BIM技術在高速公路施工安全管理中的應用

李保勇

（山東省德州市交通工程監(jiān)理公司，山東 德州 253000）

高速公路工程是國家基礎性工程之一，經(jīng)濟的發(fā)展帶動了對高速公路設施的需求，使得更多大型高速公路項目投入建設。文章以BIM技術為主線，研究其在高速公路施工安全管理中的應用，明確BIM技術在安全管理方面的優(yōu)勢，分析其具體的應用措施，旨在強化高速公路施工安全管理的技術水平，通過技術手段確保施工安全，實現(xiàn)高速公路項目的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 BIM技術簡述

目前，BIM技術已在世界許多地方被廣泛使用，并受到許多公司的歡迎。其可以完成與建筑物信息集成相關的輔助工作，從建筑物的工程設計到施工結束以及之后的維護。通過BIM技術，可以將不同的信息集成到三維結構信息數(shù)據(jù)庫中，設計師、施工團隊和建筑物所有者可以在BIM技術的支持下進行相關工作，進而達到降低成本、加快建設的目的。

BIM技術的核心內(nèi)容是建立建筑物的模擬三維模型并使用數(shù)字技術進行合理繪制。該三維模型提供了一個與實際情況相對符合的構造數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫反映了幾何數(shù)據(jù)信息的基本內(nèi)容和建筑物整體模型的專業(yè)屬性，涵蓋了非組成對象（如空間和操作模式）以及不易理解的狀態(tài)信息。包含建筑施工信息的三維模型非常大，在一定程度上，其增強了建筑系統(tǒng)中的集中效果。

通過對BIM技術的掌握和對建筑信息的熟悉程度，工程設計師可以使該技術發(fā)揮更大的作用，并可以在項目咨詢管理和業(yè)務開發(fā)領域繼續(xù)創(chuàng)新，在不斷提高自身價值的基礎上，為用戶提供更滿意的服務。

目前，應用最廣泛的BIM技術是由工程師通過三維瀏覽進行設計和測試的。可以看出，BIM技術已經(jīng)逐漸取代CAD軟件站到更高的位置。由于BIM技術不僅具有CAD軟件的全部功能，而且對功能進行了優(yōu)化，使設計人員使用起來更加方便。事實上，BIM技術在科學技術上有許多優(yōu)勢。隨著科學水平的不斷提高，BIM技術在企業(yè)發(fā)展中將發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

2 BIM技術在高速公路施工中的應用優(yōu)勢

2.1 可視化施工場地平面布置及機械配置

現(xiàn)場平面布置是工程前期準備的重要環(huán)節(jié)，運用BIM技術進行平面布置，可以解決許多在二維平面布置中難以發(fā)現(xiàn)和解決的問題。利用三維可視化特性，可模擬現(xiàn)場施工環(huán)境，可根據(jù)不同條件動態(tài)調(diào)節(jié)平面布置和機械布置。對于模擬中不合理、不適當?shù)牟季郑梢蕴崆安扇〈胧瑴p少安全隱患。同時，基于參數(shù)化模型，還可以優(yōu)化平面布置和機械布置，在有限的資源條件下，最優(yōu)地配置場地空間，既節(jié)省資源，又保證施工有序。

2.2 施工方案模擬

在BIM模型中，添加了時間、成本、材料等信息進行施工過程的模擬，即虛擬施工。施工模擬主要以模型為基礎，模擬施工過程、設備調(diào)用、資源配置，找出不合理的施工順序、安全隱患和作業(yè)場地不足等問題；也可對多種方案進行比選，確定最佳的施工方案，并以此方案指導實際施工。

2.3 工程算量及成本管理

造價信息不可靠，是成本控制中的一個難題，但通過BIM技術實現(xiàn)精細化成本管理已成為現(xiàn)實。因為BIM模型是參數(shù)化模型，所以造價工程師只需根據(jù)當?shù)氐挠嬎阋?guī)則，用BIM軟件快速準確地統(tǒng)計出工程量。對于大型建設項目，其效果更為顯著，不僅節(jié)省了大量的時間和精力，減少了計算上的人為誤差，而且把重心放在了更有價值的問題上，如投標、風險評估等。快速計算出施工量，不但可以做到施工前精確估算成本，而且可以根據(jù)實際施工情況，監(jiān)控施工成本，分階段進行成本管理，大大提高了成本管理的效果和效率，符合目前精細化管理的思想。

3 BIM技術在建筑施工安全管理中的優(yōu)勢

3.1 識別并劃定危險源

高速公路工程施工安全管理的首要任務是對項目中全部可能發(fā)展成為安全風險源頭的因素進行識別和評估，提前針對這些因素制定安全風險預防措施，并在施工過程中給予重點關注。將高速公路工程的施工質量標準、安全管理規(guī)范，結合工程場地勘探資料、項目實際情況等輸入BIM系統(tǒng)中，構建安全風險識別基礎數(shù)據(jù)庫，根據(jù)項目進展對數(shù)據(jù)庫進行補充和分析。BIM系統(tǒng)自帶安全風險識別及等級評定工具，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的基礎數(shù)據(jù)，找出安全風險點并評價對應的風險等級，將其以不同的符號或顏色進行標記，并自動給出相應的處理意見。安全管理人員在制定安全風險管理計劃時，結合系統(tǒng)給出的結果進行一定的調(diào)整和優(yōu)化，即可對具體工作進行指導。BIM技術還能評定安全風險的優(yōu)先處理級別，當多項安全風險同時出現(xiàn)時，可根據(jù)優(yōu)先級依次進行處理，以免現(xiàn)場混亂導致風險進一步擴大。

相較于人工識別、劃定危險源，BIM技術以全面而準確的數(shù)據(jù)代替人員施工管理經(jīng)驗，通過對數(shù)據(jù)的深度挖掘，準確定位安全風險高發(fā)的作業(yè)點。由于數(shù)據(jù)庫中的信息來自工程各個部分，并存在從其他相類似工程中總結出的優(yōu)秀經(jīng)驗，因此風險源的分析可覆蓋整個施工過程，能提供比人工分析更全面、深入的結果。然后再通過人工的方式，將BIM系統(tǒng)給出的危險區(qū)域反映在施工現(xiàn)場，設置警示標識或警戒線，以提醒施工人員。

3.2 施工安全隱患排查

除前期安全風險源的劃定以外，高速公路施工過程中的某些變化也會導致安全問題的發(fā)生。BIM技術在施工安全隱患排查中的應用實際是對施工過程的動態(tài)化管理。在危險源識別階段，系統(tǒng)已定位出需要重點監(jiān)管的工序和作業(yè)項目，開展具體的施工作業(yè)前，可再次利用BIM系統(tǒng)中的相關功能，對作業(yè)進行安全監(jiān)管。例如，在高速公路施工中的邊坡開挖作業(yè)，該作業(yè)項目受施工場地地質條件及環(huán)境條件的影響程度較大，為工程安全風險易發(fā)作業(yè)。在施工前，可利用BIM技術對現(xiàn)場進行3D建模，并模擬施工方案的行進過程。方案的合理性可在模擬中得到充分驗證，存在的問題和不足可被提前發(fā)現(xiàn)并做出處理，以免因方案問題導致操作過程中出現(xiàn)坍塌、滑坡等安全事故。

施工安全隱患排查的技術實現(xiàn)過程：將BIM系統(tǒng)與GIS數(shù)據(jù)系統(tǒng)相結合，準確錄入高速公路項目各模塊的地圖、傾斜攝影以及三維模型等數(shù)據(jù)信息，對整個項目進行三維模擬。BIM技術能夠將施工過程、方案、場地、人員、施工設備等進行集中化管理和協(xié)調(diào)，確保安全隱患排查工作深度實施。需要注意的是，BIM技術精確監(jiān)管施工過程的前提條件是獲取充足的施工當?shù)丶澳繕斯こ痰母黝悢?shù)據(jù)信息，即要求信息化模型的構建有極強的針對性。因此，在使用BIM系統(tǒng)之前，需要對其進行一定的調(diào)整，以免信息獲取上出現(xiàn)問題。BIM系統(tǒng)可動態(tài)化收集施工現(xiàn)場信息，在不同的施工階段或施工模塊，相對應的安全管理標準也不一樣，應結合施工進展情況進行分析。將動態(tài)化的安全管理工作與質量管理、進度管理等相結合，相互輔助，充分利用BIM技術，促使高速公路項目建設目標高標準實現(xiàn)。

3.3 風險模擬演練

觀察以往出現(xiàn)于高速公路施工過程中的安全事故案例，其中大部分與人員安全意識不足、操作失誤、違規(guī)作業(yè)相關。隨著行業(yè)的發(fā)展，施工前的安全培訓工作已經(jīng)被作為一項標準化工作而執(zhí)行。但由于培訓技術上的缺失，安全培訓活動的開展依托紙質材料、視頻等進行，雖然能夠起到一定的提高人員安全意識、預防違規(guī)違法行為的作用，但無法將施工過程中安全風險產(chǎn)生的原理及技術處理措施明確的傳達給工程參與者，培訓成果依然比較有限。在BIM技術背景下，可對安全風險進行仿真模擬，建立起真實的風險場景，配合完成人員培訓，培訓效果顯著提高。此外，BIM技術還可實現(xiàn)對安全風險的應急演練。將其與VR技術相結合，虛擬安全風險情境并進行角色模擬，使相關人員身臨其境經(jīng)歷從發(fā)現(xiàn)安全風險到處理的整個過程，深入掌握安全風險的處理技術。

在安全風險應急方面，BIM技術也表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。BIM系統(tǒng)中包含高速公路施工信息共享平臺，能夠實時將施工信息傳遞給工程參與者。管理者通過終端登錄，即可隨時查看項目進展情況。若檢測到某一新的風險點，系統(tǒng)還能向平臺及各終端發(fā)送風險應急提醒，提示安全管理人員關注并制定處理計劃。

3.4 施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)管理

（1）協(xié)同管理。BIM技術的施工模擬功能非常強大，可精確到每一個操作細節(jié)，使得高速公路施工安全管理能夠精準定位到風險點，優(yōu)化安全管理方案，盡可能降低發(fā)生安全事故的概率。在劃定出安全監(jiān)管重點區(qū)域后，系統(tǒng)對可能發(fā)生的風險過程進行模擬，預估其帶來的損失及影響，判斷安全風險的發(fā)展規(guī)律，以確保安全管控方案的具體操作可在緊急情況下發(fā)揮最穩(wěn)定的控制效果，避免風險處理過程中出現(xiàn)二次傷害。高速公路工程涉及較多的交叉作業(yè)，同一施工模塊可能涉及多個專業(yè)、工種。在傳統(tǒng)管理階段，不同專業(yè)、工種之間的施工關系的協(xié)調(diào)需要受到實踐和空間的雙重限制，信息不對稱的現(xiàn)象比較嚴重，導致各部門、施工小組間合作受阻，無法發(fā)揮出協(xié)同施工的效用。而今，利用BIM技術可同時對施工資源進行規(guī)劃和安排，梳理施工過程、安排合作關系，使得施工信息能夠在各專業(yè)間順利、及時地傳遞，讓復雜的配合過程更為清晰、順暢。

（2）信息安全管理。高速公路施工過程中產(chǎn)生的信息對于施工活動的順利開展非常重要，信息是各細節(jié)施工活動開展留下的痕跡，具備極高的參考價值。BIM系統(tǒng)配備單獨的數(shù)據(jù)庫，以XML的安全格式存儲數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中進行分類、整理和保存。將施工材料市場價格、材料用量等數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，還可構建專門針對成本管理及材料管理的數(shù)據(jù)庫，大大提高施工信息的可利用率。

（3）工期安全管理。工期安全也是高速公路施工安全管理的工作職責之一。BIM系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場采集到的信息，分析存在的安全隱患并提前進行處理，幫助優(yōu)化施工方案，保證作業(yè)順利進行，在有效避免影響施工進度因素發(fā)生的基礎上，實現(xiàn)進度安全管理。

4 結束語

BIM技術的應用給高速公路施工安全管理水平的提升帶來更大的發(fā)展空間。在施工準備階段，利用BIM技術做好安全管理規(guī)劃工作，能提前明確重點監(jiān)管對象，制定安全風險預防、處理和應急方案；施工前，對各項施工方案的合理性進行模擬評估，能不斷提高安全管理的能力，推動我國高速公路建設行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。