基于VR技術的建筑工程施工安全管理體系分析

閆 高 峰

(山西省住房和城鄉建設廳科技促進中心，山西 太原 030013)

1 概述

根據住建部有關統計數據表明，近年來我國建筑工程的安全狀況不容樂觀，雖然從總量來看呈現緩慢好轉趨勢，但隨著建筑工程規模、建筑面積、建筑高度的增高，安全事故和傷亡人數都出現了反彈增長。VR技術能夠將采集到的環境信息構建成符合人體五維體驗的虛擬環境，實現了對環境信息的動態仿真模擬和協同交互。這項技術與BIM技術在建筑領域的融合應用，可以將建筑工程的信息以數字化的形式仿真模擬出來，使得管理者更直觀的識別各類潛在安全風險，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。

2 基于VR技術的建筑工程施工安全管控方案

2.1 識別建筑工程施工階段安全管理關鍵點

作為安全事故的高發行業，建筑工程大多屬于露天高空作業，施工現場人員、設備、材料密集分布，且人工操作項目繁多，使得安全風險始終處于動態變化當中，具有安全事故發生頻次高，安全管理難度大等特點。根據常見的安全事故類型分析來看，高處墜落、物體打擊以及起重傷害等建筑工程施工階段常見的事故類型，占比超過總安全事故的76.4%。因此，在建筑工程施工安全管理階段，必須重視以上關鍵部位的安全管理制度的落實和措施的執行。基于住建部37號令《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》，常見施工不安全管理關鍵點如圖1所示，這些不安全關鍵點具有以下特點：

1)高風險、高事故率：圖1所示的不安全管理關鍵點涉及到建筑工程的基坑施工、模板施工、腳手架工程以及機械安拆等細部施工，大多屬于高空露天作業環境，施工空間狹小且屬于人、機械、材料的交叉作業集中區域，極易發生安全事故。2)事故關聯性強：事故的發生大多并非受到單方面的環境、人員等影響，往往因為某個環節不到位關聯其他影響因素發生，不同因素之間形成因果聯系，且發生的時間、地點差異化，這些都會影響安全事故致因的分析，不利于建筑工程的施工安全管理。

2.2 建筑工程施工安全管理控制路徑及實施框架

VR技術又稱為虛擬現實技術，在建筑領域，可以運用BIM技術來獲取建筑工程的關鍵信息，再由VR技術生成建筑工程管理者可以看到、聽到和觸摸到的逼真虛擬建筑環境，讓管理人員可以預先感知整個建筑工程的實際情況，從而識別出潛在的安全風險，采取有效的管理手段彌補傳統安全管理中存在的缺陷，提升項目安全管理的效率。具體路徑如下：

1)利用VR技術對建筑工程的現場布置、作業環境、施工組織、施工方案以及管理范圍進行模擬分析，找出以上存在的安全問題并制定安全防控預案。

2)將建筑工程安全管理人員發現的安全問題輸入到BIM模型當中，關聯對應的建筑模型，輸入安全監管類措施，利用VR技術的安全感知功能，查看安全問題的整改效果，并優化安全監管措施。

3)為了降低因為人的“安全技能”“安全意識”“安全投入”等不達標造成的安全事故，可以運用VR技術沉浸式的交互功能，讓相關施工人員、安全管理者可以在安全培訓中掌握必要的安全技能，同時還能親身感受違反安全管理制度后產生的安全后果，進而提高相關人員的安全意識和安全技能。

基于以上管理路徑，在建筑工程施工安全管理體系中，運用VR技術對重點的安全隱患進行動態管理，建立符合安全管理要求的管理框架，如圖2所示。

3 實例分析基于VR技術的建筑工程施工安全管理體系

某商業建筑工程，建筑總面積約為7.8萬m2，其中地面建筑面積約5.4萬m2，地下建筑面積約2.4萬m2。作為城市的地標性建筑，本商業建筑工程項目具有施工規模大、周期長、作業面交叉頻繁等特點，為了確保按進度、按質量完成工程的交付，在建筑施工現場應用了BIM技術和VR技術實現建筑工程施工的動態化模擬，以降低安全風險。

3.1 安全動態模擬

結合本工程的總施工要求，在平面圖的基礎上，利用BIM技術將整個工程的所有建筑信息進行可視化輸入，實現了施工現場布置的三維模型建立，包括車輛流線、施工區域、材料儲藏區、材料加工區、機械設備區域。然后利用VR技術對三維模型進行動態模擬(見圖3)，查看不同機械設備作業過程中是否存在相互影響，材料的流線運輸是否會與施工人員產生交叉。一方面優化整個工程的現場布置，另外一方面通過優化作業順序和作業分布，對施工方案進行安全優化，從而避免安全事故的發生。

3.2 安全監督反饋

由于本工程施工規模大、協同安全管理難度高。因此，在落實安全管理過程中，首先安全管理部門明確了施工安全管理的安全評分表，并對不同類型的安全風險進行等級評定，以此作為安全管理的監督反饋評價體系。然后相關安全管理者在現場監督過程中，將對應的安全評分制輸入到BIM模型中，可以獲得對應的安全評分結果。對于存在安全風險的施工區域，最后，運用VR技術對安全警示區域進行模擬分析，找出安全事故發生的具體原因，并制定對應的整改措施，并以文字、視頻等方式存儲到系統中并關聯到對應的施工工序，標注具體的安全風險內容、處理情況以及時間等要素信息(見圖4)，形成本工程的安全管理細項，為后期的安全控制提供參考。

3.3 安全教育培訓

以VR技術為核心，創建的互動式模擬安全培訓教育體系，有效的加強了本工程管理人員和施工人員的安全意識和安全技能。具體表現如下：

1)安全關鍵點施工模擬學習：對于本工程安全風險較大的施工工序，運用BIM技術獲取了關鍵施工工序的構件、設備信息，通過模擬該工序施工，并輔助以語音、圖片、文字等安全指導，讓施工人員可以學習正確的施工操作，避免安全風險的發生。如圖5腳手架工程在安裝過程中，為避免發生高空墜物風險，運用VR技術模擬腳手架安裝施工，讓施工人員掌握了橫桿與各立桿之間的施工要點。

2)警示案例教育學習：在安全教育過程中，為了提高施工人員的安全意識，本工程還運用VR技術對常見的安全事故場景進行了還原，讓施工人員可以直觀的感受到安全施工的重要性。如圖6所示，通過沉浸交互式體驗，施工人員不僅能夠了解違規施工的后果，而且還會學習到安全事故發生的具體原因以及如何規避安全事故發生的操作事項，實現了安全警示和安全教育的融合。例如：因為依靠欄桿導致的高空墜落安全事故，就明確了施工過程中嚴禁依靠欄桿，并重視對欄桿的檢修與維護。

4 結語

建筑施工安全問題是社會各界關注的熱點話題，傳統安全管理措施僅是從安全風險的識別和管控方面控制安全事故發生，存在安全信息判斷滯后、管控存在盲區等問題。本文以VR技術為切入點，建立了安全動態模擬、安全監督反饋、安全教育為核心的安全管理體系，在實踐中取得了良好的應用效果，為建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路徑。