BIM 云技术在建筑施工安全管理中的应用

2020-07-27肖木峰XIAOMufengLIBoQIHang

住宅科技 2020年7期

■ 肖木峰 XIAO Mufeng 李波 LI Bo 祁航 QI Hang

0 引言

近年来，BIM 技术在建筑领域的应用越来越多也越来越成熟，特别是在建筑工程施工的安全管理上。目前，BIM 有3 种应用模式：①私有级的BIM，用户在购买相关BIM 软件后，可在自己的终端上对BIM 信息进行处理、查看和修改模型，且相关数据由个人储存并维护；②企业级的BIM，企业拥有一个集中储存和管理模型信息的终端平台，且企业内的每个用户依然拥有自己的终端；③在云技术和BIM 技术的结合下，出现了第三种基于云技术的BIM，可以向每个用户(包括个人和企业)提供有关基于云的BIM 服务平台，让各参与方、各专业BIM 模型的集成交互和协同管理更加便捷。本文将围绕BIM 云技术的应用展开讨论。

1 现阶段BIM 软件使用时发现的问题

1.1 不同BIM 主流软件有不同的模型数据格式

如表1 所示，目前使用的这些主流BIM 软件由不同公司开发，软件储存格式完全不一样，且相互之间的转换比较困难，这就对不同软件之间的数据传递和交互产生了一定的难度，使得建筑设计模型在兼容上存在一定的不足；而BIM 在协同工作时，缺乏一个共同的数据处理方法，也使信息交流变得困难。

表1 主流BIM 软件

1.2 信息量庞大

使用BIM 软件时，会产生庞大的数据和信息量，特别是在施工阶段，其数据文件大小可轻松达到几十个或上百个GB。由于BIM 软件与计算机硬件的远程操作至关重要，需要为个人或企业客户端配置昂贵的高性能移动工作站或桌面计算机；即便如此，当用户需要开启多个BIM 文件时，也是困难且不便的。在澳大利亚，相关人员曾运用类似DMS(文件管理系统)的方式来解决此类问题：将BIM文件传至服务器上共享，用户可依据权限上传和下载此文件。

1.3 信息安全难以保证

从安全角度来看，目前的BIM技术是以数字化及可视化技术作为信息整合管理开发的技术，需要在多样化的信息参与者、不同部门和不同案件的同时操作下，提供许可授权与防火墙。因此，当前面临的主要挑战之一，就是如何在安全条件下，快速、准确地取得许可信息，进行实质性工作。

2 BIM 云技术和BIM 云平台的优势

2.1 降低BIM 硬件投入成本

从勘测到设计，再到施工，甚至到后期运营管理，当项目全过程使用BIM 技术或者软件时，就会产生大量的数据，相应地，对计算机存储和计算分析能力的要求也更高，再加上版本升级和新增功能，迫使用户在硬件上投入的成本越来越多；而BIM 云技术能够很好地解决这一问题。在云技术的基础上，通过将BIM 数据虚拟化处理并转化为虚拟化储存，可以提升原有计算机或服务器的计算能力，不会造成投入浪费。用户将数据等资源储存到云端后，在BIM 云平台中运用云计算强大的数据处理和计算能力，可以快速计算、处理和分析数据，反馈给客户。

2.2 加强项目各方之间的协同工作

协同工作是指多个主体针对同一目标进行协调工作的过程和能力。对于建筑工程，项目能否高效、顺利地完成与协同工作有直接关系；而参与此项目的人员、多个单位、多个专业、多个利益相关方加上项目地点分散等，对协同工作的展开造成了一定的困难。基于云技术的BIM 可以形成一种新的沟通模式，降低各项目参与方之间协同工作的难度，使项目各方用同一BIM 模型进行沟通交流。任何一个参与方在对BIM 模型进行修改后，其他参与方也能实时看到修改的内容，进而对己方工作内容做出调整（图1）。

2.3 提高信息实时共享效率

运用云技术，项目管理方可以把与项目有关的文件和模型信息上传到云端，结合一个统一的模型和相关文档，各参与方可在此基础上进行交流，将现场施工和模型修改的信息都反馈给BIM 云平台并及时进行调整，从而保证各参与方能够方便、安全、准确、高效地共享工程信息和交流，最大限度地减少传统信息沟通方式中准确性低和效率低的问题[1]。

2.4 BIM 技术使用更加便捷

云技术改变了传统使用BIM 系统的方式。用户在没有安装相关BIM软件的情况下，可以通过浏览器或其他客户端系统使用BIM；BIM 软件提供的所有功能BIM 云系统同样都能提供。同时，使用移动终端的BIM 系统可以随时随地查看、编辑和注释建筑项目。每个项目的参与者可以通过自己的手机或平板电脑等移动设备，轻松地登陆和浏览云平台工程模型和审批情况，标记和沟通与模型相关的文件，从而为跨专业和远程办公协作提供了极大的便利[1]。

2.5 加快软件运算和数据处理的速度

图1 云+BIM 系统模型

云技术最大的一个优势就是云计算能力。在建筑工程项目中，运用BIM 技术可能要处理大量数据，通过计算、分析得出最优方案，或者降低安全事故发生的几率，这些数据如果只是单人或者单台终端来处理，工作量大且速度慢，通过云计算则能够比较快速、高效、准确地对数据进行处理。

3 BIM 云技术在建筑项目安全管理中的应用

在整个项目中，所有参与方产生的BIM 模型、数据和其他一些资料都在同一个BIM 云平台上，每一个参与单位根据不同的工作内容，拥有相应的BIM 云子平台，如BIM 项目设计子平台、BIM 政府审批子平台等（工作原理类似于软件中分图层）。在施工管理的子平台中，创建一些信息或数据库来采集施工前和施工时的数据信息，并对数据进行处理和分析，以指导施工（图2）。

3.1 项目流程中的协同工作

在项目流程中，各工作单位把自己处理的数据、模型等传输到BIM云平台上，实时更新，各单位数据共享，达到协同工作的目的。很多传统建筑项目中的各参与单位彼此之间比较独立，或者联系不是很密切，一旦发现问题，需要联系相关单位进行沟通和处理，且一处的改动可能会牵连很多处，各方联系速度慢且效率低。通过BIM 云平台可以很好地解决这个问题。在施工中发现问题后，将问题通过子平台传输到项目的BIM 云平台；待云平台识别需要修改的内容后，再发送到相关单位的子平台；修改完成后，云平台会将项目所有的数据进行更新（以修改后的为准）。若之后其他相关单位也需要对数据或模型进行改动，BIM 云平台也会发送相应的信息，待所有单位修改完毕后，再传输给施工单位。

3.2 风险源数据库

（1）通过BIM 云平台中的风险源数据库，可收集以往工程安全事故的案例及事故原因，并对数据进行处理和分析。从网上或通过其他的一些途径找到以前发生安全事故的案例，然后传输到BIM 云子平台中进行分类（可以根据事故发生的原因如人工事故、机械事故或材料不合格等分类），加以统计后，分析即将开始的施工项目是否存在类似可导致安全事故的因素，再反馈给施工单位。施工单位可根据反馈过来的结果对施工方案进行调整；同时，可以组织施工人员学习以前的安全事故案例，以达到提前警示的作用。

（2）利用BIM 模型对施工过程中的管线碰撞、机器移动等进行模拟，将可能导致安全事故的数据传输到BIM 云子平台中进行集中分析和处理，分析事故原因（是设计因素、机器操作错误或是其他原因）后再反馈给施工单位，以便能根据结果做出相应反应。如果得出的结果是设计因素，施工单位将结论传输到项目BIM云平台后，设计单位会做出相应的修改；如果是机器操作因素，则将相应的数据给操作人员看，以达到提醒的目的。

3.3 实时建筑数据库

图2 BIM 云技术项目安全管理基本框架

尽管BIM 软件可以通过建立模型对项目进行模拟施工，但在实际施工过程中，或多或少会与模拟时有一定的偏差，不能百分百达到与模拟施工相同的结果，这种情况下，发生安全事故的几率也会有所增加。通过对项目施工部分的测量和检查，将施工现场采集到的数据传输到BIM 云子平台中，把实际数据与模型中的数据进行对比，并将模型中的数值修改成实际采集得来的值；再分析其是否会产生安全事故，如果会，则必须在实际中对此处进行修改。这样可以降低由于实际施工与理论模型产生误差而引发安全事故的风险[2]（图3）。

3.4 BIM 5D 施工模型库

利用BIM 软件可视化和模拟施工的优势，先把要进行施工的模型建造出来，再在BIM 软件中对施工过程进行模拟。在这过程中，可以把工程计划施工这段时间的气候状况（可以是以前的平均数据，也可以是预报）等数据引入到模拟施工过程中，分析气候状况对施工安全性的影响，得到可能引发安全事故的风险源数据，并传输到BIM 云平台进行处理和总结；然后，对施工方案进行优化，并指导施工人员在实际施工中不同气候状况下应注意的事项，以规避风险（图4）。

3.5 工人实时体征信息库

图3 施工现场实时数据采集验证

图4 模拟施工

目前，建筑工程施工的主体依旧是建筑工人。每天高强度的工作使他们的身体承受了极大的负荷，一旦身体支持不住就可能发生安全事故。在实际施工中，可以向工人发放功能类似Apple Watch 或比Apple Watch 功能更强大的手表、手环或其他工具，以实时监测他们的基本体征数据，并将每个人的数据传输到BIM 云平台进行分析和处理。在BIM 云平台中，对各项体征数据设定最低安全值或最高安全值（一些数据越高越危险），一旦低于或超过这个安全值，立即向监管人员和工人本人发送警告信息，并立即停止工作，避免发生安全事故。