BIM技術在高速公路跨線橋施工安全管理中的應用研究

李亮、韓曉虎

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安710024）

1 BIM安全管理總體架構

1.1 安全管理系統定位

目前BIM安全管理系統主要是針對項目建設和工程制造。BIM技術構建的高速公路跨線橋工程安全管理體系主要包括報告中心、進度管理、工程監督、施工日志等。利用BIM技術，可有效提高高速公路跨線橋項目建設中的信息化與安全管理水平[1]。

1.2 安全系統的總體架構

一般來說，公路跨線橋項目對安全管理體系有著高度的需求，在合理應用BIM技術的基礎上，形成了相應的施工安全管理制度，為BIM技術的應用提供有效支持。BIM體系框架主要由以下兩個部分所構成：BIM系統以及信息安全的綜合系統，其中BIM系統分為C/S、B/S兩部分。通過使用網絡瀏覽器，用戶可以對所整合的安全數據進行實時處理與傳輸，以實現信息共享。

1.3 BIM建筑安全管理應用系統

在BIM安全管理應用體系中，所構建的三維模型能夠充分反映工程的各項數據信息，包括工程幾何特征信息、物理特征信息等。在此基礎上，能夠將建模過程中的各模組之間的對應關系準確反映出來。BIM建筑安全管理應用系統可以有效地將三維模型與工程進度需求進行結合，針對工程的特點，構建出具有4D效應的工程施工三維模型。對于開發BIM信息集成安全管理系統，可構建通用型BIM數據庫，以實現BIM工程數據的共享、采集、提取等，將施工過程中監測到的過程量進行統一存儲，統一管理。BIM數據庫具有對應的非結構化、結構化文檔存儲能力，為后續數據的提取與應用提供了很大的方便[2]。

同時，通過應用BIM技術安全信息系統綜合管理，在對公路跨線橋的施工安全管理流程中，能對各職能部門的質量管理進行監督，實時收集施工中的技術安全數據信息；并且該體系還可為安全施工作業提供更高效的模型管理和質量管理等功能。另外，通過使用BIM建模技術，其與系統管理數據相互之間具有良好的聯系效果，從而能夠進行項目安全連接和監控管理等目標。例如，BIM建模技術在實現安全管控同時，也對實現風險管控有著很重要的促進作用，在高速跨線橋建造過程中，如果構件之間發生了安全風險事故，信息系統就能正確指出沖突點，進而提高了跨線橋的施工管控質量。

1.4 資料傳送和數據安全

在工程項目信息傳輸與共享時，BIM數據庫系統可以按照各方對于各信息模塊的需求，對BIM數據庫系統中的信息系統實施適當的分組管理，并給各信息系統模塊提供適當的服務權限。

2 BIM安全信息綜合管理系統

2.1 實時安全管理

通過建立BIM安全信息集成管理系統，可達成對施工過程中數據的采集、跟蹤與存儲，并實現對數據的統一管理的目的。對于BIM技術的運用以及模型的更新應按照項目的實際進度，并結合高速公路跨線橋施工的實際情況，有效地貫穿于施工材料、成本、工期等各個重要節點。在高速公路跨線橋施工過程中，使用BIM系統對項目的過程量數據進行實時監控、實時查詢、實時分析，以確保工程萬無一失。另外，BIM系統可導出分析、統計結果，便于工程人員進行工程分析，對于施工方而言，對日后的其他項目也是有利的，可作為企業的過程資產與數據沉淀[3]。

2.2 功能安全管理

使用BIM管理系統，可以為各功能單元人員提供與施工安全相關的各項資訊。BIM管理系統還能夠提取一些關于質量管控、模型管理、時間管理等方面的重要內容，以及BIM模塊中的每一項關鍵數據，可以相互聯系地進行管理。

2.2.1 BIM模式下的信息安全管理

BIM模型可以轉化為XML文件的格式，然后利用網絡向系統傳輸信息。BIM模式中的相關組織架構、三維現實等的分類，可根據建設節點、工程性質，科學地劃分出模型構件、三維實景等，并將BIM模型構件劃分為三類。根據施工情況，工程管理人員還可以把工程進度、材料等信息注入BIM模塊中，從而使各個模塊構件之間可以互相聯系，形成BIM模型。開展系統管理時，首先要科學合理地對施工信息加以劃分，然后針對構件施工的特殊性，對構件的屬性進行相應的劃分。

2.2.2 BIM系統進度及施工安全管理

工程進度管理系統的建立，可實現BIM模型和工藝信息的整合與統一管理。結合系統的權限管理，用戶可通過WEB瀏覽器客戶端實現對工程各部件的實時數據檢索。也可對項目施工過程中的各個環節進行監控，包括施工進度、項目參與方等情況，及時了解項目存在的安全隱患，提前準備應對預案措施，保障隱患能夠被及時處理與解決，確保工程的整體安全性。

2.2.3 質量安全管理

利用BIM模型，可以有效地控制檢驗項目的質量，從而有效地確保項目的安全運行。質檢單是由工程質量檢查內容及各相關部件運行狀況組成，可對各類質檢單進行科學反饋，確保工程安全管理。

圖3是液力緩速器制動特性曲線，由圖3可見，當液力緩速器在轉速大于1 000 r/min 時，制動力矩基本保持穩定，但在轉速小于1 000 r/min 時，制動力矩急劇下降，這種特性表明液力緩速器在高速時制動力矩大，因而特別適合高速運輸車輛，但在低速時，能夠提供的制動力矩比較小[4]。

2.2.4 工程沖突管理

有關調研和研究發現，碰撞沖突檢測在高速公路跨線橋工程施工安全管理中具有重要意義。沖突管理主要是檢測工程施工中各個構件間的沖突，并發現存在的問題，這樣可以有效地利用BIM技術來對沖突進行科學分析。當各部件之間存在碰撞沖突問題時，BIM軟件可以顯示問題所在的位置，并對形成沖撞的建筑物施工節點，由BIM軟件系統生成一個沖突報表，并提示與該建筑構件形成撞擊沖突。這樣一來，相關技術人員就能夠在完成特定的建筑結構修改時實現可視化觀察。將BIM技術應用于高速公路跨線橋施工中，可以切實提高工程安全管理的質量水平，確保工程的有效實施。

2.2.5 提供安保決策

BIM軟件能對工程效率、施工周期、施工記錄等進行科學分析，及時地收集工程施工過程中的信息數據，并對BIM系統全局數據進行相應的分析與處理，通過安全閾值的設定，為工程決策者提供更快速、安全的決策支持，以保證工程的安全、穩定進行。

2.3 建筑安全管理的主要職責

公路跨線橋施工安全管理時，應遵循工程安全管理的有關程序，各項目參與者應明確各自的責任，按照權限、任務，完成有關安全管理工作。

2.3.1 履行安保主體責任

2.3.2 履行參與者的安保責任

在高速公路跨線橋施工過程中，應按照施工主體方的相關規定與規范，允許項目的相關參與者通過外網進入到BIM系統中，以便及時地匯報工程的實時情況，并且做到可以隨時查詢到工程建設安全信息，為工程建設安全管理起到有效的輔助作用。

2.3.3 優化結構

公路跨線橋工程施工中，當施工管理人員出現重大工程問題時，應當對BIM模式做出針對性的調整，對調整的可能性做出合理的分析，以便更有效地保障工程建設中資源配置和安全管理等工作，以達到優化項目、提高項目安全性。

2.3.4 數據統計及快速分析

利用BIM模型進行高速公路跨線橋的施工，可以為工程統計和分析工作提供極大的方便，通過統計與分析，合理判斷工程的實時情況。另外，還要確保工程統計分析工作的準確性、合理性。因此，在公路跨線橋施工過程中，如何合理使用BIM模型成為關鍵，這樣可以節約大量的成本，同時可提高工作效率，降低工程工期延誤風險，有效地避免了因人為因素導致的統計偏差，保證了工程施工安全。

2.3.5 防止施工時出現高空墜物危險

公路跨線橋施工的過程當中，在高空作業環境下極易出現高空墜物。所以，利用BIM系統制作工程施工的數字化模板，能夠更加科學地、合理地分析各種類型跨線橋施工中的結構空間物理量，做好具有針對性的安全防范措施及風險預案，對于可能發生風險的情況，給出安全提示或預警。BIM技術可在實際工程施工前，各個專業可以通過可視漫游的方式進行協同。在工程施工過程中，運用工程現場模型完成全程監控。同時結合工程科學安全的管理制度與規范，可在最大程度上保證工程施工的安全，同時也能有效保證工程施工的完成質量。

3 結語

建立BIM模型和BIM安全管理體系，對高速公路跨線橋施工安全狀態進行實時分析，可以保證工程的安全程度和施工質量。另外，BIM技術的合理應用，一方面需要結合工程的特點，分析適合工程的方案，搭建工程的數字化模型；另一方面，通過BIM技術，合理優化工程的安全管理，將工程數據統一管理，利用諸如可視化的檢測手段，豐富工程安全管理的方式與手段。

BIM技術在具體實施過程中，利用國家安全管理體系構建國家公路跨線橋管理模擬框架，并利用三維、4D模式的仿真生成，能及時有效地發現施工過程中出現的重大安全隱患，并由此對施工作業方式加以優化，最終減少不良安全因素，有效地保證工程施工安全。期望業界在此基礎上能夠對該課題的有關研究成果進行更加深入的研究。