基于BIM技术的建设项目施工安全管理研究

姜安民，董彦辰，刘霁，刘可定，李旋，3，姚静

(1.湖南城建职业技术学院 管理工程系，湖南 湘潭 411100；2.中南林业科技大学 土木工程学院，湖南 长沙 410004；3.长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114)

随着国家经济的不断发展，建筑业也得到了很大促进.较于其他行业，建筑业危险性较高，施工阶段尤为突出，建设项目施工安全问题一直是学者们研究的重点，并取得了一定的成果.如：杨莉琼[1]等，对BIM技术在高铁站房施工安全控制中的应用进行研究，并指出了应用BIM技术在发现及预防安全隐患中的一些优势；刘剑兴[2]基于BIM技术，对危险源控制、安全管理与安全教育三个方面进行了探索研究；杨大帅[3]对BIM技术在某群体工程施工安全管理中的应用进行研究，并结合工程实例进行分析，指出了BIM技术的适用性；谢尊贤[4]等，基于BIM-GA-BN构建了养老社区施工安全评价模型，并在实际工程中加以运用，找出了施工安全管理中存在的薄弱环节；齐宝库[5]等，同样基于BIM技术对施工现场安全管理进行研究，并指出该方法可以有效地解决施工过程中的工艺冲突及危险源的安全管理等一系列问题.本文通过查找相关文献、资料对基本理论进行阐述，基于前人研究，对融入BIM技术的建设项目施工安全管理流程进行设计，并指出了本研究中存在的不足及对后续研究的展望.

1 BIM技术在建设项目施工安全管理中的适用性分析

1.1 相关概念

(1)BIM技术

BIM(Building Information Modeling)，译为建筑信息模型，即采用数字模型表达传统设计与施工的平面信息，从决策、设计、施工、运行维护到拆除的整个寿命周期，可以通过该模型实现数据的传递共享，该项技术有着可视化、可出图、可模拟、可协调、可优化等特点[6-7].BIM技术最早源于美国，由美国学者Charles Eastman提出了“建筑的描述体系”的概念，此概念的提出是BIM技术诞生的重要标志[6].

(2)施工安全管理

建筑企业施工管理过程中，施工安全管理是十分重要的一部分.施工安全管理是政府部门与施工企业采用技术及管理手段，以确保项目施工安全为目的而进行的一项管理工作.施工安全管理是一种动态管理，其管理的对象包括施工过程中涉及的人、物及环境等方面.微观与宏观是施工安全管理所包括的两个层面.本文主要研究微观层面，即基于国家的法律法规和技术标准，建筑施工企业运用各种方法手段，对生产过程中的安全状况，实施有效制约的一切活动[8].

1.2 BIM技术的适用性分析

(1)BIM技术有着可视化、可模拟及可优化的三大特点

三维可视化是BIM技术的一个重要特点，进行安全管理，识别危险源的过程中，在显示与描述危险源时通过融入BIM技术，可以让危险源变得更加直观；同时，BIM技术具有模拟性，在模拟施工作业过程中，危险源很容易直接暴露，显现出来；动态性及可优化性同样是BIM技术的重要特点，危险源在施工过程中的动态变化过程可以通过BIM技术进行演示，施工过程中可能发生的状况能更好地反映出来，以便于不断优化和改进安全管理的整个过程.

(2)BIM技术可以搭建项目信息共享平台

能否妥善协调项目参与各方，是影响建设项目施工安全管理好坏的一个决定性因素.在协调过程中，各参与方交流的顺畅程度，主要受信息传递的时效性与信息能否共享两方面因素决定.BIM的功能不仅仅局限于三维建模，其更重要的功能是提供了一种合理地分享数据的方法，为集成数据的分享提供了一个平台.在安全管理的过程中，来自参与各方的信息交错复杂，同时呈现出阶段性、多元性.BIM技术能够将各方信息进行整合，实现项目信息参数化，在个别信息变动后可以实现联动，避免了因信息传递问题所带来的安全隐患.

(3)BIM技术的融入是建筑业发展必然趋势

BIM技术的融入对建筑业影响较大，带来了机遇的同时也面临着新的挑战.在建设项目管理过程中，安全管理至关重要，BIM技术在建筑业中的融入必然会渗透到安全管理的方方面面.如何将BIM技术科学合理地应用到建设项目安全管理过程中，是人们应该思考的重要问题之一，在安全管理中积极采用先进的信息技术，可以实现安全管理与信息化发展同步进行.

2 基于BIM技术的建设项目施工安全管理流程设计

综合考虑BIM技术特点，同时归纳总结前人研究[1、3、5、9-15]，对基于BIM技术的建设项目施工安全管理流程进行设计，见图1：

图1 基于BIM技术的建设项目施工安全管理流程

2.1 BIM建模

(1)基于BIM的3D建筑模型

目前，BIM建模软件主要涉及建筑、结构、机电、管线及场地规划几个方面.在建筑、结构等领域应用较为广泛的主要为Autodesk公司基于BIM技术研发的软件Revit.运用BIM技术建立3D建筑模型的基本操作如下[6]：

开始建模→楼层线与网格的创建→CAD文件的导入→柱、墙、梁、板等构件的创建→门、窗、楼梯等构件的创建→雨遮、栏杆、阳台→立体模型彩现→结束BIM建模.

(2)基于BIM的场地布置模型

依据施工现场的实际情况，运用Revit软件对施工场地进行三维建模，模型将直观地对建筑、材料堆放处、钢筋加工场、道路及临近建筑等进行展示，同时也应包括安全距离、防火距离等信息.最后进行漫游模拟，基于Navisworks软件完成，并生成分析报告，及时发现并改进场地布置中存在的问题，重复模拟，直到满足要求为止.

2.2 BIM安全信息模型

(1)施工模拟

在一些项目建设过程中，常常因项目的庞大及施工场地的局限，导致施工组织设计异常复杂.引入BIM技术后，整个设计与施工方案之间的合理性可以借助施工过程模拟来实现，即BIM的虚拟施工技术，同时施工进度计划是否科学也可以得到验证.在模拟施工过程中可以发现一些问题，如存在冲突、碰撞等，可以及时修改设计方案，加以应对.通过反复施工模拟，发现并解决问题，为建设项目的施工安全提供了重要保障.基于BIM技术的施工模拟具有可视化的特点，工程信息可以很直观地展现在项目管理人员面前，能够及时发现施工过程中存在的安全隐患，可视化的信息更便于沟通与解决问题.在施工工程中，深基坑、高大模板及脚手架等处存在着较大的安全隐患，可以通过BIM动态施工模拟对特殊部位重点进行检查，及时发现问题并采取措施加以应对.

(2)虚拟漫游

运用BIM软件建模，应在建设项目施工之前完成，借助建筑信息模型可以对项目的整体情况有大致了解.然而，简单的三维模型有很大的局限性，已不能满足人们感官上的需求，介于此，人们将BIM和VR技术结合使用.VR即Virtual Reality的缩写，译为虚拟现实，采用计算机创建一个三维虚拟世界，可以通过模拟让使用者在视觉、听觉、触觉等方面加以体验，让使用者有身临其境的感觉.运用VR技术后，增强了人们感官上对建设项目的认识，能深刻体会到整个施工时的状态，参与各方都能对整个施工过程中存在的不足有新的认识并做好防范.

(3)安全分析

①基于BIM技术的安全培训

BIM技术有着可视化及信息储备量高两大特点，适用于施工现场人员安全教育培训.基于BIM的3D建筑模型、场地布置模型、施工模拟及虚拟漫游，可以加快施工人员对作业环境的了解，降低人身伤害发生的概率.通过虚拟施工及虚拟漫游可以让施工人员有身临其境的感觉，便于发现施工过程中潜在的风险.同时，传统的安全教育形式较为枯燥，个别公司将视频或动画融入到公司的安全培训中，但普遍针对性不强，不能反映拟建项目的实际情况.运用BIM技术后，带有信息模型的图片和视频文件可以很方便的获取，通过处理加工后，可以作为公司安全教育数据库的重要资源.结合项目的图片及视频资源进行安全讲解，可以使培训变得更加生动，通过对危险源的生动讲解可以避免一些违规操作的发生，提高了施工人员的安全警惕性.

②基于BIM技术的安全防护措施

在项目实施前首先应对主要危险源进行识别，划分事故类型并找出可能发生部位，制定防护措施，基于BIM技术进行安全性检查，并对防护措施做出改进，具体流程见下图2：

图2 基于BIM技术的安全防护流程

3 结论与建议

安全问题长期以来阻碍着我国建设项目施工的健康发展，对其研究有着重要的现实意义.本文对BIM技术在建设项目施工安全管理中的适用性进行分析，从BIM技术的主要特点、BIM技术搭建项目信息共享平台、BIM技术的融入是建筑业发展必然趋势等三个方面进行阐述，得出将BIM技术应用在建设项目施工安全管理中适用可行的结论.

基于BIM技术的主要特点并参考相关文献，对基于BIM技术的建设项目施工安全管理流程进行设计.首先，结合施工组织设计及相关资料建立3D建筑模型及场地布置模型；其次，建立BIM安全信息模型，进行施工模拟、虚拟漫游及安全分析；最后，结合施工模拟情况进行施工优化，通过虚拟漫游增强施工人员对施工过程的体验，基于BIM技术对安全防护措施进行改进.

本研究主要基于理论层面，对BIM技术在建筑施工安全管理中的适用性及具体操作流程进行论述，在后续研究中应在深化理论研究的基础上，将基于BIM技术的建设项目施工安全管理流程广泛地在工程中加以运用，以便更好地为建设项目施工安全管理服务.