建筑工程施工安全管理中BIM技术的应用研究

2020-03-08杨宏伟

工程技术研究 2020年8期

杨宏伟

（中铁城建集团第一工程有限公司，山西太原 030024）

社会的进步和人们生活水平的提高，给建筑物在功能和形态上提出了更高的要求，随着建筑数量的增多，一些高层、大体积的建筑在城市中逐渐涌现。建筑结构复杂、施工环境不稳定、施工人员技术低等因素给建筑工程施工的安全管理带来了一定难度，导致安全事故频发。

工程施工安全管理属于一种动态的管理，其中涉及施工中的人、物、状态、环境等管理和控制。施工安全管理主要是企业通过采取安全管理规划、指导和决策等，确保在生产过程中保持安全的状态。BIM技术以三维数字技术为基础，具体包括建设项目的整体规划、设计、施工、实际运营以及各个环节的建筑结构、成本、质量、进度等，目的是让信息实现共享，同时构建统一的数据源，确保信息在传递过程中的及时性和准确性，从而实现信息的协调管理，防止出现因沟通问题而给企业造成经济损失。

1 BIM技术概述

BIM也称作建筑信息模型，主要是针对建筑工程项目中所有数据建立三维信息模型，采用数字化信息技术建立共享平台，仿真的建筑工程就会在施工前事先得以实施。BIM技术被广泛应用在建筑行业，主要是因为其不仅具有模拟化、可视化的特点，同时还具有动态化的优点。现代建筑在结构上通常比较复杂，建筑中相关的数据很多，如果不采用先进的科学技术和设备，无法将信息有效地集成，进而给整体规划、施工和运营带来影响。另外，在整个工程项目从方案制定到实际运营维护等各个环节，都需要利用BIM技术将信息集成，并传输到三维模拟数据库中，施工单位、设计单位和运营维护单位等都是通过BIM技术建立的共享平台针对整个建筑工程项目的各个环节采取实时的掌握和监控。由于建设工程施工安全管理的复杂性，在施工安全管理上应用BIM技术，可以给施工管理人员提供有价值的信息和可视化平台，结合具体施工进行实操模拟，将传统的安全管理模式优化，让管理的难度降低，防止人力、物力的大量浪费，提升建设工程效率，保障建设工程项目质量。

2 BIM技术的优势

2.1 可视化

BIM技术具有可视化特点，可以用来构建建筑信息三维数据模型，并通过可视化手段提高设计方案的水平，提升施工方案的可操性，让工程建设过程更加科学、合理。与此同时，建筑工程安全管理人员利用BIM技术的可视化，可以随时掌握建筑施工安全管理中出现的各种问题，做到及时并准确地查找场地内的危险源，提高现场管理人员安全隐患排查能力，让施工人员的人身安全得到保障。

2.2 协调性

现阶段，随着建筑工程的不断增多，规模不断扩大，异形复杂结构逐渐涌现，增加了工程施工难度。同时，建筑工程所涉及的内容较多，属于综合性工程，其中包含的学科和专业较多，具有施工周期长、施工技术复杂等特点，这样就需要进行建筑全生命周期的整合和协调。建筑工程施工管理在各项要求上比较高，需要管理人员掌握每一个阶段的安全技术，同时，针对施工中存在的安全风险要提前制定出解决方案，防止出现安全事故。另外，采用BIM技术，可以让施工中每一个工种的人员都可以进行有效的沟通，从而提高建筑工程施工整体效率，提升项目安全管控能力。

2.3 模拟性

在整个建筑工程施工中每一个施工环节都可以应用BIM技术，目的是进行动态模拟，给管理人员在建筑工程施工过程中遇到的安全隐患和问题提供准确的信息来源。通过分析和模拟数据，让管理人员在制定应急预案和安全管理方案上有参考的资料，增强方案制定的可操作性和针对性，降低工程施工安全事故发生概率。

3 BIM技术在建筑施工安全管理中的应用

3.1 施工现场平面布置

建筑工程施工不同阶段容易受到地形、四周环境和天气等方面的影响，给施工现场平面布置设计带来了很大难度，因此在工程建设过程中，施工现场平面规划需要科学、合理地布置。传统的平面布置方法是采用CAD软件画图进行现场场地二维平面布置，这样的二维布置只能对现场进行粗略的布置，无法应对复杂多变的施工现状，在实际施工中会出现很多问题，如物料的存储和堆放、临时设施的搭建会出现反复搬运、倒运等，增加二次搬运费及人工费。而采用BIM技术进行场地的三维动态布置则可以有效解决二维布置带来的不便，施工现场对应部位应该摆放什么东西、楼层哪个位置需要做防护、外架需要怎么搭设、企业的宣传应该设置在什么位置等都可以采用BIM技术解决。另外，在外脚手架的搭设前利用BIM技术建立外脚手架模型，可以防止脚手架和结构之间出现冲突；优化消防、空调、安装工程等各专业设计图纸，防止出现不必要的管线碰撞；检验设计图纸是否合理，并及时进行设计优化，避免影响施工进度，提升施工质量。

3.2 在施工场地立体规划

施工场地立体空间要进行合理的规划和划分，才能降低安全隐患，给后续的施工管理提供便利，同时提升经济效益。采用BIM技术可以按照施工方案动态模拟施工过程，提前设计机械行进的路线和施工人员的活动范围，防止一些不确定因素影响施工。在模拟过程中针对施工场地采取BIM动态布置，可以有效地控制场地空间配置。以三维塔吊安全管理为例，施工现场会布置很多塔吊共同作业，塔吊会由于半径过大、多塔交叉作业的原因发生碰撞问题，为此，首先要确定塔吊的回转半径确定，然后在施工现场利用三维信息模型布置不同型号的塔吊。利用BIM动态模拟技术，可以在施工现场相应的位置提前设置好塔吊的位置，然后将塔吊进行动态旋转，一方面观察塔吊的覆盖范围符不符合施工要求，另一方面观察群塔之间会不会发生碰撞，确定出塔吊的详细位置以及顶升的相互时间顺序，最终形成实施性较强的塔吊方案。通过BIM动态模拟技术还可以模拟四周的建筑物和电线之间的安全距离。

3.3 实现4D仿真模拟

随着建筑行业不断发展，建筑的数量和规模不断增加，给建筑施工安全管理增加了难度。要想让建筑工程有序地开展，监控施工中每一个环节，降低安全隐患，预防安全事故，降低经济损失，就需要利用BIM技术中4D施工动态模拟技术模拟施工的过程，尤其针对施工中的重点节点，实现多视点的模拟动画，给施工质量、安全管理提供有效的参考。在模拟建筑结构中采用4D仿真分析技术针对变形状态和力学性能采取分析，给施工安全奠定基础。如利用BIM技术的上传功能可以实现对现场安全隐患的实时监控，并将发现的安全隐患问题传到BIM模型上，在模型上可以监控隐患是否处于受控状态，做到心中有数，极大地降低了安全事故的发生概率。还可以通过BIM模型对施工现场的危险区域进行管理，在BIM模型上设置好施工现场的危险区域并结合红外线的功能，当作业人员闯入危险区域后会自动报警，这样可以对危险区域进行更有效的管理。另外，结合4D技术、BIM技术针对易产生变形的结构进行分析、监控，及时捕捉危险状态，并采取有效安全措施，规避安全事故的发生。

3.4 虚拟应急逃生

通过BIM技术，建立建筑物三维实体模型，在施工作业过程中，遇到脚手架垮塌、火灾事故、模板支撑体系垮塌等紧急危险状态时，管理人员可以通过指挥动画里虚拟人物进行逃生演练。传统的应急演练都是事先编制预案，按照方案来进行场地准备、人员培训、开展演练活动，这种模式在演练过程中会出现很多不可预见的危险因素，不利于演练活动的开展。而通过BIM的虚拟应急逃生功能则可以避免这个弊端。利用BIM技术可模拟性的特点，搭建施工现场应急演练的场景、设定疏散人员和设置演练障碍物，即可将应急预案的文字说明转换成三维动态的模拟方案，方便查找过程演练的不足，以便及时对预案进行调整，使得演练方案更具有实际的操作性。

3.5 立体安全技术交底

传统的安全技术交底仅仅是通过一纸文书给施工作业人员进行讲解，起不到好的教育交底效果。通过BIM技术的三维动态交底则可以有效解决这个问题。以脚手架安全技术交底为例，传统的脚手架安全技术交底只能通过CAD图纸标明杆件的间距、尺寸，搭设人员容易出现理解不深、记忆模糊的情况，导致现场落实与交底不一致，埋下安全隐患。通过BIM技术，可以使施工人员立体感受杆件搭设的先后顺序、位置、尺寸要求等，效果更明显。另外，在工程施工前，利用BIM可视化技术提前进行危险源识别、动态施工模拟，做到充分了解施工现场的安全生产情况。在对施工作业人员进行安全技术交底时，可利用BIM可视化技术进行三维动画交底，并且还可以利用BIM技术制作出安全操作规程的动画演示，生成二维码张贴于作业现场，作业人员只需扫码即可实时观看正确的操作流程。通过这种方式，一方面使得管理人员工作量减少；另一方面可以提升施工人员安全意识，起到更好的教育效果。