BIM技术在建筑施工安全管理的应用探索

夏川

（华润置地(上海)有限公司）

1 引言

传统建筑施工安全管理多以文件及说教等方式传递信息，内容枯燥且可视化程度低，信息传递效率低下。而BIM技术引入到建筑施工项目策划、设计、建造、运行和维护中，以高度信息集成的模型为载体，进行信息共享和传递，使工程人员对各种建筑信息正确理解和高效应对[1-2]。笔者详细分析了传统安全管理存在问题，将BIM技术应用到建筑施工安全管理中，分别在安全施工方案设计优化、危险源前置管理[3]、清单化管理、沉浸式可视化培训、多专业协同动态安全管理和安全管理信息集成等方面，进行应用思路阐述及案例说明，达到安全管理的阶段前置、内容扩展、风险预判和效率提升的目的。

2 传统安全管理的问题

传统建筑施工项目安全管理多以下发文件、开会、现场检查和口头教育为主，但在前置动态管理、培训效果等方面管理方式单一[4]，缺少有效的管理工具[5]，存在以下管理问题或难点：

1）施工方案制定中不合理

施工方案难以综合考虑进度、安全、质量管理三要素相互影响，带来预料不到的安全风险，在实施阶段暴露该安全风险，势必影响安全生产、进度及成本。

2）施工方案落地困难

各专业孤立的方案在执行过程中，在实际存多专业交叉作业复杂情境下，各专业相互制约和影响凸显，造成各方案的措施难以实施，安全措施无法有效规避安全风险。

3）危险源前置管理少

危险源辨识对于人员经验和能力要求极高，安全人员难以凭空预估未来所有危险源，辨识遗漏势必造成部分危险源管理缺失。

4）动态管理工作量大

施工现场安全设备设施数量庞大且处于时刻变化状态，统计清单不准确且花费大量管理精力，安全管理难以实现分门别类精细化管理。

5）安全教育培训效果低

安全培训往往通过说教式传达安全要求，内容枯燥不易体会，未能结合未来现场具体场景来生动阐述，造成培训效果不佳，难以深入到安全意识层面。

3 BIM技术在安全管理中应用思路

BIM技术是应用于建筑全生命周期3D数字化技术，对各设施物理和功能特性的一种数字化表达，实现在生命周期内的知识资源共享，建立和完善建筑信息化模型，各参建方可以根据各自职责对模型插入、提取、更新和修改信息，以支持项目管理各类需要。通过讨论研究，将BIM技术应用于建筑施工安全管理，对提升建筑施工安全管理有以下意义：

1）施工方案设计优化

BIM技术通过建立模型，在三维虚拟空间中提前对方案进行安全风险分析，论证施工各类假设情境的优劣，对方案优化调整可发挥重要作用[6]。

2）危险源前置管理

BIM技术可将危险源置身于虚拟场景中分析，进行危险源自动搜索、识别，极大方便了危险源前置管理。

3）清单精细化管理

BIM技术的强大的模型数据统计，可快速导出安全设备设施的清单，对于物料计划提请和安措费计算十分便捷高效。

4）沉浸式可视化培训

BIM模型可以形象地展示施工场景的安全风险，可视化的安全要求和标准生动有趣，易于理解和接受，能够让施工作业人员亲身感受，从而达成安全共识，培养良好的安全意识，指导现场作业行为。

5）安全管理信息集成可视化

BIM信息化平台可利用可视化构件或者设备设施作为数据载体，将模型和管理数据有机关联，实现信息集成可视化，充分利用和挖掘安全管理信息价值[7]。

4 工程应用

4.1 施工方案辅助设计

BIM模型可用于对施工方案辅助设计，通过构建三维空间设计结构模型，在三维空间中对施工措施进行优化调整，模型可方便导出平面施工图，最终形成清晰直观的方案和交底内容，有利于施工方案在制定和应用阶段的传达。

1）高支模排架方案设计

通过建立结构模型、按照规范初步设计、进行受力分析计算、建立排架模型等步骤，持续完善高支模排架方案和提高安全技术交底的针对性和效果，并进行交底实施。

例如：利用已有建筑结构BIM模型，输入初步设计参数，调整满足规范要求后生成排架模型（见图1），制定方案并进行安全技术交底。

图1 形成排架模型

2）安全设施一键出图

在施工前，通过BIM技术对安全通道等进行三维建模，深化出图后指导现场施工。

利用已有建筑结构BIM模型，深化设计提升式脚手架模型（见图2），一键导出CAD 施工图，最终指导现场落地实现。

图2 提升式脚手架模型

4.2 危险源前置管理

危险源通过原有结构模型中，进行情景下的充分高效识别，并提出相应对策。

例如：主体阶段临边洞口数量较大，材料计划统计较为繁琐，通过BIM模型对结构存在的临边洞口进行自动识别，结合标准化的防护材料进行规划，快速统计各类型临边洞口，各类尺寸设置不同的防护形式。利用已有结构模型，输入洞口搜索条件形成，对塔楼的标准层进行自动识别搜索（见图3）。

图3 结构模型洞口自动搜索

4.3 清单精细化管理

BIM模型可以快速统计模型中特定属性构件或设施，便于清单化管理。

例如：边洞口通过模型快速识别之后，匹配部署相应的防护设施（见图4），最终确定防护的进料清单，同时也是安全文明措施费支付依据。

图4 临边洞口防护部署

4.4 沉浸式可视化培训

BIM模型通过外部设备可以实现沉浸式可视化培训，在施工实施前向各类人员培训交底中十分奏效。

例如：VR可通过VR眼镜沉浸式观看模型，AR可实现通过移动终端将BIM模型跃然纸上（见图5），两种体验方式能够极大提高安全教育培训的效果。

4.5 安全信息集成可视化

利用BIM模型结合协同平台，将模型中嵌入多种施工过程的信息，实现信息高度集成和可视化。

图5 AR增强现实成像

例如：现场安全设备通过二维码扫描跳转至对应构件/设备模型，关联该构件/设备模型所有关联表单和历史问题数据，现场巡查发现的安全问题，通过移动端将安全检查标准清单与BIM模型进行关联，可以很好的还原问题的发生地点及对象，通过线上进行问题跟踪整改处理，实时信息传达各方，持续追加和跟踪历史数据（见图6）。

5 结语

图6 BIM模型结合协同平台发布问题

BIM技术可为建筑施工安全管理提供多方面的技术支持，模拟项目未来任意场景，提前预判安全风险点，既能对施工空间管理理论和技术深入研究和探讨，也能指导现场一线施工。而施工方案优化可以避免沉没成本的发生，管理水平与工作效率的提升势必会带来经济效益的增长。 BIM模型在安全管理中多方面的应用可以有效改进传统安全管理模式，提升建筑施工项目的安全管理状态。