BIM—RFID技術在建筑施工安全控制中的應用研究

周盛世 宋謙 張寧 吳廣奇 侯蕊

摘要：隨著經濟和社會快速發展，人們對于住房的需求也越來越大，從而拉動建筑業的蓬勃發展。但是在建筑施工過程中卻同樣存在諸多的安全隱患和問題，如何對建筑施工過程中的安全問題進行有效的規避，顯然是眾多企業多年來力求解決的問題。通過利用BIM與RFID技術在建筑施工中的應用，可以有效地對施工安全問題進行控制和處理，達到加快施工進度、降低施工成本和提高施工安全性，實現建筑施工現場高效率、高安全、高智能的目標。

Abstract： With the rapid development of economy and society， people's demand for housing is also growing， which will promote the vigorous development of the construction industry. However， there are also many safety hazards and problems in the construction process. How to effectively avoid the safety problems in the construction process is obviously a problem that many enterprises have been trying to solve for many years. By the application of BIM and RFID technology in building construction， it is possible to effectively control and handle construction safety problems， speed up construction progress， reduce construction cost and improve construction safety， and achieve high efficiency， high safety and high intelligence of construction site.

關鍵詞：施工安全；BIM和RFID技術；高效率；智能化

Key words： construction safety；BIM and RFID technology；high efficiency；intelligent

中圖分類號：0TU714 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0215-03

0 引言

在建筑行業下，施工安全問題一直困擾著各大施工企業。在過去的幾十年中，也出現過各種各樣的預防措施以及安全處理對策，但是都無法有效地規避施工安全問題，從而安全事故和糾紛仍然頻頻發生。近年來，BIM與RFID技術的興起與發展并被初步應用到建筑施工中，為減少或避免施工過程中出現的安全問題。常春光等研究了BIM和RFID技術在裝配式建筑施工過程管理中的應用，探討了集成的BIM-RFID系統在施工中相關安全應用的過程[1]。張家昌等探討了BIM和RFID技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用，促進了建筑項目全壽命周期管理的合理化和科學化，有效減少了施工過程中的安全事故的發生[2]。在信息化時代的大背景下，BIM-RFID技術與建筑施工安全控制相結合不僅是一種規避安全事故的創新方法，也是建筑行業未來發展的必然趨勢。

1 BIM與RFID技術的工作原理

BIM技術就是把建設工程項目的各相關信息數據作為模型的基礎，建立建筑模型，然后運用數字信息仿真模擬建筑物所包含的全部信息[2]。BIM技術經過發展逐漸應用于建筑施工作業以及其他各方面，為建筑業帶來新一輪的技術革命。經過不斷的探索與實踐，BIM技術在建筑施工安全中的工作原理是通過BIM施工模擬，將整個施工過程預先在計算機上采用5D模型進行模擬實際施工操作，在模擬過程中對于易發生或可能發生危險的點或工序進行標記，然后將此信息集合到BIM信息中心進行儲存，當實際進行施工時，BIM信息中心將會把信息傳遞過去，與其他數字技術相結合，發出預警規避危險。

RFID技術是一種與生活息息相關的無線電波通信技術，不需要識別系統與特定目標之間建立光學或者機械接觸就能通過無線電波識別特定目標并顯示其所包含的相關信息[2]。近年來，RFID技術作為物聯網的關鍵核心技術被大家所關注，并逐漸被發展運用到建筑行業的各個領域。Yang等人曾在文章中提出一個基于RFID技術的危險識別系統，用來規避施工現場的安全事故以及進行現場施工安全管理[3]。

2 BIM與RFID技術在施工安全中的評價分析

2.1 BIM與RFID技術下施工安全控制模式運行機制

BIM與RFID技術的結合并應用到建筑施工過程中，對施工過程中的人員和建筑質量的安全起到非常重要的作用。將BIM與RFID進行集成，構建施工現場安全監控預警系統，用于解決目前施工現場安全監控預警系統空白或者手工錄入紙質傳遞、施工方一方主導、憑經驗管理、信息傳遞不及時和溝通不順暢等問題，以實現施工安全的自動化、信息化、可視化、全程性的高效預警監控[4]。BIM通過施工前的虛擬施工，對將要進行施工的建筑建造過程進行全尺寸、全方位、全過程的五維數字化模擬，并把屬性、時間、技術參數、管理要求等信息、維度附加到數字化模型中，形成完整的多維施工模型，真實的展現建筑施工過程[5]。RFID技術主要是通過建立應答器（芯片）、閱讀器、軟件系統之間的無線聯系，閱讀器利用無線電波進行芯片信息的有效識別，然后將識別的信息傳回軟件系統進行分析處理，若發現危險源或者靠近危險物將會把信息傳遞到BIM信息中心，BIM信息中心將根據危險類別向軟件系統傳達出不同等級的預警信息，軟件系統再將預警信息向帶有警報裝置（警報裝置可安裝于安全帽上）的施工人員進行信息傳遞，從而可以使施工人員能夠采取有效的措施去避免危險的發生。相比較陳永鋒等提出的基于RFID -WSN在建筑施工安全管理中的利用RFID進行跟蹤射頻識別并通過WSN進行預警[6]，BIM-RFID技術組成的安全預警系統裝置，整個過程通過無線網絡和無線電波進行信息傳遞，能夠更加迅速地應對所出現的危險，從而達到規避危險的目的。

2.2 BIM-RFID預警系統評價指標體系的建立

BIM與RFID技術是新型的信息傳遞和儲存手段，能夠利用計算機網絡系統進行大量數據的運行、儲存、分析、計算處理。并且利用無線射頻識別技術進行建筑工人定位、危險源監控和施工活動管理[7]。該系統與其他安全預警系統相比，擁有其獨特的特點，并且因為采用BIM和RFID技術相結合，所以具有一系列其他系統裝置所不具備的優點。通過將BIM-RFID技術與建筑施工安全相結合，能夠在施工安全控制中發揮重要的作用，是建筑行業目前的一大技術革新，也是對于施工安全的一大重要保障。

BIM-RFID預警系統裝置使得施工安全控制有以下特點：①非接觸式信息讀取，不受遮擋物影響；②能夠同時識別多個儲存信息的芯片，信息讀取便捷；③可以重復循環使用，不受污染；④全過程、全方位無線信息傳遞，方便快捷；⑤預警以及處理過程智能化。

BIM-RFID預警系統對于建筑施工中的安全控制有著以下優點：①能夠提前預判危險源的存在并進行標記，儲存相應的信息于芯片中；②系統裝置簡單，使用方便可持續利用；③信息收集以及傳遞不閉塞，能夠精確到具體位置，對于避免危險提供更加詳細的信息；④能夠降低施工成本和施工風險；⑤提高施工效率，加快施工進度，縮短工期。

2.3 BIM與RFID技術下施工安全控制存在問題及建議

對于目前施工現場安全系統自動化和信息化的水平不高，參與建設的各方介入施工安全問題的程度較低，信息的傳遞不夠順暢且信息可利用率較低等問題，雖然BIM-RFID技術用于施工安全控制帶來諸多的益處，但是就目前應用實際情況來說，仍然有著較多的問題存在，使得施工中仍有安全事故的發生。存在的問題主要有以下幾個方面：

①施工人員缺乏安全意識，忽視安全預警，違規進行施工作業。安全裝置佩戴不齊，無法接收預警信息。

②項目部安全投入不足，不具備完整的預警系統，有諸多的缺陷存在。

③BIM與RFID技術應用成本較高，諸多企業資金投入以及管理不到位，造成安裝拖延。

④安全系統傳遞預警信息，管理人員以及施工人員采取措施不當或不采取任何措施繼續進行施工作業。

對于BIM-RFID安全系統在實際施工安全中應用所存在的問題，應該積極采取相應的措施或對策進行消除或避免問題的發生并影響施工。有如下幾點建議：

①對施工人員進行培訓教育，系統介紹BIM-RFID安全預警系統的知識，了解該系統的作用以及運行機制。

②定期對每個項目部的安全預警系統進行檢查，發現損壞或者缺少的部分立即進行更換補全，以保證系統能夠正常運行。

③企業加大對于施工安全的資金投入，設立專項人員進行落實和不定期對項目上的系統的安裝情況進行巡查。

④管理以及施工人員發現預警信息，應立即采取正確的應對措施進行危險的規避，避免無措施施工作業。

3 BIM與RFID技術在施工安全中的應用前景

建筑業是傷亡率僅次于煤礦業的高危行業，施工作業中存在露天作業量大、時間長，加之受氣候條件的影響，主要表現為施工流動性大，環境變化頻繁等特點[8]。正是由于施工項目自身原因導致危險源種類眾多，從而引發各類工程施工安全事故，進而長期成為各大企業眾所擔憂的焦點問題。與此同時，隨著新的科學創新技術應用于建筑施工方面，施工安全問題有所緩解。BIM與RFID技術的結合在建筑施工安全問題中的運用，不僅是一種技術上的革新，更是施工安全控制的一種更新換代的偉大革命。張涇杰等人基于建筑信息模型和無線傳感網絡技術，建立了建筑工人高處墜落事故智能預警系統，該系統可實現建筑工人實時定位和高處墜落事故智能預警[9]，從而減少了建筑工人出現安全事故的幾率，很大程度上避免了不必要的傷亡。從另一個角度也可以看出BIM與RFID技術在安全事故應用中的作用和優勢愈加明顯，在未來建筑施工安全控制中的應用前景非常可觀，主要可體現在以下幾個方面：

①BIM和RFID技術相結合，能夠更好地實現建筑施工現場各種信息的收集、傳遞、處理以及反饋和控制。

②BIM和RFID技術相結合，構建可靠的安全預警系統，可以更加智能、全方位、實時的管控施工現場作業，最大程度地規避建筑安全事故帶來的風險。

③BIM和RFID技術與建筑安全控制相結合，是信息技術在建筑行業的又一次成功應用，不僅給建筑行業帶來諸多益處，還為接下來更多信息技術應用于建筑業提供了寶貴的經驗。

④BIM和RFID技術在安全預警系統中，信息進行實時交互傳遞，可對建筑施工作業工人進行準確實時的覆蓋式定位，更加智能、安全。

當BIM和RFID技術全面應用于建筑施工安全中，建筑安全事故將不再是困擾國家和施工企業的問題，施工作業將會迎來更加高效率、高安全的模式。

4 結論

基于BIM與RFID技術下構建的施工安全預警系統，集合了建筑信息模型和無線傳感技術諸多優勢，解決了建筑施工作業中安全事故頻發的問題，打破了施工現場安全系統空白和信息傳遞不順暢、安全管理不當的現狀，創造出更加文明、更加高效、更加安全、更加智能化的施工現場。

BIM和RFID技術與建筑施工安全的相結合，不僅給國家和企業消除了安全隱患，還從另一個角度折射出以BIM和RFID技術為基礎，與施工其他方面相結合，更全面的服務應用于建筑業，為建筑行業帶來更多的益處。隨著信息技術時代的不斷創新發展，BIM技術與RFID技術將更加完善，運行機理也將面臨新一代的革新，同時將會為建筑業的施工作業、施工安全、施工運輸、材料儲存等各方面帶來更大作用。

參考文獻：

[1]常春光，吳飛飛.基于BIM和RFID技術的裝配式建筑施工過程管理[J].沈陽建筑大學學報（社會科學版），2015，04.

[2]張家昌，馬從權，劉文山.BIM和RFID技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用探討[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2015，04.

[3]Yang huajia，chew David A S，Wu weiwei，et al.Design and implementation of an identification system in construction site.Safety for proactive accident prevention[J]. Accident Analysis and Prevention.2010（8）：193-203.

[4]仲青，蘇振民，余小頡.基于RFID和BIM集成的施工現場安全監控系統構建[J].建筑經濟，2014，10.

[5]翟越，李楠，艾小芹，何微.BIM技術在建筑施工安全管理中的應用研究[J].施工技術，2015，06.

[6]陳永鋒，齊樂樂.RFID-WSN在建筑施工人員安全管理中的應用[J].學術前沿.

[7]Montaser A，Moselhi O.RFID indoor location identification for construction projects[J].Automation in construction.2014（39）：167-179.

[8]張靜，徐進.建筑施工企業安全氛圍與建筑工人安全行為的關系探討[J].安全與環境工程，2013，05.

[9]張涇杰，韓豫，馬國鑫，韓詩純.基于BIM和RFID的建筑工人高處墜落事故智能預警系統研究[J].工程管理學報，2015，12.