基于物聯網和BIM技術的水利工程建筑施工危險源辨識方法

摘 要：在水利工程建筑施工中，傳統的危險源辨識方法主要依靠經驗判斷和定性分析，難以全面、準確地識別出水利工程的危險源。為解決這一問題，結合物聯網和BIM技術，提出了一種水利工程建筑施工危險源辨識方法。首先，依據物聯網技術完成施工區域的數據采集；然后，搭建施工危險源的BIM模型，將構件、設備、人員、場地等信息直觀地顯示出來，實現三維可視化；最后，基于搭建的模型，實現施工危險源的動態識別。實驗結果表明：該方法可以直觀觀察到施工過程中的各個環節，對危險源進行全面的分析和評估，應用效果較好，能夠準確識別出水利工程建筑施工過程中存在的危險源。

關鍵詞：水利工程建筑；物聯網技術；BIM技術；網關容量；危險源辨識；三維可視化

中圖分類號：TP39；D26.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）04-00-02

0 引 言

隨著人們對生命安全和財產安全重視程度的不斷提高，企業在水利工程建筑施工中面臨著更加嚴格的安全管理要求。危險源的及時辨識和針對危險有效預防成為保障施工安全的關鍵環節。因此，開展水利工程建筑施工危險源辨識研究具有非常重要的意義[1-2]。同時，積極開展危險源辨識研究也有助于提高施工隊伍的安全意識，推動施工企業形成安全文化，進一步促進水利工程建筑行業的健康發展。在該背景下，本文提出了一種基于物聯網和BIM技術的水利工程建筑施工危險源辨識方法，有望提高施工過程中的安全管理水平和效率。

1 水利工程建筑施工危險源辨識方法設計

1.1 水利工程建筑施工數據傳輸

為實現水利工程建筑施工中的危險源辨識，首先應對水利工程建筑施工區域進行監測。本文在建筑施工場地中安裝了多種傳感器、攝像頭、采集器等，以完成區域數據的獲取，然后基于物聯網技術構建施工區域數據傳輸通道，完成數據的傳輸。為了實現正常通信，一般網關與其連接的數據采集器必須在同一信道下[3]。為提升數據傳輸質量并避免通信沖突，本文采用多信道形式完成數據通信。無線網關和采集器接入施工現場網絡后，先探查各信道的使用情況，然后選擇未被占用的信道傳輸數據。將無線網關接入現場網絡后，讓其檢測網絡中的每一條通信信道，即發送查詢命令，并等候回應。在接收到答復之后，若判斷信道被占用，則調頻到新的信道重復查詢；如果沒有得到答復，則判斷該信道未被占用，可以正常使用[4]。對于采集器，將采集器接入現場網絡后，發出查詢命令逐個探測施工現場中的每一個信道，等待回復。當采集器收到網關的應答且其網關容量大于0時，完成查找；如果沒有回應或網關容量為0時，跳躍至新的信道，重復查詢步驟；如果自動跳頻達到一定的次數后仍然沒有得到網關回應，則表示沒有找到正在運行的網關，結束查找程序。

依據上述步驟，結合物聯網技術完成水利工程建筑施工場地的數據傳輸設計。

1.2 搭建施工危險源的BIM模型

依據物聯網技術獲取水利工程建筑施工區域的數據之后，基于BIM技術搭建施工區域危險源模型。在該模型中，施工區域內的施工構件、設備、人員、場地等信息能被直觀地顯示出來，實現施工區域危險源的三維可視化管理[5-6]。構建的BIM危險源模型見表1。

1.3 動態識別施工危險源

在完成施工危險源BIM模型的搭建后，以此為基礎，對水利工程施工危險源進行動態識別[7]。本文將訓練危險源的識別過程。其損失函數的計算如下所示：

（1）

（2）

式中：i表示模型的網格序號；εcoord表示權重；qbox表示定位損失；j表示模型滑動窗口的數量；lijobj表示第i個柵格的第j個

邊框中是否含有危險源的中心，若其中含有危險源的中心，則j=1，反之j=0；（xi、yi）表示第i個單元的危險源中心點真實坐標；（，）表示預測的第i個單元的危險源中心點坐標；wi、hi分別表示第i個單元格的真實長和寬；、分別表示預測的第i個單元格的長和寬。

在識別危險源時[8]，除按照施工計劃方案計算識別過程的損失函數外，還應按照施工危險源管理的需要，計算其分類損失。分類損失函數的計算如下：

（3）

式中：qcls表示分類損失；pi（c）、分別表示BIM危險源模型得出類別與真實類別的概率。

在BIM危險源模型上應按相互獨立的原則，將施工過程或施工技術按單元進行區分（劃分為危險源識別單元）。隨著施工工程進度的加快和施工方案的變更，應對危險源的識別單元適時作出修正。在每個已劃分的危險源識別單元中，應以一定的時間段作為一個施工周期，對每個循環周期的危險源進行識別，然后在下一次循環中，處理尚未解決的問題，以形成PDCA循環，對危險源進行實時識別[9-10]。針對一個Q層的施工周期，第q層具有q個輸入，同時其輸出被傳遞至Q-q層作為輸入，則該施工周期共含有個連接。第q層的輸入相當于之前所有層危險源識別的拼接。其輸出公式如下：

（4）

式中：xi表示第q層的輸出；Bq（ ）表示ReLU激活模型函數與一個3×3卷積構成的組合函數[11]。通過上述分析與計算可以得到危險識別單元的危險程度、等級，并可以得到整個施工方案危險源的來源，從而制定相應的調整策略。

2 實驗與分析

2.1 實驗準備

此次實驗以一個水利工程建筑為例。該工程屬于南水北調中線A市的I段工程，全長為56.156 km。由于該水利工程線路長度較長，并且全線大多數由鋼筋混凝土箱涵構成，而水利建筑種類繁多，數量也相對較多，所以每個水利建筑都要按照當地的地形、地質條件來進行設計與建設，造成了建設形式的多樣化。由于其使用的機具種類多，工種多，故需要對其進行嚴格的安全管理。以上述水利工程項目為研究對象，在某河段選取5處較為安全的測試點進行實驗，檢測本文提出方法的可行性。

2.2 實驗結果與分析

依據上述方法，選取2種傳統方法作為對比，一同進行施工危險源辨識測試，得到對比結果，如圖1所示。

如圖1所示，本文所設計的水利工程建筑施工危險源辨識方法的識別檢測數目與實際數目一致，而2種傳統方法的檢測數目存在較大偏差。由此證明，本文所設計的方法可對施工區域中的危險源進行精準識別，應用效果優于對比方法，具有更廣闊的應用前景。

3 結 語

傳統的危險源辨識方法往往依賴人工檢查和經驗判斷，存在一定的主觀性和遺漏風險，而BIM技術的應用，使得危險源辨識更加客觀、準確，故本文提出了一種基于物聯網和BIM技術的水利工程建筑施工危險源辨識方法。其通過BIM模型的可視化展示，可以直觀觀察到施工過程中的各個環節，對危險源進行全面的分析和評估，應用效果較好，可為水利建筑施工風險控制提供技術支撐。

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