基于BIM技術的充電站施工過程安全管理研究

楊茜 王正權

摘要：電動汽車充電站的施工過程，涉及多種建筑工程施工信息的融合，施工過程安全隱患較多；BIM技術由于其信息融合能力及過程可視化仿真能力已廣泛應用于施工過程進行安全管理。本文介紹了充電站施工過程的特點和關鍵要素，對充電站施工過程危險源進行了分類，并對成因進行了分析；在此基礎上，構建了基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，為制定充電站安全施工組織方案及完善BIM技術在施工過程安全管理方面的應用提供了參考。

Abstract： The construction process of electric vehicle charging station involves many construction engineering information， so there are many hidden dangers in the construction process. Due to its ability to information fusion and process visualization simulation， BIM （Building Information Modeling） technology has been widely used to manage the safety of construction process. The characteristics and key elements of the charging station construction process are summarized， and the dangerous sources in the construction process of charging station are classified. On this basis， the construction process safety management system of charging station based on BIM， which provides a reference for the establishment of the safety construction organization plan of the charging station and the application of the BIM technology in the safety management of the construction process.

關鍵詞：BIM；充電站；施工；安全管理

Key words： Building Information Modeling （BIM）；charging station；construction；safety management

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0078-03

0 引言

隨著能源枯竭、環境污染等問題的日益突出，電動汽車的發展成為大勢所趨，其保有量也逐年攀升，電動汽車充電站作為電動汽車推廣運行的基礎設施，其需求量也隨之增加。為了加快充電站的建設，我國政府制定了一系列的政策以指導充電基礎設施建設，并預計到2020年，新增集中式電動汽車充換電站超過1.2萬座[1]。充電站的施工過程，不僅涉及到傳統建筑土建工程施工、低壓電氣工程等要素，同時也涉及到高壓變換電設備施工、充電專用設備、信息采集系統及人機防護裝置等的施工，涉及多個學科及多種建筑工程施工信息的融合，施工過程復雜，安全隱患較多[2]。如何采取有效手段，制定合理的充電站施工方案，保障施工過程安全，有效防范安全事故，具有重要的現實意義[3，4]。

BIM（Building Information Modeling）技術是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[5]。由于其具有信息的融合性、模擬性、可視化性等顯著優點，在建筑施工過程中可以顯著提高多領域信息協調能力，并能合理規劃施工組織方案，完善施工過程人員、材料、過程的安全管理[5，6]。因此，本文首先分析充電站施工過程的技術特點和關鍵要素，其次對充電站施工過程危險源進行分類，并對成因進行分析；在此基礎上構建基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，分析BIM技術在電動汽車充電站施工過程中人員管理、施工過程危險源的管理、安全施工方案管理、施工過程動態監控及安全施工流程管理、施工安全案例數據庫管理等的創新應用，為優化充電站安全施工組織方案、保障充電站施工過程安全及完善BIM技術在施工過程安全管理方面的應用提供參考。

1 充電站施工過程的特點

充電站施工過程不僅涉及到傳統建筑施工的要素，而且涉及電力工程施工、高壓變電設備施工、高壓大電流電纜施工、多種專用設備施工等[2，7]，因此呈現獨有的施工特點：①專業跨度大。充電站的建設施工屬于專用基礎設施施工，施工過程涉高低壓電氣、土建、配電、配線、消防、安防等領域，專業跨度較大。②人員素質要求高。充電站的施工過程要求施工人員不僅具備土建，水電等傳統施工技術，而且需要具備或了解相應的充電站公共設施施工法律法規及電氣、配線、電磁防護、防水絕緣、信息系統等方面的知識，素質要求較高。③需要多工種協同交叉施工。充電站施工過程，常常出現多工種同時施工或交叉施工的情況，施工過程需要多個工種交接或多次交接完成。④專業設備多。充電站施工過程涉及的充電系統、監控系統、支付系統、配電系統、防護系統等所需專業設備較多，安裝調試過程復雜，且占施工過程的周期也較長，存在的安全隱患也較多。⑤安全風險高，管理難度大。充電站施工過程涉及的專業、設備眾多，特別是涉及到各種高低壓電氣施工調試。因此，存在的安全因素復雜，施工過程安全風險高，管理難度大。

2 充電站施工過程危險源的分類及成因分析

根據充電站施工過程的特點將充電站施工過程的危險源進行了分類，如圖1所示。由圖1可知，充電站施工過程的危險源主要包括：①物體打擊，如施工過程的飛石、材料及工器具等的高空跌落等；②工器具及設備失效及操作不當的機械傷害；③充電專用設備吊裝，雨棚吊裝、變電設備吊裝等作業過程的起重傷害；④高低壓電氣安裝過程，充電設備調試過程，用電設備的帶電操作過程等的觸電；⑤坍塌，如腳手架、雨棚、電纜桁架、墻體等的倒塌，線纜溝道等的坍塌；⑥高空電纜鋪設、設備安裝等作業過程的人員墜落；⑦特種車輛作業過程中的傷害；⑧其他不可預測的隨機性傷害等。根據以上危險源產生的要素，其成因主要可分為四類：1）人的原因，如機械傷害，觸電，墜落等多是由于人的疾病、疏忽或不規范操作等造成；2）物的原因，如設備失效，材料缺陷，防護缺陷等；3）管理方面的原因，如工種交接不清楚，安全管理不到位，電氣調試缺乏完善的施工流程管理，人員操作標準不統一等；4）環境方面的原因，主要包括天氣、濕度的影響，光照亮度的影響，噪聲等的影響。

3 基于BIM的充電站施工過程安全管理體系的構建

根據電動汽車充電站施工過程的特點及危險源的成因，基于BIM集成平臺構建了充電站施工過程安全管理體系，如圖2所示。由圖2可知，基于BIM的充電站施工過程安全管理體系充分利用了BIM平臺如Autodesk Revit，Bently，BIM5D等的信息融合功能[8]，將充電站施工過程的模型數據、信息數據、項目要求進行整合，并利用BIM集成平臺的模擬性、可視性、優化性等特點進行施工方案細化、碰撞檢測、危險源辨識、施工過程監控，施工流程控制，施工過程安全案例記錄等[5]，進而實現對人員、危險源、施工方案、施工流程、施工安全案例的管理。

3.1 人員管理

基于BIM平臺的人員管理主要包括：人員的安全教育、施工前的操作培訓、項目施工方案培訓、施工人員安防培訓、施工過程人員的素質評估及管理等。主要利用BIM的可視化及模擬性功能，在施工前對施工人員進行安全可視化的教育，從視覺上了解整個施工過程的流程方案、施工細節及可能存在的安全隱患及相應的預防措施。同時針對每個施工人員建立獨立檔案，進行跟蹤記錄、素質評估、崗位匹配度管理，以保障施工過程的安全。

3.2 施工過程危險源的管理

充電站施工過程涉及的施工材料較多，施工工序較復雜，因此需要借助BIM平臺的信息數據庫、模型數據庫對施工過程的現場信息、材料信息、充電設備信息、配電設備信息進行提取，明確其失效模式及可能存在的危險，并結合腳手架模型、充電樁模型、線纜模型等的特征，采用模擬施工識別施工過程中的危險源并分類進行管理。

3.3 安全施工方案管理

充電站安全施工方案管理流程如圖3所示，由圖3可知，充電站安全施工方案的管理過程包括施工組織方案制定、施工方案模擬實施、施工過程危險源識別及制定相應的防護措施、組織方案可行性評估的循環優化過程。通過BIM平臺的4D或5D可視化虛擬施工，可以直觀的了解整個組織方案的實施流程、工段交接細節、高低壓配線走向、充放電設備安裝調試信息、過程工器具的操作空間等，進而識別施工過程的危險源，并制定相應的預防措施。通過對優化后的施工組織方案進行評估確認是否滿足項目及安全施工的要求，如存在風險則進行新一輪的施工方案優化，以保障實際執行的施工組織方案同時滿足項目設計要求及施工可行性、安全性要求。

3.4 施工過程動態監控及安全施工流程管理

施工過程動態監控及安全施工流程管理是充電站施工安全管理中的重要環節。基于BIM的信息集成技術及開放式接口，可以通過現場視頻、遠程監控等手段方便的對現場實時施工信息進行采集、分析及過程管理。同時，通過數字化手段，將充電站施工過程中的作業流程、工藝檔案、充放電設備調試順序、工種入場出場交接清單等電子化，并進行集中式管理，分級審批，進而達到對施工流程安全管理的目的。

3.5 施工安全案例數據庫管理

以BIM集成平臺為依托，通過對充電站施工過程安全案例信息如充電專用設備的安裝調試過程的失效模式信息、工器具實用過程的安全事故等進行收集、歸納、整理，并以數據庫的方式保存，不僅方便檔案文件保管、安全施工知識積累，而且為后續施工人員安全培訓，施工組織方案制定等提供了素材和參考，以避免后續施工過程出現同樣的安全事故。

4 結語

目前，電動汽車還處于推廣運營階段，電動汽車充電站的建設也處于初期，可借鑒的施工組織方案及安全案例較少，保障施工過程安全的難度較大。BIM技術由于其信息融合能力及過程仿真能力已廣泛應用于復雜的施工過程，對施工過程進行管理，保障施工過程安全。本文構建了基于BIM的充電站施工過程安全管理體系，從充電站施工過程中人員管理、施工過程危險源的管理、安全施工方案管理、施工過程流程管理、安全案例管理等方面介紹了具體的管里內容及方法，為制定充電站安全施工組織方案、保障充電站施工過程安全及完善BIM技術在施工過程安全管理方面的應用提供了參考。

參考文獻：

[1]潘銳煥，邵穎，王曉迪等.我國電動汽車充電基礎設施建設進展及建議[J].中國科技信息，2016（19）：96-97.

[2]許慶強，寇英剛，馬建偉等.電動汽車充換電設施典型設計方案研究[J].電力系統保護與控制，2015（13）：118-124.

[3]張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應用[J].施工術，2012（16）：10-17.

[4]范家茂.基于BIM的建筑施工安全管理模型[J].山東農業大學學報（自然科學版），2017（3）：464-466.

[5]李童.BIM技術在建筑施工安全管理中應用的思考[J].價值工程，2018（3）：27-28.

[6]馬少雄，李昌寧，陳存禮，等.BIM技術在某工程施工管理中的應用[J].施工技術，2016（11）：126-129.

[7]徐文升，高培霞，朱文彥.電力工程施工安全管理探析[J].價值工程，2017（28）：22-24.

[8]何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010（4）：110-117.