范家茂

合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系,安徽 巢湖 238000

基于BIM的建筑施工安全管理模型

范家茂

合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系,安徽 巢湖 238000

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑業(yè)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展時(shí)代，同時(shí)，施工安全管理引起政府及行業(yè)專家學(xué)者的關(guān)注。本文首先分析當(dāng)前建筑施工安全管理中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)，然后介紹了BIM模型的具體內(nèi)容，舉例說明幾種BIM安全管理的模型，并將其融入建筑工程施工過程中。旨在為施工安全管理提供新的管理思路。

BIM;建筑工程;安全管理;模型

隨著科技不斷的進(jìn)步，整個(gè)建筑行業(yè)也在進(jìn)行著更深一步的發(fā)展，高層建筑、大跨度建筑越來越多，施工難度越來越大，而新建建筑大多場地條件復(fù)雜，施工環(huán)境不好，施工從業(yè)人員整體素質(zhì)并不高，建筑行業(yè)的工傷或者死亡率居高不下，這些都引起國內(nèi)學(xué)者的反思[1]。因此在評價(jià)一個(gè)項(xiàng)目優(yōu)劣的時(shí)候，安全文明施工成為一個(gè)重要的參考指標(biāo)。為了保證建筑工程施工的安全，有必要引入新的管理模式——BIM施工模型。BIM模型目前已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)的大型施工項(xiàng)目管理中，本文主要針對建筑工程施工安全管理的BIM模型進(jìn)行研究。

1 建筑施工安全管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析

現(xiàn)代建筑的發(fā)展呈現(xiàn)出全新的趨勢，具體表現(xiàn)在建筑的高度不斷地增加，建筑的體型越來越多復(fù)雜化,建筑的結(jié)構(gòu)形式更加多樣化。整個(gè)建筑工程項(xiàng)目施工的特點(diǎn)就是建筑產(chǎn)品本身的單件性，建筑生產(chǎn)施工流動(dòng)性，施工周期長，工作內(nèi)容繁多，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，建筑從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，因此施工過程中安全管理難度大。建筑施工的工作內(nèi)容大都在室外，場地環(huán)境比較惡劣，地理環(huán)境和天氣環(huán)境等對施工的安全影響大。具體地說，場地環(huán)境影響安全管理的主要表現(xiàn)在深基坑的開挖及其雨季施工安全防范工作是安全管理的難點(diǎn)。建筑物的高度增加決定了垂直運(yùn)輸工具的重要性，塔吊的安全管理，除了受自身設(shè)備安全的影響外，天氣條件也是較大的因素影響，相關(guān)安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范規(guī)定六級及以上大風(fēng)時(shí)禁止塔吊使用，就是為了避免塔吊平衡臂發(fā)生意外。防止高處墜落、物體打擊和塔吊等大型施工機(jī)械的安全使用都是安全管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。建筑工地中大量使用各類施工升降機(jī)，如何保證升降機(jī)安全可靠地運(yùn)行是安全管理的重中之重，因?yàn)樗梢员Ｕ细黝愂┕と藛T的人身安全。杜絕使用大功率電器和防止電線路老化是保證整個(gè)項(xiàng)目的安全生產(chǎn)用電和生活區(qū)的安全用電的重要舉措，這也是施工用電安全管理的重點(diǎn)。建筑施工流動(dòng)性大，大部分從業(yè)人員的素質(zhì)還有待提高，我國雖有《安全生產(chǎn)法》、《安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)和相關(guān)安全操作規(guī)程，但具體實(shí)施起來存在著困難，由于很難堅(jiān)持長效的安全生產(chǎn)教育，從業(yè)人員工作環(huán)境差且相應(yīng)的防護(hù)措施不到位，這些都是安全隱患。所以我們找出一些比較有針對性的安全管理難點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)的BIM建模，進(jìn)而進(jìn)行分析，做到“預(yù)防為主”是避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生的重要舉措[2]。

2 BIM模型

BIM，全稱是建筑信息模型，主要是將項(xiàng)目管理的信息統(tǒng)一歸納，整合到一個(gè)視覺模型里，通過這個(gè)模型，可以清楚地看到整個(gè)現(xiàn)場的施工情況，進(jìn)而進(jìn)行進(jìn)度、安全管理。目前對于BIM項(xiàng)目管理模型的研究現(xiàn)狀主要是針對項(xiàng)目的施工方案進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定，模擬施工場景，在觀看模型的時(shí)候能夠識(shí)別危險(xiǎn)源，進(jìn)而提出相應(yīng)的預(yù)防措施和改善意見。BIM模型系統(tǒng)同樣可以應(yīng)用于在安全系統(tǒng)逃生方面，也就是說，一旦整個(gè)項(xiàng)目發(fā)生安全事故，具體的合理逃生路線都可以在BIM安全系統(tǒng)里視覺看到。因此這是BIM的一個(gè)“可視化”特點(diǎn)。BIM最早是被西歐國家應(yīng)用在項(xiàng)目管理上的，隨著全球化的快速發(fā)展，整個(gè)BIM被越來越多的項(xiàng)目所廣泛地使用，有通過BIM模型對于整個(gè)項(xiàng)目成本管理的研究，也有對整個(gè)項(xiàng)目管理進(jìn)行研究，以及針對安全項(xiàng)目管理模型進(jìn)行研究的，因此目前BIM已經(jīng)廣泛應(yīng)用于整個(gè)建筑項(xiàng)目上。雖然現(xiàn)階段BIM在整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展還不是那么規(guī)范，同時(shí)缺乏政府的法律法規(guī)，但是隨著BIM功能和技術(shù)的逐步完善，在建筑工程施工中的優(yōu)勢逐步被開發(fā)出來，肯定會(huì)被越來越多的建筑工程項(xiàng)目使用，其結(jié)果是能夠提高項(xiàng)目的管理實(shí)效，減少安全事故的發(fā)生，更加有利于整個(gè)項(xiàng)目朝著規(guī)范化、信息化和更安全的方向發(fā)展，從而促進(jìn)施工總承包單位項(xiàng)目管理的“三控、三管、一協(xié)調(diào)”的工作開展[3]。

對于項(xiàng)目安全管理，首先要知道具體的安全隱患源，然后就是應(yīng)用相關(guān)的危險(xiǎn)識(shí)別管理。因此識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)是建立模型的步驟之一。通常國內(nèi)學(xué)者針對風(fēng)險(xiǎn)的評估辦法是研究風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的原因、安全風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、安全風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)評測等內(nèi)容進(jìn)行分析。而整個(gè)BIM模型的優(yōu)點(diǎn)就是能夠預(yù)先能夠識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)源，并且能夠給出指導(dǎo)性的意見，這樣相關(guān)管理人員就能制定出相應(yīng)的安全措施避免安全事故的發(fā)生。相比之下，傳統(tǒng)安全管理模式更多的是紙上談兵，首先是制定的相關(guān)的安全措施，然后進(jìn)行相關(guān)的過程控制，這樣有一定的優(yōu)勢，但是不能直觀地了解這個(gè)安全的隱患，無法事先進(jìn)行有效的控制。

3 BIM安全管理模型的建立

本文主要是建立相應(yīng)的安全管理模型，為建筑安全管理提供相應(yīng)的安全管理對策，其原理主要是根據(jù)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別辦法。

通常BIM系統(tǒng)模擬的軟件是非常的多，有PKPM，魯班，斯維爾，廣聯(lián)達(dá)等，它們都結(jié)合了CAD軟件。BIM建模的流程就是在二維模型上將各種數(shù)據(jù)在不同視覺角度添加到軟件內(nèi)容中去，建立一個(gè)共享的信息平臺(tái)，然后再將二維模型轉(zhuǎn)換成三維模型，通過這個(gè)三維模型就能很清晰地知道具體的風(fēng)險(xiǎn)源在什么位置，這樣就能指導(dǎo)采取相應(yīng)的安全措施來防范風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生[4]。

圖1 斯維爾建筑工程安全管理模型Fig.1 Sitwell's safety management model of construction engineering

如圖1所示，斯維爾建筑工程安全管理模型的建立可以分為三個(gè)部分，一是數(shù)據(jù)層，二是模型層，三是應(yīng)用層，建立的步驟是首先將數(shù)據(jù)層的內(nèi)容輸入斯維爾軟件當(dāng)中，建立相應(yīng)的二維模型，然后生成三維模型。當(dāng)然具體操作的時(shí)候可以兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行，最終的結(jié)果就是能夠視覺觀看所建立的模型，分析其是否安全。BIM模型下的項(xiàng)目安全管理，符合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別具體流程，能夠通過計(jì)算機(jī)模擬施工現(xiàn)場的分布情況，具有重要的指導(dǎo)意義[5]。

廣聯(lián)達(dá)BIM軟件不僅可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行緊急疏散模擬試驗(yàn)等，還可以在招投標(biāo)和施工階段根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行4D（3D+進(jìn)度）、5D（4D+成本）甚至是6D（5D+安全）的動(dòng)態(tài)施工模擬，它以BIM平臺(tái)為核心，集成土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)數(shù)據(jù)模型，以BIM模型為載體，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、預(yù)算、物資、圖紙、合同、質(zhì)量、安全等業(yè)務(wù)信息關(guān)聯(lián)，通過三維漫游、施工流水劃分、工況模擬、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬、施工交底、形象進(jìn)度查看、物資提量、安全等核心應(yīng)用，幫助技術(shù)、生產(chǎn)、商務(wù)和管理等部門人員進(jìn)行有效決策和精細(xì)化管理，促進(jìn)施工單位“進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全、環(huán)境”五大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及提高項(xiàng)目的安全管理水平。具體流程如圖2和圖3所示。

圖2 廣聯(lián)達(dá)緊急疏散模擬試驗(yàn)Fig.2 The simulation test of Goldan emergency evacuation

圖3 廣聯(lián)達(dá)模型數(shù)據(jù)集成Fig.3 The integrate data of Goldan model

4 BIM在建筑工程施工安全管理的應(yīng)用

在建筑工程施工中，垂直運(yùn)輸設(shè)備通常是必不可少的，但是垂直運(yùn)輸設(shè)備無論是安裝過程，還是使用過程都是一個(gè)重要的危險(xiǎn)源，值得重點(diǎn)關(guān)注[6]。在建筑群施工中，合理的布局塔吊的位置，是一項(xiàng)十分重要的工作，避免塔吊之間相互運(yùn)轉(zhuǎn)碰撞，使塔吊臂下面行人最少是其設(shè)計(jì)原則。通常來說都是建立相應(yīng)的三維模型來進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)，看多塔作業(yè)是否能夠滿足安全要求。根據(jù)建筑物外觀尺寸，建立最簡單建筑三維模型，模擬多臺(tái)塔吊工作時(shí)的運(yùn)行軌跡，可以很清楚地看到多臺(tái)塔吊的運(yùn)行軌跡是否有交叉的部分，有交叉的部分就說明多臺(tái)塔吊同時(shí)作業(yè)時(shí)，有可能產(chǎn)生碰撞，這種布置是不合理的[7]。如圖4所示，為了建筑工程施工的需要，在不同位置安裝了兩臺(tái)塔吊，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入BIM建模數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩臺(tái)塔吊在工作狀態(tài)的時(shí)候會(huì)有交叉的部分，如圖4，可以看出整個(gè)塔吊1在設(shè)計(jì)的時(shí)候是基本是為左側(cè)一棟大樓使用的，塔吊2是為右側(cè)一棟大樓使用的，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，沒有考慮整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡，沒有考慮兩臺(tái)塔吊同時(shí)使用的情況，在模擬運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中，就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)塔吊會(huì)發(fā)生碰撞，存有安全隱患[8]。因此必須增加相應(yīng)的措施，確保施工過程中的安全。當(dāng)然也可以根據(jù)這個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算分析出兩臺(tái)塔吊的安全距離，從而指導(dǎo)布置兩臺(tái)塔吊的位置。由此可見BIM安全管理模型在建筑工程施工安全管理中的還是具有實(shí)際作用的[9]。

5 結(jié)論

圖4 兩臺(tái)塔吊之間的相互碰撞Fig.4 The collision between two tower cranes

建筑施工現(xiàn)場由于施工環(huán)境復(fù)雜，影響安全的因素多，引入BIM安全管理模型對施工項(xiàng)目的安全管理進(jìn)行指導(dǎo)，可以通過模型模擬施工場景，發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)源，從而制定相應(yīng)的安全防范措施，真正實(shí)現(xiàn)安全管理的事先控制，避免安全事故的發(fā)生。

[1]張建平,李 丁,林佳瑞,等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012,41(371):10-17

[2]周宇光.項(xiàng)目管理信息化框架和模型研究[J].施工技術(shù),2012,41(4):94-98

[3]王思凌.談建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理[J].山西建筑,2013,39(17):247-248

[4]王健健,呂厚偉.淺議建筑施工現(xiàn)場中風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用[J].中國職工教育,2013(8):95-95

[5]李 犁.基于BIM技術(shù)建筑協(xié)同平臺(tái)的初步研究[D].上海:上海交通大學(xué),2012:30-32

[6]葛 清.BIM的第一維度[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011:19-23

[7]孫成雙,江 帆,滿慶鵬.BIM技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用能力評述[J].工程管理學(xué)報(bào),2014(3):27-31

[8]唐宏業(yè).我國建筑企業(yè)安全管理問題及對策的研究[J].中國住宅設(shè)施,2014(5):34-35

[9]賀靈童.BIM在全球的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工程質(zhì)量,2013,31(3):18-25

Model of Construction Safety Management Based on BIM

FAN Jia-mao
Department of Architecture Engineering/Hefei Technology College,Chaohu 238000,China

This paper aims to provide new management ideas for construction safety management.The construction industry in our country has entered an era of rapid development with an accelerating urbanization process,the government and experts pay more attentions to the construction safety management.This paper analyzed some keys and difficulties in current construction,introduced the specific content of the BIM model,illustrated several BIM security management model,and integrated it into the construction process.

BIM;construction project;safety management;model

TU17

:A

:1000-2324(2017)03-0464-03

2016-03-05

:2016-04-12

安徽省教育廳質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目(2014 tszy085)

范家茂(1967-),男,工程碩士,副教授,研究方向:建筑與土木工程.E-mail:fjm@htc.edu.cn