BIM技術在施工安全管理中的應用研究

夏睿 陳磊 許奇

BIM技術作為建筑工程全生命周期管理中一個革命性的突破，在我國工程建設領域的應用也越來越廣泛。由于BIM技術具有可視化、模擬性等特點，已經應用與建筑過程各個階段。僅在施工階段的應用已經非常多，如：碰撞檢測、施工模擬、工期優化等。本文將重點研究BIM技術在建筑工程施工階段安全管理中的應用，并尋找應用過程中存在的問題，提出相關建議，為BIM技術更好地應用于實際工程。

一、引言

隨著我國城鎮化發展的加快，建筑行業的發展規模也越來越壯大，從業人員增加以及建筑物的飛速升起，也導致了我國建筑行業安全事故的高發，這對施工企業提出了更嚴格的生產要求。所以，許多企業和學者也都在研究如何將BIM技術引入到施工階段的安全管理中來，到目前為止，國內已有很多應用BIM技術的案例，如：深圳平安金融中心、天津117大廈等大型復雜建設項目，包括剛結束的天津周大福金融中心、上海迪士尼樂園奇幻童話城堡，在施工階段的很多方面都取得了突出的應用成果。

二、BIM技術在施工階段安全管理的應用

BIM技術的應用貫穿于建設項目全生命周期，而工程建設的施工階段，是建設項目從規劃設計變為實體建筑的關鍵性環節。施工單位應用BIM技術獲得更加充足、可靠的工程信息，這能夠大大提升施工建設水平，保證施工質量，做好施工安全管理，得到更多的經濟效益。根據已有的應用與研究，可以發現BIM技術不僅有利于施工現場的場地規劃、施工過程的動態模擬、還有利于制定安全方案和應急措施。

1.BIM技術有助于施工場地規劃

BIM技術的一大顯著特點就是可視化，BIM軟件的建模技術把二維的CAD圖紙結合到三維模型中，這是BIM應用工作中最為基礎也是最為重要的工作。經過進一步的渲染，3D模型就更加能給人以真實感和直接的視覺沖擊。

（1）BIM技術有助于施工現場平面布置

建筑工程項目涉及的人員、機械、材料繁雜，施工現場平面布置需要考慮工程的位置、道路、生活區、大型機械、材料堆場、材料加工棚等，合理地規劃施工現場的布置，將有助于現場機械操作、材料運輸、人員作業的安全。原先二維圖紙的施工現場平面布置并不能直觀地呈現場地內各設施的安放情況，后期往往會出現布置調整的情況，若是規劃不合理，很有可能造成安全事故，而利用BIM技術的可視化這一特點進行三維模型的建立，便可以使規劃布置工作更加簡化。

（2） BIM技術與其它技術結合助力場地規劃

BIM技術的顯著特點是可視化，這有利于將Matlab、GIS等軟件中關于施工場地布置的優化方案進行立體的展現，更有利于施工現場布置優化的研究，也有利于實際項目工作更好地開展。可以利用GIS和BIM技術確定場地內最優的塔吊布置數量和位置，首先確定材料的供應和需求荷載的幾何布局，生成塔吊的可行區域，考慮不同類型塔吊進行計算，最終確定塔式起重機的數量與位置，即為最優方案。這樣的方案不僅使塔吊工作范圍覆蓋整個擬建工程，使得方案經濟化，而且塔吊工作的重疊區域也非常小，避免起重沖突安全事故的發生。

（3）BIM技術有助于施工現場協同管理

施工現場的管理往往涉及項目的各個參與方，包括開發商、設計單位、施工單位、監理單位等，BIM技術的應用有利于各方的交流。在設計階段，利用BIM軟件，如：Revit、廣聯達等軟件事先建立好3D模型，施工階段便可以直接進行利用，建立項目綜合信息模型數據庫。其優點一是節約了成本，如果設計階段均采用傳統的二維設計方式，則需要建立建筑、結構、暖通、設備等不同專業的一系列的圖紙，設計過程復雜，成本較高；二是集所有信息于一個模型，較方便地獲得項目設計的全面數據，為施工階段的安全、進度、成本、質量管理提供依據；三是實現了設計階段與施工階段的信息互通，協同管理，甲方也可以根據BIM模型確定工程的進度和質量，有利于各方信息的互相交流，確保施工過程高效安全。

2.BIM技術有助于施工過程優化

BIM技術可以進行施工模擬，對現場的各個構件進行漫游查看，對施工現場進度進行動態模擬，對復雜節點的施工方案進行動畫輸出，對不同方案進行模擬的出最優方案，大大促進施工工作的進行。而這些過程中，也能發現很多安全問題，如碰撞檢測等，通過BIM軟件的模擬和優化，可以將技術難度降低，危險程度降到最小。

（1）BIM技術可進行碰撞檢測

在施工過程中，常常會出現由于設計不合理而導致的空間布局沖突。在施工前，提前利用BIM軟件進行碰撞檢測，對原有不合理設計進行修正，避免安全隱患，這將有利于項目的順利進行。沖突碰撞檢查主要涉及設備、管線、結構等，可分為靜態的碰撞檢測、的建和動態的碰撞檢測。

大型建筑工程設備管線布置復雜，由于設計得不合理，管線與管線之間、管線與設備、管線與結構構件之間的空間沖突和碰撞非常頻繁，存在設計錯誤和安全隱患。BIM模型基于其三維可視先對建筑工程進行一次三維校審，進行沖突檢測，然后把檢測的結果反饋給專業的設計人員進行調整，然后再進行碰撞檢測，直到碰撞檢測無沖突位置，最后得出合理地設備管線布置方案。如，上海中心大廈在建筑給排水設計中進行碰撞檢測，通過反復修改和深化設計，最后確定綜合管線方案。

（2）BIM技術可進行施工方案檢驗

對于工程規模浩大、復雜程度高、工期緊的項目，采用基于BIM的4D施工模擬有助于結構中復雜節點施工過程的演示，從多個時間和空間的角度了解項目。如果對施工方案沒有充足的了解，對復雜結構一知半解，不僅會造成工期的拖延，更有可能造成結構的不合理施工，導致安全坍塌事故的發生。

（3） BIM技術有助于項目施工方案優化

施工現場涉及的材料管理、人員管理、資金管理較多，所以需要根據實時的情況進行方案的調整與優化，比如，基礎施工階段與主體結構階段，現場設施的布置就有所不同，塔吊也要隨著建筑物的不斷增高而爬升等。

在施工進度方面，可利用BIM技術能夠在事前進行施工進度計劃的可視化模擬，觀察各個時間段，如基礎施工階段、主體結構、屋頂結構完成后的進度情況。還可以進一步進行分析，發現計劃的缺陷，施工人員可以對原有的Project軟件中的施工進度計劃進行優化，并再次導入到BIM軟件中，與原有計劃進行對比，從而有效完善施工進度計劃，避免在實際施工中由于計劃出錯而導致一系列工程進度問題。如某工程經過工期優化后，再導入到在Navisworks中進行施工模擬時，可以發現原施工計劃中達到第二十層門窗開始安裝，而優化后計劃方案中門窗工程已經結束。

3. BIM技術有助于施工安全管理

施工現場安全管理設計的內容較多，上述三維平面布置中的場地規劃和施工模擬過程中的設備、施工機械的碰撞檢測等都屬于安全管理的范疇。從施工現場安全管理方案的角度來講，安全管理還包括現場安全防護措施以及逃生預警等。

傳統的現場管理方案僅是文字，建造防護措施的過程還是缺少依據，而BIM技術下的現場安全防護就非常直觀，根據3D模型制定安全防護管理方案讓現場施工人員有章可循。

除此之外，BIM技術在現有的應用中還助力于施工現場多方位的預警管理，如Pathfinder疏散軟件、Thunderhead火災動態模擬、PyroSim消防模擬軟件，這些軟件都可以與3D模型進行結合，為施工現場安全計劃應急預案提供依據。

三、結語

BIM應用于施工現場安全管理中的效果雖然非常顯著，但BIM技術目前在我國的推廣與應用還處于初級階段。首先，國內建筑工程的安全管理現狀不容樂觀，監管松懈，企業安全意識薄弱，安全教育投入不足，安全管理方法落后；其次，采用BIM技術的施工企業還不到10%，更不用提利用BIM技術進行現場的安全管理。主要原因有信息化建設資金不足、專業技術人員數量不足，大部分地區政府和行業主管部門政策支持缺失；再次，BIM軟件眾多，很多軟件無法實現互相操作，往往需要進行格式轉換或者重新建模，不能形成流暢地BIM工作流程。同時，隨著我國相關政策的不斷推出和建設主管部門的大力支持，未來還有很多發展空間，而且在施工現場安全管理方面的應用還有待深入研究。