土木工程施工安全管理中運用BIM技術(shù)研究

郭海蛟

中建二局河北分公司 河北石家莊 050000

在我國建筑行業(yè)逐漸趨于數(shù)字化和信息化發(fā)展過程中，BIM技術(shù)是顯著代表。此技術(shù)不僅能加強(qiáng)土木工程安全管理的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，還能滿足土木工程施工技術(shù)開展可視化和量化管控的要求，能夠提高工程質(zhì)量和技術(shù)操控水平。BIM技術(shù)發(fā)展歷史悠久，初始于上個世紀(jì)七十年代，并且在創(chuàng)新和完善過程中，逐漸加強(qiáng)了對施工全過程的安全管理效應(yīng)，突破了傳統(tǒng)安全管理模式的限制，讓信息化技術(shù)和土木工程施工具有協(xié)調(diào)性和融合性。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM技術(shù)也可以被稱為建筑信息模型技術(shù)，其最初由恰克.伊士曼教授提出，經(jīng)過多年發(fā)展無論在理論還是實踐應(yīng)用等方面都取得了非常顯著的成就。但是不同國家和領(lǐng)域?qū)Υ思夹g(shù)擁有不同定義，如今以美國BIM概念為主。BIM技術(shù)是具有信息性和數(shù)字性的重要工具，其主要應(yīng)用在工程建設(shè)管控領(lǐng)域，利用參數(shù)模型將和工程項目相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸和共享，是工程項目在不同階段和領(lǐng)域之間統(tǒng)一協(xié)作的重要基礎(chǔ)[1]。

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)中非常重要的信息技術(shù)，也是此行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。其最初發(fā)展只是一個簡單的概念，如今已經(jīng)成為應(yīng)用非常廣泛的工具了，為建筑行業(yè)帶來了全新的變革。從2002年被正式引進(jìn)建筑行業(yè)，此概念已經(jīng)出現(xiàn)了三十年。歷經(jīng)近乎二十年的發(fā)展，此技術(shù)讓建筑行業(yè)從二維設(shè)計階段走向了三維全生命周期階段。

建筑工程師通過此技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的設(shè)計思維，更快發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，進(jìn)而不斷優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計方案。由于工程施工獲得了更好的設(shè)計圖和三維模型等等，完善了技術(shù)與方案，提高了施工效率。而建設(shè)單位因為應(yīng)用新技術(shù)，可以加強(qiáng)對項目管控的協(xié)調(diào)性和安全性[2]。

1.2 BIM技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況

根據(jù)上文可知，BIM技術(shù)最早出現(xiàn)于美國，而最先應(yīng)用的是芬蘭、新加坡等國家。如今全球信息化步伐逐漸加快，BIM技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛和高效，并且逐漸被建筑行業(yè)重點關(guān)注。BIM技術(shù)貫穿工程項目的全過程，從策劃、施工、管控到后續(xù)完善。以美國為例，美國是實現(xiàn)建筑行業(yè)信息化發(fā)展比較早的國家，其在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域處于佼佼者。目前，美國建筑行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)非常普遍和廣泛，并且還建設(shè)了BIM協(xié)會，制定了相關(guān)規(guī)范，為其應(yīng)用提供正確的指導(dǎo)。一開始，大部分設(shè)計單位比較重視BIM技術(shù)，隨后是施工企業(yè)。其對于BIM技術(shù)主要的研究成果是，加強(qiáng)BIM技術(shù)和攝像技術(shù)的融合性，將工程項目的相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)設(shè)備中，從而制作3D圖紙，為后續(xù)施工提供正確的指導(dǎo)。還會加強(qiáng)BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的融合性，建設(shè)數(shù)字化城市。

國內(nèi)發(fā)展信息化建筑行業(yè)歷經(jīng)多個階段，從重視結(jié)構(gòu)計算、利用計算機(jī)制造圖紙、計算機(jī)輔助工程項目管控到如今以BIM技術(shù)為核心的信息化項目管控和施工技術(shù)。在2010年后，BIM技術(shù)得到了顯著的發(fā)展和推廣，其推動力量是市場需求。隨著人們對建筑產(chǎn)品的要求不斷提高、工程項目復(fù)雜性逐漸加深，建筑行業(yè)不僅缺少穩(wěn)定、高質(zhì)的技術(shù)，還會出現(xiàn)設(shè)計失誤、安全隱患增多等問題，工程項目的數(shù)據(jù)信息缺乏共享性，直接增加了管控成本。但是BIM技術(shù)的發(fā)展，讓建筑行業(yè)看到了新發(fā)展方向。如今不僅出現(xiàn)了BIM標(biāo)準(zhǔn)框架體系，各個大學(xué)還開設(shè)了專門的BIM工程碩士班。甚至大部分設(shè)計單位還獨立擁有BIM團(tuán)隊，可以依據(jù)工程項目特征來應(yīng)用和優(yōu)化BIM技術(shù)。

1.3 BIM技術(shù)在土木工程施工安全管理中的應(yīng)用優(yōu)勢

首先是可視化，BIM技術(shù)可以將線條式的構(gòu)件變成三維式的立體實物模型，可以突破傳統(tǒng)二維圖紙的限制，增強(qiáng)視覺效果，讓構(gòu)件擁有反饋性和互動性，加深掌握和應(yīng)用。其次是協(xié)調(diào)性，因為土木工程涉及的內(nèi)容多、領(lǐng)域廣，所以需要很多單位協(xié)調(diào)分工、加強(qiáng)溝通。傳統(tǒng)的安全管理主要是事后，但是通過BIM技術(shù)可以在施工前對各個項目和環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行綜合調(diào)控。最后就是模擬施工，利用BIM技術(shù)可以建設(shè)工程項目的多個環(huán)節(jié)，以此預(yù)測設(shè)計沖突，進(jìn)行4D模擬。通過碰撞檢測報告，分析土木工程中的問題，降低返工率、減少施工成本[3]。

2 傳統(tǒng)土木工程安全管理的現(xiàn)狀分析

安全管理工作是土木工程施工中非常關(guān)鍵的一部分，其不僅是項目管控工作的主要內(nèi)容和方向指導(dǎo)，還能影響著安全風(fēng)險以及施工隱患的發(fā)生率。從人為因素分析，如今土木工程規(guī)模不斷擴(kuò)大、數(shù)量不斷增多，其包含著多個主體和內(nèi)容。但是在施工過程中，大部分施工主體缺乏安全意識，不能掌握安全管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，提高風(fēng)險率。從外部因素分析，如今土木工程施工存在設(shè)備老舊、安全防護(hù)低下等問題，為了減少施工成本，很多建設(shè)企業(yè)會選擇價格低廉的設(shè)備，忽視了養(yǎng)護(hù)和維修工作。并且其安全帽等設(shè)備的質(zhì)量不符合要求，無法保護(hù)施工人員的安全[4]。

3 土木工程施工安全管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 管控檢測數(shù)據(jù)

通過BIM技術(shù)設(shè)計土木工程安全管理控制平臺，能聯(lián)合傳感技術(shù)對施工進(jìn)程、情況以及資源管控等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時監(jiān)督和管理。同時在施工時，還能聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把重要的安全管控信息傳輸?shù)酱似脚_上，根據(jù)施工具體情況進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，還要依據(jù)最新的數(shù)據(jù)信息對土木工程進(jìn)行建模，再利用云儲存等先進(jìn)技術(shù)，將安全管理數(shù)據(jù)信息和動態(tài)數(shù)據(jù)信息保存在此平臺中，方便安全管理人員搜集、查閱以及應(yīng)用，便利化監(jiān)督和管控工作，以此規(guī)避施工風(fēng)險，加強(qiáng)排查力度[5]。

3.2 建立土木工程安全信息共享平臺

在土木工程施工的準(zhǔn)備階段，在堅持BIM技術(shù)核心地位的基礎(chǔ)上，建設(shè)安全信息共享平臺非常重要。此平臺以BIM模式為主，在加強(qiáng)BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合性的過程中，為參與土木工程施工的建設(shè)單位和企業(yè)提供更高層次的服務(wù)，并且還能實時搜集施工規(guī)劃、進(jìn)度、材料設(shè)備等涉及安全管理的信息，然后將其上傳到安全信息共享平臺上。這樣不僅能簡化安全管理人員從獲得、查閱到應(yīng)用等程序，還能提高土木工程施工的監(jiān)管水平和效率[6]。

3.3 管控模板支撐

想要保證土木工程施工質(zhì)量，必須重視鋼管模板支撐系統(tǒng)，但是其也是造成倒塌等嚴(yán)重安全事故的重要區(qū)域之一。在現(xiàn)場施工時，如果各個立桿之間的間距非常大也會造成安全事故。然而很多處于現(xiàn)場施工的工作人員表示不認(rèn)同，一般情況依靠其過往施工經(jīng)驗，非常容易造成安全事故，如發(fā)生泥漿泄露等情況。并且也很難保證施工人員的安全，非常不負(fù)責(zé)任。同時設(shè)計圖紙時并不能發(fā)現(xiàn)實際施工時產(chǎn)生的位置安全難題，但是通過BIM技術(shù)，能夠在預(yù)制底板上建設(shè)模板支架，對安裝方式和鋼管安置方位進(jìn)行合理的交流，還可以利用4D動畫模擬和解釋安裝時可能發(fā)生的狀況，讓施工人員全面掌控此情況，提高站點建設(shè)的精準(zhǔn)性，提升站點的安全性。

3.4 對安全管理工作進(jìn)行質(zhì)量評估

如果在開展土木工程施工管理工作時產(chǎn)生了管理問題，則需要根據(jù)工程施工的實際情況進(jìn)行針對性和動態(tài)管控，并且還要將數(shù)據(jù)信息傳送儲存到管理平臺上，對現(xiàn)實情況進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u估，讓安全管理人員可以在最短時間內(nèi)把握工程質(zhì)量、安全等情況，進(jìn)而讓其制定更加合理的管理預(yù)案，提高安全管理水平。

3.5 管控臨邊洞口

在施工時，非常容易在洞口處留下數(shù)量較多的洞口以及鄰近邊緣，若是施工時不能提前注意到此問題，非常容易產(chǎn)生墜落等問題。若是能夠通過BIM技術(shù)提前辨別出施工對象存在的鄰近邊緣以及孔眼問題，則可以根據(jù)施工計劃提前做好施工時的墜落保護(hù)工作，減少損害、降低高空墜落時帶來的嚴(yán)重影響。并且利用BIM建模以及4D模擬，也能發(fā)掘出不同階段、環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的安全隱患[7]。

3.6 管控應(yīng)急預(yù)警

如果開展土木工程施工安全管理活動時出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的安全風(fēng)險，必須根據(jù)過往安全管理工作曾產(chǎn)生的安全風(fēng)險以及質(zhì)量評估結(jié)果，動態(tài)、靈活地解決安全事故與風(fēng)險，并且還要根據(jù)具體情況動態(tài)調(diào)整施工應(yīng)急方案，要保證其科學(xué)、合理、高效。

3.7 三維建模

BIM技術(shù)具有全過程性和綜合性，將此技術(shù)應(yīng)用到土木工程中，能影響其各個項目、環(huán)節(jié)以及工序。在重要的施工準(zhǔn)備階段，在應(yīng)用BIM技術(shù)開展設(shè)計工作時，需要根據(jù)土木工程施工要求提高設(shè)計的針對性和實效性，利用模擬實驗來預(yù)估施工情況與風(fēng)險，提高BIM技術(shù)的設(shè)計水平。在施工階段，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計時，要依據(jù)施工情況開展4D模擬實驗，此實驗可以對土木工程施工進(jìn)模擬和預(yù)估，然后提出相應(yīng)建議，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，制定更加科學(xué)、合理的施工方案。此外，還能通過此技術(shù)進(jìn)行5D模擬，其是在3D模擬的基礎(chǔ)上，控制工程成本、提高施工效率。施工后期階段，需要應(yīng)用此技術(shù)處理緊急情況和施工風(fēng)險。土木工程施工利用BIM技術(shù)可以依據(jù)工程要求建設(shè)三維模型，通過其圖形多方面和角度開展管理活動，避免后續(xù)施工發(fā)生嚴(yán)重的安全管理事故與風(fēng)險，進(jìn)行科學(xué)預(yù)估[8]。

4 加強(qiáng)土木工程施工安全管理中BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的策略

4.1 加強(qiáng)研發(fā)，積極推廣

技術(shù)發(fā)展必須具有與時俱進(jìn)特性，只有不斷滿足社會需求、適應(yīng)社會發(fā)展才能保持強(qiáng)勁動力，BIM技術(shù)也一樣，此技術(shù)既可以促進(jìn)土木工程施工技術(shù)進(jìn)步，還能增強(qiáng)我國土木工程的實力。想要提高此技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅需要專業(yè)人才持續(xù)研發(fā)和完善，也需要積極開展施工培訓(xùn)活動，要讓此技術(shù)的設(shè)計工作愈發(fā)專業(yè)。對于施工團(tuán)隊，要加強(qiáng)對此技術(shù)的理論和實踐指導(dǎo)，不斷提高施工人員的技術(shù)能力，以此滿足建設(shè)需求，在一定程度上規(guī)避施工安全隱患。

4.2 創(chuàng)新與完善施工模擬技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)

模擬技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可以提高施工的精準(zhǔn)性，在模擬過程中發(fā)現(xiàn)相應(yīng)問題、提出解決措施，并且還能通過此技術(shù)持續(xù)優(yōu)化和調(diào)整土木工程施工方案。BIM技術(shù)可以在設(shè)計環(huán)節(jié)分析實際施工情況，隨后優(yōu)化和升級技術(shù)，在應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)技術(shù)缺陷可以及時完善，BIM技術(shù)只有在實踐和創(chuàng)新中才能滿足土木工程日益變化的要求。如今現(xiàn)代社會逐漸趨于信息化，所以土木工程也應(yīng)該加強(qiáng)和信息化的聯(lián)合，將抽象的BIM技術(shù)轉(zhuǎn)為具體，將施工情況、問題以及要求以數(shù)據(jù)形式體現(xiàn)，以免出現(xiàn)溝通不當(dāng)?shù)惹樾危€能降低人為分析的錯誤率。所以必須持續(xù)創(chuàng)新和完善模擬技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，推動BIM技術(shù)朝著更高層次發(fā)展[9]。

5 結(jié)語

在建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展過程中，既會遇到新發(fā)展機(jī)遇，也會遭遇建設(shè)要求不斷提高、安全意識不斷增強(qiáng)等挑戰(zhàn)，隨著土木工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、施工難度持續(xù)提高，為安全管理工作帶來了難題。所以在土木工程施工時，合理應(yīng)用BIM技術(shù)提高安全管理水平和效率，規(guī)避安全風(fēng)險、處理安全事故非常重要。