李 偉 劉 琦 郭露鵬

1. 長春工程學(xué)院 吉林 長春 130012；2.甘肅二十一冶第三建設(shè)有限公司 甘肅 白銀 730900

近些年，隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，一方面帶來了國民經(jīng)濟的增長，另一方面也帶來了更多的安全事故。建筑行業(yè)作為高投資、高安全風(fēng)險行業(yè)，在我國建筑安全事故的死亡率相對較高，如何提高安全管理效率和降低安全事故頻率成為了建筑行業(yè)的難題。

安全事故發(fā)生主要源于管理水平低、人不安全行為、物不安全狀態(tài)及不安全環(huán)境的影響，傳統(tǒng)安全管理模式是通過建立安全生產(chǎn)管理制度來減少不安全因素，并且采用日常巡檢，專項、季節(jié)性檢查等方式來避免事故發(fā)生。傳統(tǒng)的安全管理效果并不理想，無法滿足現(xiàn)階段需求，隨著信息化時代到來，BIM技術(shù)集成應(yīng)用為安全管理拓展了新的思路。

1 BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IOT）是通過無線射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)按約定的協(xié)議連接起來，形成物與物、人與物之間的通信以及信息交換，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]。

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是建筑信息模型化，它不僅是數(shù)字信息的集成，還是數(shù)字信息的應(yīng)用，并可以用于數(shù)字化方法的設(shè)計、建造、管理。同時采用工業(yè)基礎(chǔ)類（Industry Foundation Class，IFC）體系作為共同的數(shù)據(jù)標準，但僅這一標準無法滿足信息交互的需求，因為在施工建造過程中，參建各方之間出現(xiàn)了信息傳遞的孤島——“物”[2]，如何將“物”融入信息傳遞中，成為了阻礙。

BIM是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型，而物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的有效延伸，包含并兼容了互聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用和 資源[3]。

運用物聯(lián)網(wǎng)中的RFID、閱讀器、傳感器、視頻攝像機等技術(shù)采集現(xiàn)實物體信息，采集數(shù)據(jù)與BIM模型數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)交互。在系統(tǒng)設(shè)計階段，通過Microsoft Office Access 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立施工安全指標數(shù)據(jù)庫，并將安全指標數(shù)據(jù)庫連接到BIM模型以形成BIM安全模型，然后將其與采集的數(shù)據(jù)進行對比分析，自動判斷是否安全并顯示三維可視預(yù)警，便于管理人員進行安全管理，提高安全管理的有效性。

2 建筑施工安全風(fēng)險因素分析

我國建筑施工安全事故主要類型有高處墜落、物體打擊、機械傷害、觸電、坍塌等，通過運用魚骨圖分別從人為因素、物的因素、環(huán)境因素和管理因素4個不同角度歸納總結(jié)安全事故的發(fā)生原因[4]，為安全管理系統(tǒng)功能設(shè)計提供依據(jù)。安全事故影響因素魚骨圖，如圖1所示。

圖1 安全事故影響因素魚骨圖

2.1 人為因素

1）施工技術(shù)水平。施工現(xiàn)場工人的技術(shù)水平參差不齊，如特種作業(yè)需要考取證書才能上崗，但考試內(nèi)容只是讓工人擁有初級入門水準，在面對一些突發(fā)特殊情況下，工人并不一定能快速做出正確的判斷和行動，致使安全事故發(fā)生。

2）平均文化水平不高。建筑行業(yè)作業(yè)人員平均文化水平不高，對于項目安全教育或安全交底的內(nèi)容不易理解，甚至產(chǎn)生反感，缺乏安全知識。

3）心理、生理影響。施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣且住宿條件簡陋，很多工人不能較好休息，長時間工作導(dǎo)致物理負載超出了身體極限，健康狀況異常并出現(xiàn)反常情緒，工人無法專心工作。

4）安全意識淡薄?，F(xiàn)場管理人員不能做到時刻監(jiān)督，一些工人圖省事、怕麻煩，無視安全并進行非法操作，他們憑著較豐富的工作經(jīng)驗，或憑本崗位安全隱患少，或憑著多少年也未出現(xiàn)過安全事故，產(chǎn)生了僥幸心理，并且隨著時間的推移，安全意識越發(fā)淡薄。

2.2 物的因素

1）安全防護設(shè)備。防護手套、安全網(wǎng)、安全帶等不齊全，質(zhì)量水平不符合國家安全標準，很多項目安全防護設(shè)備不僅未做到配備齊全，而且不考慮防護設(shè)備質(zhì)量，一味追求價格低廉。

2）施工設(shè)備運輸及裝卸。腳手架、起重機、大型工程機械運輸及裝卸安全控制是施工安全管理的重要組成部分。在運輸和裝卸過程中，人與設(shè)備直接接觸，稍有不慎就會發(fā)生安全事故。

3）安全標志。在施工現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)安全標志選用不當(dāng)、不清晰、不規(guī)范、位置缺陷及其他安全信號缺失等 問題。

4）施工設(shè)備維修。設(shè)備在不同環(huán)境長期使用后，會引起機械零件的磨損和間隙的增大，直接影響設(shè)備的原有平衡，降低了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，甚至?xí)?dǎo)致機械設(shè)備喪失基本功能，異常運作。

3.3 不安全環(huán)境

1）惡劣天氣。當(dāng)出現(xiàn)雨、雪、風(fēng)、霧等惡劣天氣時，應(yīng)立即停止作業(yè)，而項目為追求進度，依舊要求工人施工。惡劣天氣過后，未嚴格對現(xiàn)場施工設(shè)備及周圍環(huán)境進行檢查，就立即開展工作。

2）照明不良。夏季高溫炎熱，為避免高溫引起施工質(zhì)量降低和作業(yè)人員中暑，許多項目選擇避開中午的高溫期，改為早晚施工，而作業(yè)區(qū)與機械駕駛室未滿足照明要求，依然進行施工作業(yè)。

3）場地狹窄、雜亂。場地平面布置不合理，地面未硬化、道路不暢通、材料的隨意堆放等都可能造成事故的發(fā)生；相反的，合理的場地布置方案會讓項目擁有良好工作環(huán)境。

4）臨邊洞口防護未設(shè)置。腳手架外架、預(yù)留洞口、電梯井、基坑等未設(shè)置防護，在作業(yè)時工人極可能從高處 墜落。

2.3 管理因素

1）安全管理執(zhí)行力不足。安全管理執(zhí)行力不足源于制度的缺陷，無法做到“有法可依，有法必依”，制定完善的管理制度，通過實行監(jiān)督，提高執(zhí)行力。

2）安全交底未落實。在施工之前，應(yīng)根據(jù)批準的施工組織設(shè)計或?qū)I(yè)安全技術(shù)措施，向有關(guān)人員進行安全交底。安全交底是讓操作者了解具體安全事項，在危險情況下能確保自身安全。從施工負責(zé)人到安全管理人員再到生產(chǎn)班組最后到工人，這一過程的傳遞使交底作用大打 折扣。

3）安全職責(zé)未履行。施工企業(yè)應(yīng)建立和健全與企業(yè)安全生產(chǎn)組織相對應(yīng)的安全生產(chǎn)責(zé)任體系，不僅要明確管理各職能部門的安全生產(chǎn)職責(zé)，更重要的是需要落實到每個崗位。

4）安全目標不明確。要根據(jù)企業(yè)的安全管理目標制定事故控制指標與中長期目標，并且根據(jù)目標完成情況進行獎懲考核。

3 建筑施工安全管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 建筑施工安全管理系統(tǒng)功能設(shè)計

通過對人、物、環(huán)境、管理4個方面進行分析，了解到事故發(fā)生的主要原因是缺少有效的監(jiān)控和預(yù)警。各單位管理人員不能時時刻刻在所有工作面進行監(jiān)督，無法了解工人及機械的位置信息及周圍環(huán)境狀況，導(dǎo)致現(xiàn)場存在安全隱患，常規(guī)的日常、專項、季節(jié)性安全檢查無法在事故發(fā)生前及時預(yù)警。針對建筑施工安全風(fēng)險因素和BIM、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點，建筑施工安全管理系統(tǒng)功能設(shè)計總結(jié)如下。

3.1.1 數(shù)據(jù)自動化采集

由于建筑工地面積大、環(huán)境復(fù)雜、人員眾多且流動性大等，導(dǎo)致傳統(tǒng)人工采集數(shù)據(jù)方式較為困難，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化、快速化、全面化實時獲取人、材、機的對象屬性、三維空間位置、周圍環(huán)境等信息，可確保平臺采集信息的準確性和及時性。

3.1.2 可視化安全監(jiān)控和預(yù)警

BIM可視化三維模型以簡單、直觀的形式為安全管理人員展示信息，幫助管理人員快速、準確地了解人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)及環(huán)境等信息，當(dāng)不安全信息超過設(shè)定的安全指標，系統(tǒng)會根據(jù)相應(yīng)標準發(fā)出不同等級的預(yù)警，并提示距離危險源較近的管理人員快速趕到現(xiàn)場。

3.1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)對工人行為、機械使用及材料檢查等信息建檔存儲。現(xiàn)場逐漸形成工人個人檔案，成為具有征信價值的記錄，能更好地進行人員管理；機械使用、裝卸、維護保養(yǎng)情況和材料進場外觀檢查、性能復(fù)檢情況形成檔案記錄，可幫助企業(yè)正確選擇機械及材料供應(yīng)方。項目安全管理數(shù)據(jù)庫對接企業(yè)安全數(shù)據(jù)庫，企業(yè)對項目安全數(shù)據(jù)去其糟粕，取其精華，將優(yōu)異的安全管理方法沿用在下個項目上。

3.1.4 良好的系統(tǒng)功能擴展性

安全管理系統(tǒng)應(yīng)有良好的功能擴展性，在安全監(jiān)控的過程中，安全信息不單單用在安全管理功能這一板塊，還能應(yīng)用于進度、質(zhì)量等其他功能模塊，形成全方位項目 管理。

3.1.5 附加功能

安全管理系統(tǒng)功能應(yīng)增加安全教育和培訓(xùn)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫工人檔案記錄，對違章工人進行安全教育，以提高工人的安全意識；增加安全檢查標準，現(xiàn)場檢查人員可以在檢查過程中隨時使用移動端調(diào)出標準，以圖片為參考，可以有效彌補部分檢查人員安全知識和技能的不足，使檢查工作更加準確；增加勞務(wù)防護設(shè)備管理，例如智能安全帽、安全帶、安全鞋的生產(chǎn)、使用及有效期等信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，攜帶不安全勞務(wù)防護設(shè)備人員禁止進入施工現(xiàn)場，由此實現(xiàn)警報。

3.2 建筑施工安全管理系統(tǒng)構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)集成將延伸和拓展出新應(yīng)用模式與價值，建筑安全管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸處理及分析、數(shù)據(jù)反饋3個模塊，系統(tǒng)構(gòu)建可讓參建各方實時了解現(xiàn)場動態(tài)，還可通過系統(tǒng)進行全程監(jiān)控、在線溝通、協(xié)同處理[5]?；贐IM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑施工安全管理系統(tǒng)框架圖，如圖2所示。

圖2 BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑施工安全管理系統(tǒng)框架

3.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集的工具主要包含視頻攝像機、RFID標簽、閱讀器、傳感器、智慧安全帽、RFID手持終端等[6]。使用視頻攝像機對現(xiàn)場實時畫面進行監(jiān)控，指導(dǎo)現(xiàn)場工作行為；借助RFID標簽定義構(gòu)件信息，同時閱讀器掃描實現(xiàn)構(gòu)件追蹤與定位；傳感器采集傾斜度、壓力、溫度、濕度等信息；智慧安全帽內(nèi)置RFID標簽，可通過手持終端識別工人身份。

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸、處理及分析模塊

利用Wi-Fi、WLAN等將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，進行過濾、檢查、分組，同時對風(fēng)險數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化管理[7]，通過單獨開發(fā)API或者支持IFC標準軟件將采集數(shù)據(jù)共享到BIM安全信息模型，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、交互。BIM安全信息模型是由三維模型與Microsoft Office Access安全指標數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)形成，安全指標與轉(zhuǎn)換交互后的采集數(shù)據(jù)進行分析對比，為下一步的數(shù)據(jù)反饋奠定基礎(chǔ)。

3.2.3 數(shù)據(jù)反饋模塊

采集數(shù)據(jù)與BIM安全模型中的安全指標對比后，對比結(jié)果通過平臺反饋給管理及相關(guān)人員，進行人、材、機安全管理。指標對比結(jié)果可分為安全、隱患、危險3種狀態(tài)，不同狀態(tài)用不同顏色來表示，該平臺使用BIM三維可視化模型來更清晰和直觀地顯示施工人員和機械的位置、物料堆放等情況。

例如挖機距離安全指標以3、10 m為界限，當(dāng)無關(guān)工作人員與挖機距離10 m以外時顯示為綠色；若距離挖機3 m以外10 m以內(nèi)顯示為黃色，智慧安全帽會間歇性發(fā)出警告遠離危險；當(dāng)距離挖機3 m范圍內(nèi)會顯示為紅色，智慧安全帽發(fā)出連續(xù)警告，安全管理平臺提醒挖機駕駛員和檢查組此處為危險狀態(tài)，駕駛員應(yīng)暫停作業(yè)。檢查組立即查看情況，使用RFID手持終端對違規(guī)行為拍照上傳，并對違章人員進行身份識別，記入工人個人檔案。

4 結(jié)語

工程安全生產(chǎn)是各方建設(shè)主體最關(guān)心的問題，基于物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)的智慧工地從根本上轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，協(xié)調(diào)生產(chǎn)關(guān)系，有效降低安全事故率[8]，促進生產(chǎn)力發(fā)展。建立基于物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)的安全管理系統(tǒng)，能夠靈敏快速地進行信息識別、搜集、傳遞、處理及共享，該系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)都必須建立在“快速”的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的人工管理無法滿足快速反應(yīng)的需求，預(yù)警就失去了意義。物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)集成應(yīng)用的不斷探索，多種信息技術(shù)更廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)各個方面，將加速建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型與 升級[9-11]。

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