施工現場情況，排查安全隱患，如臨邊洞口是否有工人逗留，機械覆蓋區域是否存在交叉作業等。通過基于BIM的安全管理系統，結合其它施工管理系統，可以更好地對施工現場進行監測管理，利用信息化管理平臺，掌握施工現場安全動態以及施工人員施工行進路線，及時消除安全隱患，提供安全保障措施，當工人接近危險源時提醒其遠離，確保施工現場安全狀態。

2.2 BIM技術在施工安全管理中的應用

2.2.1 危險源識別及危險區域劃分

工程施工前，建立以BIM模型為基礎的危險源識別體系，根據《重大危險源辨識標準》要求，找出所有潛在危險源，如臨邊防護、洞口、安全通道等，并在工程項目模型信息中予以標注，在建模過程中用不同的警示顏色表示不同危險源的危險程度。通過建立危險源識別體系，可以非常清晰有效地識別施工現場可能出現的危險因素。

在施工模擬過程中，根據危險源體系識別結果，可以將所有危險源按照事故發生幾率和事故產生損失量劃分為4個安全事故發生風險區，并采用紅、橙、黃、綠4種顏色予以標注，根據危險程度指導施工。如起重機吊臂下方及吊臂覆蓋區域標記為紅色，起重機運作期間吊臂下方禁止站人，吊臂覆蓋區域內施工工序暫停施工。建模及危險源標注完成后，尤其是重大危險源，需在施工現場標識牌處張貼公示，讓所有施工參建人員了解到整個施工現場哪些部位存在危險以及危險性大小。

2.2.2 安全交底及施工現場安全信息化管理

傳統安全交底模式，只是安全負責人對工人簡要說明，可視化程度低，工人接受程度不高，一些危險地段施工應該注意的地方亦做口頭說明，工人無法切實感受到施工現場的危險性，也無法直觀地感受危險源的存在，施工現場的安全隱患無法在工人腦中形成深刻印象。結合BIM技術，將施工現場中容易發生危險的部位進行標識，將BIM模型導入VR設備中，使用VR設備對工人進行交底，讓工人對施工現場所發生的安全事故有一種身臨其境的感覺，可以切身感受到施工現場危險源的存在。通過BIM結合VR技術對工人進行交底，工人便可更好地對危險源進行識別，將安全隱患存在點及其危險程度深植腦中，施工時遠離或接近危險源時提高警惕。通過VR模擬安全事故發生的場景，可以讓工人更清楚地了解到身邊的危險，以便了解危險發生時如何應對以及如何進行應急處理，保證自身安全。

現場的BIM工作團隊將工程危險源在模型上進行標記，安全員在現場指導施工時，可以查看模型上對應的現場位置，查看施工時應注意的問題，對現場的施工人員操作不合理的地方進行調整，避免安全事故的發生。安全管理人員現場巡視時將現場圖片實時上傳到安全管理平臺系統服務器中，掛接在模型上和現場對應的位置，讓項目管理人員能夠不親臨現場就能實時把握現場施工進度及安全情況，查看現場的安全措施是否到位[8]。

2.2.3 現場平面管理及施工空間沖突管理

建筑工程施工現場尤其是城市內新建工程，施工場地狹小，現場施工難度大，大型機械設備不易施展。施工空間隨著工程的進展不斷變化，會影響工人的工作效率和施工安全，多個工作面交叉施工會帶來各項安全隱患，提高安全事故發生的幾率。

利用BIM模型、信息數據庫以及管理平臺，對現場作業平面進行分析，包括平面尺寸、構件布置、施工線路分析、各類施工材料堆放、機械布置、臨水臨電、臨時出入口等進行分析，通過可視化模擬工作人員的施工狀況，可以形象的看到施工工作面、施工機械、施工材料、構配件等的布置情況，評估施工進展中這些工作空間的可用性、安全性，可以提高大大施工效率，降低施工安全風險。

通過BIM模型的碰撞檢查及施工模擬，能夠很好地分析出施工現場安全事故可能發生幾率和事故發生時的嚴重程度，結合項目自身需求和動態實時調整施工計劃，按照不同專業對施工現場空間、機械設施和施工人員的需求，進行平面部署和組織部署調整，進而達到最佳的空間立體規劃，最大可能地提高場地利用效率、降低安全隱患的發生[9]。

3 結語

BIM技術在我國正處于蓬勃發展階段，許多大型、復雜建筑項目均將BIM技術應用于建筑物全生命周期中。隨著BIM技術的成熟，未來會有越來越多的工程項目使用BIM技術，將安全管理與BIM技術相結合，可以有效控制安全事故的發生，減少安全事故發生幾率。

本文構建了集成BIM的安全管理應用技術架構，在建筑工程施工階段，應用BIM技術進行危險源識別及危險區域劃分、安全交底及施工現場安全信息化管理、現場平面管理及施工空間沖突管理，充分發揮BIM技術在施工中的優勢，達到事前預防、事中控制和事后處理的全過程控制和管理。應用BIM技術不僅提高了施工現場安全管理工作的效率，而且進一步提高了工人對施工現場安全管理的理解和認知，以及應急處理能力，從而改善不良的施工現場管理現狀，提高安全管理水平。

當前國內BIM技術在實際工程中多用于碰撞檢查、虛擬施工等，以及驗證工程項目設計的可行性。未來對于BIM的安全管理研究，要理論聯系實際，將研究成果有效應用于工程項目中，解決管理不足及溝通不暢等問題，實現項目集成化管理，有效減少安全事故的發生，保障人員及財產安全。

參考文獻：

[1]趙挺生，盧學偉，方東平.建筑施工傷害事故誘因調查統計分析[J].施工技術，2003（12）：54-55.

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[3]何關培.施工企業BIM應用技術路線分析[J].工程管理學報，2014，02：1-5.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部[EB/OL].[2017/1/23]. http：//www.mohurd.gov.cn/index.html.

[5]李海濤.基于BIM的建筑工程施工安全管理研究[D].河南：鄭州大學，2014.

[6]薛山.基于BIM的項目工程質量控制[D].河南：鄭州大學，2016.

[7]張建平，余芳強，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技術研究[J].土木建筑工程信息技術，2012，04（01）：6-14.

[8]李飛，李偉，劉昭，李智.基于BIM的施工現場安全管理[J]. 土木建筑工程信息技術，2015，07（05）：74-77.

[9]潘劍峰，杜丹，單紅波，趙昂，唐俊.BIM技術應用于超高層鋼結構施工安全管理研究[J].施工技術，2016（18）：18-20.