基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管理體系分析

閆 高 峰

(山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技促進(jìn)中心，山西 太原 030013)

1 概述

根據(jù)住建部有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，近年來(lái)我國(guó)建筑工程的安全狀況不容樂(lè)觀，雖然從總量來(lái)看呈現(xiàn)緩慢好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，但隨著建筑工程規(guī)模、建筑面積、建筑高度的增高，安全事故和傷亡人數(shù)都出現(xiàn)了反彈增長(zhǎng)。VR技術(shù)能夠?qū)⒉杉降沫h(huán)境信息構(gòu)建成符合人體五維體驗(yàn)的虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)仿真模擬和協(xié)同交互。這項(xiàng)技術(shù)與BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的融合應(yīng)用，可以將建筑工程的信息以數(shù)字化的形式仿真模擬出來(lái)，使得管理者更直觀的識(shí)別各類(lèi)潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。

2 基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管控方案

2.1 識(shí)別建筑工程施工階段安全管理關(guān)鍵點(diǎn)

作為安全事故的高發(fā)行業(yè)，建筑工程大多屬于露天高空作業(yè)，施工現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備、材料密集分布，且人工操作項(xiàng)目繁多，使得安全風(fēng)險(xiǎn)始終處于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中，具有安全事故發(fā)生頻次高，安全管理難度大等特點(diǎn)。根據(jù)常見(jiàn)的安全事故類(lèi)型分析來(lái)看，高處墜落、物體打擊以及起重傷害等建筑工程施工階段常見(jiàn)的事故類(lèi)型，占比超過(guò)總安全事故的76.4%。因此，在建筑工程施工安全管理階段，必須重視以上關(guān)鍵部位的安全管理制度的落實(shí)和措施的執(zhí)行。基于住建部37號(hào)令《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》，常見(jiàn)施工不安全管理關(guān)鍵點(diǎn)如圖1所示，這些不安全關(guān)鍵點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：

1)高風(fēng)險(xiǎn)、高事故率：圖1所示的不安全管理關(guān)鍵點(diǎn)涉及到建筑工程的基坑施工、模板施工、腳手架工程以及機(jī)械安拆等細(xì)部施工，大多屬于高空露天作業(yè)環(huán)境，施工空間狹小且屬于人、機(jī)械、材料的交叉作業(yè)集中區(qū)域，極易發(fā)生安全事故。2)事故關(guān)聯(lián)性強(qiáng)：事故的發(fā)生大多并非受到單方面的環(huán)境、人員等影響，往往因?yàn)槟硞€(gè)環(huán)節(jié)不到位關(guān)聯(lián)其他影響因素發(fā)生，不同因素之間形成因果聯(lián)系，且發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)差異化，這些都會(huì)影響安全事故致因的分析，不利于建筑工程的施工安全管理。

2.2 建筑工程施工安全管理控制路徑及實(shí)施框架

VR技術(shù)又稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在建筑領(lǐng)域，可以運(yùn)用BIM技術(shù)來(lái)獲取建筑工程的關(guān)鍵信息，再由VR技術(shù)生成建筑工程管理者可以看到、聽(tīng)到和觸摸到的逼真虛擬建筑環(huán)境，讓管理人員可以預(yù)先感知整個(gè)建筑工程的實(shí)際情況，從而識(shí)別出潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，采取有效的管理手段彌補(bǔ)傳統(tǒng)安全管理中存在的缺陷，提升項(xiàng)目安全管理的效率。具體路徑如下：

1)利用VR技術(shù)對(duì)建筑工程的現(xiàn)場(chǎng)布置、作業(yè)環(huán)境、施工組織、施工方案以及管理范圍進(jìn)行模擬分析，找出以上存在的安全問(wèn)題并制定安全防控預(yù)案。

2)將建筑工程安全管理人員發(fā)現(xiàn)的安全問(wèn)題輸入到BIM模型當(dāng)中，關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的建筑模型，輸入安全監(jiān)管類(lèi)措施，利用VR技術(shù)的安全感知功能，查看安全問(wèn)題的整改效果，并優(yōu)化安全監(jiān)管措施。

3)為了降低因?yàn)槿说摹鞍踩寄堋薄鞍踩庾R(shí)”“安全投入”等不達(dá)標(biāo)造成的安全事故，可以運(yùn)用VR技術(shù)沉浸式的交互功能，讓相關(guān)施工人員、安全管理者可以在安全培訓(xùn)中掌握必要的安全技能，同時(shí)還能親身感受違反安全管理制度后產(chǎn)生的安全后果，進(jìn)而提高相關(guān)人員的安全意識(shí)和安全技能。

基于以上管理路徑，在建筑工程施工安全管理體系中，運(yùn)用VR技術(shù)對(duì)重點(diǎn)的安全隱患進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，建立符合安全管理要求的管理框架，如圖2所示。

3 實(shí)例分析基于VR技術(shù)的建筑工程施工安全管理體系

某商業(yè)建筑工程，建筑總面積約為7.8萬(wàn)m2，其中地面建筑面積約5.4萬(wàn)m2，地下建筑面積約2.4萬(wàn)m2。作為城市的地標(biāo)性建筑，本商業(yè)建筑工程項(xiàng)目具有施工規(guī)模大、周期長(zhǎng)、作業(yè)面交叉頻繁等特點(diǎn)，為了確保按進(jìn)度、按質(zhì)量完成工程的交付，在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了BIM技術(shù)和VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的動(dòng)態(tài)化模擬，以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 安全動(dòng)態(tài)模擬

結(jié)合本工程的總施工要求，在平面圖的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)將整個(gè)工程的所有建筑信息進(jìn)行可視化輸入，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)布置的三維模型建立，包括車(chē)輛流線、施工區(qū)域、材料儲(chǔ)藏區(qū)、材料加工區(qū)、機(jī)械設(shè)備區(qū)域。然后利用VR技術(shù)對(duì)三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬(見(jiàn)圖3)，查看不同機(jī)械設(shè)備作業(yè)過(guò)程中是否存在相互影響，材料的流線運(yùn)輸是否會(huì)與施工人員產(chǎn)生交叉。一方面優(yōu)化整個(gè)工程的現(xiàn)場(chǎng)布置，另外一方面通過(guò)優(yōu)化作業(yè)順序和作業(yè)分布，對(duì)施工方案進(jìn)行安全優(yōu)化，從而避免安全事故的發(fā)生。

3.2 安全監(jiān)督反饋

由于本工程施工規(guī)模大、協(xié)同安全管理難度高。因此，在落實(shí)安全管理過(guò)程中，首先安全管理部門(mén)明確了施工安全管理的安全評(píng)分表，并對(duì)不同類(lèi)型的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，以此作為安全管理的監(jiān)督反饋評(píng)價(jià)體系。然后相關(guān)安全管理者在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督過(guò)程中，將對(duì)應(yīng)的安全評(píng)分制輸入到BIM模型中，可以獲得對(duì)應(yīng)的安全評(píng)分結(jié)果。對(duì)于存在安全風(fēng)險(xiǎn)的施工區(qū)域，最后，運(yùn)用VR技術(shù)對(duì)安全警示區(qū)域進(jìn)行模擬分析，找出安全事故發(fā)生的具體原因，并制定對(duì)應(yīng)的整改措施，并以文字、視頻等方式存儲(chǔ)到系統(tǒng)中并關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的施工工序，標(biāo)注具體的安全風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容、處理情況以及時(shí)間等要素信息(見(jiàn)圖4)，形成本工程的安全管理細(xì)項(xiàng)，為后期的安全控制提供參考。

3.3 安全教育培訓(xùn)

以VR技術(shù)為核心，創(chuàng)建的互動(dòng)式模擬安全培訓(xùn)教育體系，有效的加強(qiáng)了本工程管理人員和施工人員的安全意識(shí)和安全技能。具體表現(xiàn)如下：

1)安全關(guān)鍵點(diǎn)施工模擬學(xué)習(xí)：對(duì)于本工程安全風(fēng)險(xiǎn)較大的施工工序，運(yùn)用BIM技術(shù)獲取了關(guān)鍵施工工序的構(gòu)件、設(shè)備信息，通過(guò)模擬該工序施工，并輔助以語(yǔ)音、圖片、文字等安全指導(dǎo)，讓施工人員可以學(xué)習(xí)正確的施工操作，避免安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。如圖5腳手架工程在安裝過(guò)程中，為避免發(fā)生高空墜物風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用VR技術(shù)模擬腳手架安裝施工，讓施工人員掌握了橫桿與各立桿之間的施工要點(diǎn)。

2)警示案例教育學(xué)習(xí)：在安全教育過(guò)程中，為了提高施工人員的安全意識(shí)，本工程還運(yùn)用VR技術(shù)對(duì)常見(jiàn)的安全事故場(chǎng)景進(jìn)行了還原，讓施工人員可以直觀的感受到安全施工的重要性。如圖6所示，通過(guò)沉浸交互式體驗(yàn)，施工人員不僅能夠了解違規(guī)施工的后果，而且還會(huì)學(xué)習(xí)到安全事故發(fā)生的具體原因以及如何規(guī)避安全事故發(fā)生的操作事項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了安全警示和安全教育的融合。例如：因?yàn)橐揽繖跅U導(dǎo)致的高空墜落安全事故，就明確了施工過(guò)程中嚴(yán)禁依靠欄桿，并重視對(duì)欄桿的檢修與維護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑施工安全問(wèn)題是社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)話題，傳統(tǒng)安全管理措施僅是從安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和管控方面控制安全事故發(fā)生，存在安全信息判斷滯后、管控存在盲區(qū)等問(wèn)題。本文以VR技術(shù)為切入點(diǎn)，建立了安全動(dòng)態(tài)模擬、安全監(jiān)督反饋、安全教育為核心的安全管理體系，在實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。