BIM 技术对高层建筑施工安全预警的研究

罗人蜜

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

0 引言

我国城市建设范围正在不断扩大，随着城市建设规模的扩张，城市用地紧张，土地资源不足的现状日益显著。首先是农村人口向城市地区的大规模转移带来了城市空间需求的急速上升；其次是城市规划内容不断丰富，用地种类繁多带来的城市用地紧张[1]。高层建筑具有空间集约化运用的优势，是城市建设的优选用地规划策略。同时高层建筑的施工过程中存在较多问题，诸如安全系数、高空耗材、施工难度等，这些问题都是阻碍高层建筑进一步推广、提效的关键因素。应用BIM 技术能够将预期计划的方案策略与实际监测的数据结果相结合，预警可能发生的危险和隐患，从而做到有效的危险排查，提高工程实施的安全系数。

1 高层建筑工程安全隐患

高层建筑的施工过程较为复杂，程序较多，因此施工过程中存在的安全隐患较多，加大了施工难度。主要危险因素有以下几种：

（1）高空物体坠落。高层建筑的施工建设有一半工作都是通过高空作业来完成的，因此高空物体坠落带来的安全隐患系数较高。高空作业的危险性加上施工队伍工人的流动性，这就造成了一个危险频发的现场环境[2]。在物理原理作用下，高层重物掉落会导致严重的伤亡事件风险，如果没有相应的防护措施，高空坠物隐患带来的是不可逆的人身伤害。对高层建筑工程作业来说，高处的作业量大，工作物料较多，工地本身就属于密集型事故多发地，排除高空坠物隐患就显得尤为重要。高空作业造成的危险会导致较为严重的人员伤亡和财产损失等，而且此类危险事件发生的频次较高，合理规避此类风险对于高层建筑工程来说十分重要。

（2）局部塌方事故。和一般高度的建筑物相比，高层建筑的架空、层高、负重三方面特征为其施工过程带来了难度和危险系数。施工所需的人工、物料都给工作带来了较大的重量负荷，因此局部塌陷的危险事故更容易发生。施工作业现场一旦发生坍塌事件不仅会造成大量的人员伤亡和经济损失还会延误工程进度，影响城市建设的整体规划。大部分的高层建筑都需要高架板材支撑，脚手架、模版等施工设备也会导致部分施工意外事故，施工设备坍塌误伤工人的意外事件每年都会发生。为避免人身和财产安全损失，合理规避工地坍塌事件是对施工工人生命的尊重也是对社会责任的合理担当。因此合理解决工地局部坍塌性事件的发生能够减少高层建筑工作的安全隐患。为工人施工提供一个安全良好的作业环境，加快施工进度和效率，增强高层建筑施工建设的质量和水平。

（3）重物碰撞打击威胁。根据相关数据分析，重物碰撞造成的人员伤亡率也比较高，还会造成施工设备的磨损、破坏及修复问题。工地施工建设过程中会有众多机械设备及作业物料，体积和重量都比较大，是工程实施过程中的安全隐患。高层建筑施工现场的特点是重物密集，且有升降动作。因为施工节奏较为紧张，工人数量多导致人员密集，流通空间也有限，容易造成重物对工作人员的误伤。合理有序的施工环境才能保障施工作业的高效实施，如何高效处理繁杂重物之间的碰撞以及意外打击事件，是平台安保工作人员需要特别关注的细节问题。此类事件的发生频率稳居意外事故前三，因此处理好工人在交叉作业时的意外碰撞等偶然事件能够有效保证工作人员的人身和财产安全。

（4）机械碰撞伤亡。缺乏安全装置的工作环境会导致安全隐患的产生。为了避免机械碰撞带来的伤亡，需要对施工机械进行专业化的安全管理工作。首先要对机械故障采取及时有效的修缮工作，减少伤害行为的扩大，通过风险属性识别采取对应的改进策略。另外对于有先天缺陷的机械要进行及时的检查和维修，确定出现问题的环节，如采买失误、使用磨损等。因此定期检修流程必不可少。

2 高层建筑施工危险标识及预警系统

2.1 高层建筑施工危险标识

为加强高层建筑施工的安全系数，明确危险标识并建立完善的预警系统是安防工作的重要内容。BIM 技术应用于高层建筑施工的优势就在于可视预警的实现，综合脚手架、高架板材以及塔吊设备的位置匹配优势，借助传感技术搭建可视预警系统。（1）通过宽带技术的延伸方式：UWB 超宽带，打造实时传输通道实现报警器的敏感感应预警。当有人员在危险地带徘徊时，系统会及时感性并发出预警信号提醒相关人员远离危险地带，防止高空坠落事故发生。（2）为了避免工人被重物砸伤，运用UWB 技术将塔吊和高架板材的状态进行监控和预测降低坍塌事故对工作人员带来伤害的几率。（3）通过UWB 技术改进环境安全系数检测系统，给施工设备安装较为完备的传感器，由此实现实时监测工作环境，降低重物杂乱导致的碰撞砸伤事件。

2.2 高层建筑施工预警系统

随着新兴技术的发展，高层建筑施工技术也受到了专业领域的影响。预警系统和预警技术的改善促进了高层建筑施工环境的极大改善。新兴技术应用于高层建筑领域，不仅为其安全保障带来了可靠性来源，而且对于施工准确性来说有性能方面的全面提升效果。目前我国高层建筑施工预警系统也十分注重器具的使用和安全防护理念的更新。安全管理方法已经区别于传统的控制缺失模式，充分做到全面实时监控人的行为和物的状态。技术之间的融合也极大程度地提高了施工管理水平。高层建筑施工的预警系统强化管理是建筑行业发展的必然要求，也是安防预警系统发展的应用路径。

2.3 安防预警系统之于高层建筑施工的可供性

通过一般的STAMP 模型的基础建模数据可以发现，施工环节的控制器是施工项目管理人员的主要操纵环节，通过对变量数据的检测达成传感器的高效运行。传统的管理方式存在时间、工作饱和等漏洞，不能对重大安全事故做出及时的预警和决策反应。为了提高施工安全可靠性，采用相应的安防预警系统能够及时发现偶然事件并依据风险类型做出抗风险策略。针对传统的效率低、可靠性差的施工控制手段，同时会带来信息滞后的安全管理漏洞。及时流动安全信息，保证检测技术和可视化技术的正常运转能够优化整个施工流程。通过高层建筑施工意外事故数量统计发现，高空坠落、物体打击、坍塌、机械伤害等类型造成的安全事故不在少数，通过安防预警系统对相关风险事故进行规避势在必行。

3 BIM 预警系统的工作原理

3.1 BIM 预警系统

BIM 技术应用于高层建筑施工领域的起点是模型式应用，通过仿真性搭建实时监测系统来实现随时预警危险事故的发生。为应对各类施工安全威胁，足够真实的模拟检测和准确的预警系统需要相关设备和软件的搭配组建。通过对施工现场环境的相关数据检测，技术人员将这些准确的数据按顺序传输至预警系统模型计算和相关性分析。下一步则是根据数据结果搭建BIM 模型，为施工提供各类建模基础。BIM 信息模型的成功案例包括眉山春熙广场、伊泰·天骄工程、成都绿地中心东村4 号地块、德阳恒合工业云等。通过合理考量的施工模型，在搭建和施工过程中都会得到全面的安全保障和预警提醒。

3.2 BIM 系统的工作内容

高层建筑的施工内容具有阶段性，因此相关的安全预警工作也要根据工程进度实时调整和更新。就BIM 的具体工作内容来说，首先是建筑模型的落地，根据工程的实况建立相应的建筑模型并依据模型掌握危险点的分布，达到有效的警示作用。另外还要检测感应设备的敏感度，进行不同种类的敏感度实验。数据的实时采集也影响着设备感应检测的灵敏度，因此要将预设的设备参数与实际实验数据相校对保证预警系统的准确性。

3.3 BIM 系统操作流程

BIM 技术的开发与应用是21 世纪对建筑行业影响比较大的一项新兴技术，BIM 技术本身具有可视化、碰撞检查、虚拟施工的特点，能够高效沟通各个部门之间的问题解决能力，满足可视化安全性能监察要求。通过BIM 虚拟施工技术构建多维立体的数字化安全管理系统，分析施工关键的细节和薄弱环节，运用规则化检查方法规避风险，进行高效的质量检查。BIM 的工作流程能够有效减轻风险，结合IPASS 系统统筹安排施工活动和施工现场的安全计划，不仅能够提前预防，还能实现流程完善功能，及时对危险情况进行把控。合理布置施工现场降低施工安全风险，合理控制施工不同阶段的危险系数。

4 BIM 系统应用案例

通过案例解读来进一步更新系统、完善检测设备，有助于更加精准地预警安全问题和隐患，避免造成更加严重的损失。每一种新型技术的广泛推广都要先经过局部案例的检验和阶段性考核，经过改良和完善的经验性模型才具备大范围推广的条件。某地区试运营BIM 技术模型的状况如下：使用UWB 宽带技术搭载的检测系统半年时间，并随时根据工程进度调整传感器等感应设备及零件，预警次数逐渐减少[3]，有效降低了安全隐患事件发生的频率。通过实操过程中的数据印证，BIM 技术确实能够为高层建筑的安保工作带来实质性影响。

5 BIM 系统应用优化分析

BIM 系统的应用优化仍待改进，虚拟施工技术的加持给高层施工技术带来了很多有益的改良，同时要求相关配套技术的跟进完善，以及相关设施的高效化改进。BIM 技术的核心要求就是无线传感网络技术的应用，通过信息采集和数据处理功能形成分布式传感网络，因此细节的敏感性和精确性关系到BIM 技术通信能力和无线传输能力的拓展。

另外短距离的低消耗传输功能是BIM 系统应用过程中优化的重点，传感器链接的距离一般保持在100m 左右，休眠消耗和工作消耗的数据规划需要得到基层节点的功率优化，保持传感器低能消耗的持续性能要求。

短距离的无线传输也是BIM 技术需要优化的关键点。传感器的每一次跳动和反应都联通了较小的电流工作系数，灵活的组织形式能够稳定跳脱系数，保证传感节点工作的稳定性。通过传感节点的加入或者撤退，多跳网络的结构会发生自适应性改变，实时更新传感器节点的工作速度和节奏[4-5]。以此保证BIM 系统工作的稳定性和高效性，避免个别节点失效或者脱节的可能性，促进系统应用的高效运转。

6 结束语

高层建筑的施工建设不同于普通建筑工程，其风险性更高，设备操作更加复杂，因此对安全设备的管理和检测要更加具有严密性和科学性[5]。BIM 技术的应用优化了高层建筑施工团队的效率和安全系数，能够很好地实现工程安全检测的可视化和动态化的效果。运用新型科技技术为不同的施工作业提供定制化的危险事故预防模型已经成为当代建筑施工团队的必备技能，为保证施工团队人员的人身安全和工程队伍的财产安全，高效甄别施工作业过程中的安全隐患，排除风险事故是各个工程队伍的首要工作。了解、掌握并合理运用BIM 技术识别安全管理风险并做出高效预警是我国未来建筑工地安防系统的常态化发展方向。