BIM技術(shù)在公路施工安全管理中的應(yīng)用研究

仵向前

山西路橋第六工程有限公司 山西晉中 030600

施工安全管理是施工管理的一個重要方面，施工管理部門、建筑監(jiān)理部門、施工承包企業(yè)組織、指導(dǎo)、監(jiān)督、規(guī)范施工活動，以滿足施工現(xiàn)場安全生產(chǎn)和質(zhì)量的要求。通過施工安全管理，避免人身傷害、設(shè)備損壞、工程失敗等不可接受的風(fēng)險。然而，安全管理的目的已不再局限于事故管理，而更多的是控制潛在的安全危害。畢竟，對施工事故的恐懼，最好的辦法是加強對隱患的控制，提前消除隱患，防止事故發(fā)生。

1 BIM技術(shù)的重要性

BIM時代到來了，無可否認(rèn)，這一BIM趨勢推動了整個建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)主流，工程安全管理也是如此，2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展明確指出：加快BIM、協(xié)同設(shè)計、移動通信、無線通信的發(fā)展。頻率、虛擬現(xiàn)實、4D項目管理技術(shù)在勘察設(shè)計、施工和項目管理中的應(yīng)用，改進(jìn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，提高生產(chǎn)效率和管理水平。許多研究人員和專家已經(jīng)開展了大量的調(diào)查工作，將BIM技術(shù)應(yīng)用于安全管理。建筑信息建模是迄今為止表達(dá)施工管理意圖的最直觀的方法，它使建設(shè)項目能夠?qū)椖恐写嬖诘臐撛诎踩L(fēng)險進(jìn)行早期識別和預(yù)先論證，從而使項目經(jīng)理能夠直觀地評估現(xiàn)場施工條件和識別潛在風(fēng)險，從而能夠?qū)︻A(yù)防安全事故中的問題提出可能的解決方案。PKPM-BIM施工管理平臺是在BIM技術(shù)與施工管理相結(jié)合的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的集成管理系統(tǒng)。該平臺旨在通過BIM技術(shù)為總承包企業(yè)提供可視化、虛擬化的工程項目管理解決方案，在該平臺上，建筑信息模型與工程進(jìn)度計劃、質(zhì)量與安全、施工文件等方面的大量信息相關(guān)聯(lián)，確保了總承包項目管理的順利進(jìn)行。維護(hù)施工生命周期的完整性和一致性，同時，所有參與的企業(yè)都能夠“無縫”地進(jìn)行溝通，以便在PKPM-BIM平臺上進(jìn)行更好的施工管理。來自項目不同階段的不同參與者使用不同的管理輔助工具（包括應(yīng)用程序、繪圖、文檔等）。能夠在項目中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理和信息共享[1]。

2 PKPM-BIM施工項目平臺

如前所述，PKPM-BIM施工管理平臺是一種面向承包商的軟件，該平臺安裝在項目中心服務(wù)器或項目部，其上存儲著建筑信息模型和施工文檔的全部數(shù)據(jù)。項目承包商需要一個更高級別的許可系統(tǒng)管理員，負(fù)責(zé)劃分訪問權(quán)限和維護(hù)中央服務(wù)器。所有的工程師只根據(jù)他們指定的權(quán)限登錄并在平臺上操作。BIM管理人員負(fù)責(zé)將結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與其相應(yīng)的構(gòu)建信息模型組件相關(guān)聯(lián)。所有項目專家都應(yīng)以自己的權(quán)限訪問服務(wù)器，獲取數(shù)據(jù)和信息以指導(dǎo)施工（例如利用4D BIM數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工現(xiàn)場的進(jìn)度管理），以及將施工過程中的所有數(shù)據(jù)如實上傳到中央服務(wù)器（例如將實際的進(jìn)度信息上傳到中央服務(wù)器），企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)或項目經(jīng)理可以通過訪問權(quán)限登錄平臺，以查詢實時施工管理數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對施工項目的全面控制。使用PKPM-BIM施工管理平臺，施工管理只需三個步驟即可實現(xiàn)：將建筑信息模型導(dǎo)入平臺，將施工數(shù)據(jù)導(dǎo)入平臺，并將每個數(shù)據(jù)與相應(yīng)的BIM模型組件相關(guān)聯(lián)。毫無疑問，我們基于BIM的管理平臺正在引領(lǐng)一場席卷整個建筑行業(yè)的技術(shù)革命，這個平臺將使建筑管理更加信息化、集成化、可視化和智能化[2]。

3 pkpm-bIM平臺帶來了安全管理的變革

目前，最流行的安全管理都是以基于流程的OA系統(tǒng)的形式進(jìn)行的，其潛在的問題和具體的位置僅僅是通過文字來描述的。通過引入BIM，在安全管理中可以看到重大的變化構(gòu)造。與現(xiàn)有的OA系統(tǒng)相比，我們的PKPM-BIM平臺具有兩個最顯著的優(yōu)勢：一是建筑信息模型的應(yīng)用使建設(shè)者在任何時候都更容易定位，而沒有以前使用的大量文本信息，而對于另一種信息，所有的信息安全都應(yīng)該與結(jié)構(gòu)化構(gòu)件模型和相應(yīng)的項目進(jìn)度相結(jié)合，基于該模型可以實現(xiàn)對每個施工進(jìn)度節(jié)點存在的潛在問題的自動識別和統(tǒng)計。在我們的PKPM-BIM平臺上，建筑信息模型是非常關(guān)鍵的，因為模型使用不同的顏色來區(qū)分特定的安全風(fēng)險位置，并借助列表直接揭示該位置。同時，BIM模型也是信息載體，附加了詳細(xì)的安全管理信息，將全生命周期安全管理付諸實踐。通過在平臺上設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)的安全管理流程，可以實現(xiàn)每個參與建設(shè)的人都應(yīng)該遵守的生命周期安全管理[3]。

平臺上，所有的建設(shè)者都要遵循標(biāo)準(zhǔn)化過程的指導(dǎo)來進(jìn)行施工。在整個過程中，建筑信息模型可以隨時被引用，直接直觀地揭示安全風(fēng)險在解決過程中的具體位置。而以往的OA系統(tǒng)只展示了二維數(shù)據(jù)，而OURPK-PM-BIM平臺將數(shù)據(jù)和BIM模型相結(jié)合，使之更加直觀、可視化，這種方法與BIM相結(jié)合，明顯提高了安全管理的效率，在安全問題的審查和查找中起著重要的作用。在我們的平臺上實現(xiàn)的另一個革命性的創(chuàng)新技巧是，除了傳統(tǒng)的PC終端客戶端軟件之外，我們還開發(fā)了移動終端，這在實際建設(shè)過程中是非常實用的。隨著智能手機和平板電腦日新月異的發(fā)展趨勢，這些工具在建筑施工中也得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)一名建筑工人或主管前往施工現(xiàn)場進(jìn)行安全檢查時，他只需使用帶有APP的移動電話登錄PKPM-BIM平臺即可?？紤]到實際需求，終端主要側(cè)重于信息的附加功能，用戶可以通過照片、視頻和/或文本描述等手段，將安全風(fēng)險信息附加到建筑物信息模型的相應(yīng)組件或位置，這樣更直觀，更易于在移動設(shè)備上操作[4]。

該移動終端還具有簡單通信、分配和互操作功能，基本功能是：互操作-工作地點。另外，請注意，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)站點的信號有時很差，所有的信息數(shù)據(jù)都可以暫時本地存儲，然后上傳到中央服務(wù)器，這樣就沒有更好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境了[5]。

4 幾種常用的施工安全BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1 3D可視化的模擬與預(yù)演

3D技術(shù)是基于施工過程和施工項目的可視化動態(tài)建模，通過模擬整個施工過程，幫助企業(yè)提前確定安全和技術(shù)健康風(fēng)險，優(yōu)化布局和結(jié)構(gòu)。通過建立結(jié)構(gòu)的模型和進(jìn)行結(jié)構(gòu)本身的碰撞檢驗來確定是否存在矛盾。如果能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)了機械布局與專家結(jié)構(gòu)的碰撞，消除了安全隱患，優(yōu)化了施工項目。

4.2 在項目的設(shè)計/深化設(shè)計階段考慮并添加施工安全要素

防墜落、起重構(gòu)筑物、側(cè)門防護(hù)、臨時通道、腳手架、樓梯，在設(shè)計或深化施工階段，應(yīng)綜合考慮并建立臨時移動工作平臺。利用BIM技術(shù)模擬這些對象在使用過程中的動態(tài)施工安全，如現(xiàn)場安裝前、吊架支撐模板確認(rèn)、預(yù)掛仿真、索具或腳手架。BIM技術(shù)在施工現(xiàn)場的安全和監(jiān)管應(yīng)用，可有效識別和隔離危險源和確保施工現(xiàn)場的生命安全。

4.2.1 工廠預(yù)制與安裝模擬

通過工廠預(yù)制降低施工現(xiàn)場工作量，降低有毒（如通過膠水粘結(jié)）有害（如現(xiàn)場焊接）的作業(yè)，減少場地安全管理的科目。構(gòu)件在工廠內(nèi)生產(chǎn)，有較為成熟、完善、標(biāo)準(zhǔn)化的制度、規(guī)程、相對較為熟練的作業(yè)人員及相對標(biāo)準(zhǔn)化、自動化的機械設(shè)備，且實施條件不受氣象、政策及場地規(guī)劃的影響，因此實施安全風(fēng)險較現(xiàn)場大大降低。

4.2.2 對于大型構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝模擬，降低施工成本及工程現(xiàn)場的返工及操作風(fēng)險

大型構(gòu)件往往需要大型的鍛造及成型設(shè)備，需要場地進(jìn)行拼接。而通過BIM及數(shù)字化樣機技術(shù)，可實現(xiàn)大型構(gòu)件的設(shè)計、加工一體化、可在BIM系統(tǒng)中對實施的構(gòu)件進(jìn)行虛擬拼裝，節(jié)省了預(yù)拼裝場地及費用，節(jié)省了實施現(xiàn)場的場地資源。通過數(shù)字化的安裝模擬，落實設(shè)備進(jìn)場次序，優(yōu)化運輸路線及安裝方案，降低實施過程中的工程風(fēng)險。

4.3 臨時安全設(shè)施的4D模擬

因為有些防御工事是臨時性的，它們的安裝和拆卸將在施工階段進(jìn)行，并且該模型在實施過程中不能有效地滿足安全要求，在施工過程中還必須使用4D BIM進(jìn)行保護(hù)，開挖支護(hù)、臨邊洞口及樓梯在安裝扶手臨時保護(hù)問題，施工單位將根據(jù)模擬結(jié)果準(zhǔn)備安全材料，安裝孔欄桿。

4.3.1 基于BIM數(shù)據(jù)庫對接場地傳感器進(jìn)行可視化變形監(jiān)控與預(yù)警

基于數(shù)據(jù)傳輸與交換協(xié)議將現(xiàn)場測試裝置布設(shè)點位的傳感器采集的數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)起來，將監(jiān)控的結(jié)果如應(yīng)變、撓度數(shù)據(jù)傳遞到BIM數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)巡檢及動態(tài)、可視化的監(jiān)控。后臺管理系統(tǒng)基于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，判斷及預(yù)防風(fēng)險。當(dāng)監(jiān)控數(shù)據(jù)超過危險警戒限值時，系統(tǒng)會自動報警并引導(dǎo)工程人員處理。

4.3.2 基于可穿戴設(shè)備的安全管理

數(shù)字化設(shè)備把建設(shè)者的行為數(shù)字化，普通的可穿戴設(shè)備都有便攜式傳感器和與傳感器相關(guān)的數(shù)據(jù)終端，該終端將加載到云端，與BIM控制平臺對接，并集成到控制系統(tǒng)中。

4.4 場地定位、監(jiān)控

常見的基于穿戴設(shè)施或芯片的現(xiàn)場定位手段有藍(lán)牙、wifi 基站、GPS及無線射頻技術(shù)等。一般在露天開放的區(qū)域進(jìn)行場地定位較容易實施，而在地下設(shè)施，由于受制于電磁屏蔽或信號干擾、場地施工階段的演化，這些定位設(shè)備往往無法有效發(fā)揮全部的效能。需要通過常規(guī)手段和臨時措施結(jié)合方能取得較好的效果，具體的技術(shù)手段不作為本書的討論領(lǐng)域。

4.5 基于云及移動平臺的安全管理（驗收）制度

如上所述，基于云端和移動終端的施工安全管理是對傳統(tǒng)安全管理體系的技術(shù)補充，能有效發(fā)現(xiàn)工作場所安全檢查系統(tǒng)的盲點。它的管理特點是暫時性的，具有本地化性質(zhì)，而結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義，可以追溯存檔，實時管理通過安全控制表單進(jìn)行，在焊接前，可以確保安全，避免因不安全引起的火災(zāi)，避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。

5 結(jié)語

在BIM平臺上，一旦安全問題被輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)就能夠根據(jù)其原因自動識別和分類問題。這將有助于施工人員評估問題的嚴(yán)重性和緊迫性，并更好地認(rèn)識到哪些問題需要第一時間得到解決，哪些問題沒有得到解決，從而使建筑工地變得更容易解決。