VR技術支持下的建筑工程施工安全管理模式

石世權

（重慶杭虹建筑工程有限公司，重慶 648300）

在詳細分析住建部的統計數據后發現，我國建筑工程安全隱患問題比較嚴重，盡管從總量上表現出下降的態勢，但是在建筑高度、建筑面積和建筑規模不斷擴大的過程中，傷亡事件和安全事故的發生頻率也持續上漲。VR技術把采集的環境信息轉化成為虛擬的滿足人體五維體驗的場景，協同交互和動態仿真模擬環境信息，BIM技術和VR技術相結合，以數字化形式仿真模擬了建筑工程的各項信息內容，管理人員可以快速識別各種潛在的安全風險，顯著提升施工安全管理效率。

1 基于VR技術的建筑工程安全管理關鍵點

建筑行業中安全事故的發生頻率比較高，在露天環境中施工，人員、材料、設備錯綜復雜，增加了安全管理工作難度。在認真分析常見的安全事故種類后發現，在建筑工程施工階段最常見的有起重傷害、物體打擊和高空墜物等，占安全總事故發生率的80%左右。所以，在開展安全管理工作時，應將關鍵位置的管理放在重要位置上。以住建部頒布的《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》條例為基礎，不安全關鍵點表現為以下兩點特征。建筑工程不安全關鍵點的具體情況詳見圖1。

圖1 建筑工程不安全關鍵點圖示

1）事故發生率和安全風險系數比較高。建筑工程不安全因素管理的關鍵位置為機械設備安裝與拆卸、腳手架工程、模板安裝與基坑施工等，絕大多數的建筑工程都是室外施工，施工空間比較狹窄，機械、材料集中堆放，導致安全事故發生率持續上升。

2）安全事故之間存在著較強的關聯性。安全事故發生的影響因素是多方面的，不僅受到施工環境的影響，也會受到施工人員的制約，一個施工環節出現問題就會產生連鎖反應，加之施工地點、時間各不相同，增加了安全事故分析的難度，給安全管理人員帶來了巨大的困擾。

2 建筑工程施工安全管理控制途徑

虛擬現實技術簡稱為VR技術，使用BIM技術獲得建筑工程領域中的各類重要信息，再使用VR技術將其轉化為與真實場景完全相同的虛擬建筑環境，施工管理人員借助VR技術感受整體施工情況，快速識別可能會出現的安全問題，并采取措施解決存在的漏洞，提高安全管理的效率。

1）使用VR技術模擬分析建筑工程的管理范圍、施工辦法、施工組織、施工環境和施工現場場景布置等信息，針對潛在的安全風險出臺有效的防控策略。

2）管理人員在BIM模型中輸入其發現的安全問題后，與相應的建筑模型相關聯，將安全監管辦法輸入其中，使用VR技術的安全感知功能來檢查整改效果，進一步優化升級安全管理辦法。

3）使用VR技術沉浸式的交互功能將人為因素所引發的安全投入、安全意識、安全技能等不達標的事故發生幾率降到最低，使工作人員在安全培訓中熟練掌握專業技能，并感受安全事故所導致的一系列嚴重后果，使其從內心上意識到安全的重要性。

3 基于BIM和VR的施工現場安全動態模擬管控

施工現場工作環境復雜。現場管理涉及從點（人、物、機器）→生產線（施工過程、施工過程、組織過程、施工計劃）→表面（總體規劃和布局）的管理，管理過程中容易混亂。為了減少安全事故的發生，必須充分考慮現場布局，包括控制人員和車輛的進出、道路設置滿足駕駛員的需求、現場土方和物料運輸、可以存儲和處理物料的倉庫等方面。處理棚的放置用于運送建筑材料的工程機械，并合理劃分正常辦公和生活的區域。通常布設是根據施工圖和積累的現場經驗進行的。如果缺乏對計劃方案的直接控制，從整體布設角度很難發現問題。因此，基于Revit軟件的建筑物、構筑物和臨時設施的BIM模型可以直觀地表達現場施工信息。BIM和VR技術的應用可以模擬施工組織和施工計劃。在虛擬漫游過程中發現設計缺陷，分析建設項目關鍵部分在施工過程中的潛在安全因素，并針對問題優化計劃，提高建筑施工過程的安全性。

4 基于BIM和VR的可視化安全教育

在建筑施工時，人為因素導致的不安全生產事件所占比例非常大，這些因素沒有任何事先征兆，使用BIM技術也無法得到高效的解決。對此，借助VR技術的傳感設備使人的觸覺、聽覺和視覺等產生直接感官體驗，在虛擬的環境中，運用控制手柄、定位器使用戶在虛擬環境中模仿所有施工任務，充分調動工作人員的積極性和主動性，交互操作各類設備，使人的思想意識變得更加豐富，并在培訓活動中充分發揮主觀能動性。在開展建筑工程安全教育活動的過程中，BIM技術與VR技術結合起來，用戶及時獲取虛擬的建筑模型構件數據信息，對不同自然環境下的作業行為進行虛擬體驗。在高效利用BIM技術和VR技術后，安全教育培訓活動取得了階段性的勝利，使以往單一的安全教育方式變得豐富多彩。經過多次的模擬試驗，打破了實體項目一次性建設的要求，提升了施工人員的安全意識水平，降低安全教育的成本投入。

1）關鍵位置施工操作正向安全教育。在虛擬的施工環境中，對關鍵部位施工工藝、施工方法的操作流程以引導流的方式引導工人進行規范化操作，提升安全操作水平。BIM技術中，使用3D建模軟件模擬現場場景，規定安全設施和機械設備的運行路線，使用VR技術動態化展示現場，真正做到人機交互。在搭設難度大或安全風險系數大的關鍵部位施工時，使用動畫模擬起重設備運輸過程、模板支撐、腳手架搭設以及深基坑支護等場景，與安全信息相連，借助圖案解析、字幕說明和語言播報等模式，指導施工人員完成實景演練。通過反復模擬關鍵場景施工，熟練掌握安全作業的必備專業技能，從而提高關鍵部位的施工質量。

以VR技術為核心，創建了交互式的模擬安全培訓和教育系統，有效增強了項目管理和施工人員的安全意識和安全技能。對于該項目中安全風險較高的施工過程，通過模擬，并輔以語音、圖片、文字，提前預知可能會出現的風險，從而在真正施工中加以注意和避免。例如，在腳手架工程的安裝過程中，為避免高空墜落危險，采用VR技術模擬腳手架的安裝和施工，以便施工人員掌握要點。

2）安全事故案例逆向安全教育。科學設置因不安全行為而引發的安全事故虛擬體驗場景，施工人員在虛擬的環境中感受各類事故造成的悲慘后果，從而改變施工人員的安全意識，這種教育方式被稱之為安全事故案例逆向安全教育。安全事故高發的位置如高空施工平臺、通道等，為建筑工程的關鍵位置，與其他部位相比較，這些區域極易出現安全事故。例如因為倚靠欄桿導致的高空墜落安全事故，就明確了施工過程中嚴禁倚靠欄桿，并重視對欄桿的檢修與維護。在選擇培訓案例時，宜選擇機械傷害、重物砸擊、高空墜物和塌方等典型安全事故為培訓內容，使用BIM技術來虛擬事故場景，將人為因素導致的安全設施、施工機械等物體運動動畫場景展現在施工人員的面前，使用臺面振動和聲音效果等手段，增強施工人員的安全意識。把BIM模型導入到VR引擎中，施工人員穿上設備進入到虛擬情景中，借助VR手柄完成交互操作，一旦出現違規的行為，安全事故場景就會隨之出現，體驗者真實感受事故場景，使其發自內心重視安全操作問題。

5 結語

社會各界高度重視建筑工程施工安全問題，以往在開展安全管理工作時側重于安全風險識別和管理，對安全信息判斷和管控重視程度不夠，對此需要進一步提升。本文以VR技術為研究內容，積極創建了完善的安全管理系統，其涉及到的主要內容有安全教育、安全監督反饋以及安全信息判斷等，其使用效果非常理想，推動建筑工程施工安全管理工作上升到了一個新的高度。