BIM技术在高速公路跨线桥施工安全管理中的应用研究

李亮、韩晓虎

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安710024）

1 BIM安全管理总体架构

1.1 安全管理系统定位

目前BIM安全管理系统主要是针对项目建设和工程制造。BIM技术构建的高速公路跨线桥工程安全管理体系主要包括报告中心、进度管理、工程监督、施工日志等。利用BIM技术，可有效提高高速公路跨线桥项目建设中的信息化与安全管理水平[1]。

1.2 安全系统的总体架构

一般来说，公路跨线桥项目对安全管理体系有着高度的需求，在合理应用BIM技术的基础上，形成了相应的施工安全管理制度，为BIM技术的应用提供有效支持。BIM体系框架主要由以下两个部分所构成：BIM系统以及信息安全的综合系统，其中BIM系统分为C/S、B/S两部分。通过使用网络浏览器，用户可以对所整合的安全数据进行实时处理与传输，以实现信息共享。

1.3 BIM建筑安全管理应用系统

在BIM安全管理应用体系中，所构建的三维模型能够充分反映工程的各项数据信息，包括工程几何特征信息、物理特征信息等。在此基础上，能够将建模过程中的各模组之间的对应关系准确反映出来。BIM建筑安全管理应用系统可以有效地将三维模型与工程进度需求进行结合，针对工程的特点，构建出具有4D效应的工程施工三维模型。对于开发BIM信息集成安全管理系统，可构建通用型BIM数据库，以实现BIM工程数据的共享、采集、提取等，将施工过程中监测到的过程量进行统一存储，统一管理。BIM数据库具有对应的非结构化、结构化文档存储能力，为后续数据的提取与应用提供了很大的方便[2]。

同时，通过应用BIM技术安全信息系统综合管理，在对公路跨线桥的施工安全管理流程中，能对各职能部门的质量管理进行监督，实时收集施工中的技术安全数据信息；并且该体系还可为安全施工作业提供更高效的模型管理和质量管理等功能。另外，通过使用BIM建模技术，其与系统管理数据相互之间具有良好的联系效果，从而能够进行项目安全连接和监控管理等目标。例如，BIM建模技术在实现安全管控同时，也对实现风险管控有着很重要的促进作用，在高速跨线桥建造过程中，如果构件之间发生了安全风险事故，信息系统就能正确指出冲突点，进而提高了跨线桥的施工管控质量。

1.4 资料传送和数据安全

在工程项目信息传输与共享时，BIM数据库系统可以按照各方对于各信息模块的需求，对BIM数据库系统中的信息系统实施适当的分组管理，并给各信息系统模块提供适当的服务权限。

2 BIM安全信息综合管理系统

2.1 实时安全管理

通过建立BIM安全信息集成管理系统，可达成对施工过程中数据的采集、跟踪与存储，并实现对数据的统一管理的目的。对于BIM技术的运用以及模型的更新应按照项目的实际进度，并结合高速公路跨线桥施工的实际情况，有效地贯穿于施工材料、成本、工期等各个重要节点。在高速公路跨线桥施工过程中，使用BIM系统对项目的过程量数据进行实时监控、实时查询、实时分析，以确保工程万无一失。另外，BIM系统可导出分析、统计结果，便于工程人员进行工程分析，对于施工方而言，对日后的其他项目也是有利的，可作为企业的过程资产与数据沉淀[3]。

2.2 功能安全管理

使用BIM管理系统，可以为各功能单元人员提供与施工安全相关的各项资讯。BIM管理系统还能够提取一些关于质量管控、模型管理、时间管理等方面的重要内容，以及BIM模块中的每一项关键数据，可以相互联系地进行管理。

2.2.1 BIM模式下的信息安全管理

BIM模型可以转化为XML文件的格式，然后利用网络向系统传输信息。BIM模式中的相关组织架构、三维现实等的分类，可根据建设节点、工程性质，科学地划分出模型构件、三维实景等，并将BIM模型构件划分为三类。根据施工情况，工程管理人员还可以把工程进度、材料等信息注入BIM模块中，从而使各个模块构件之间可以互相联系，形成BIM模型。开展系统管理时，首先要科学合理地对施工信息加以划分，然后针对构件施工的特殊性，对构件的属性进行相应的划分。

2.2.2 BIM系统进度及施工安全管理

工程进度管理系统的建立，可实现BIM模型和工艺信息的整合与统一管理。结合系统的权限管理，用户可通过WEB浏览器客户端实现对工程各部件的实时数据检索。也可对项目施工过程中的各个环节进行监控，包括施工进度、项目参与方等情况，及时了解项目存在的安全隐患，提前准备应对预案措施，保障隐患能够被及时处理与解决，确保工程的整体安全性。

2.2.3 质量安全管理

利用BIM模型，可以有效地控制检验项目的质量，从而有效地确保项目的安全运行。质检单是由工程质量检查内容及各相关部件运行状况组成，可对各类质检单进行科学反馈，确保工程安全管理。

图3是液力缓速器制动特性曲线，由图3可见，当液力缓速器在转速大于1 000 r/min 时，制动力矩基本保持稳定，但在转速小于1 000 r/min 时，制动力矩急剧下降，这种特性表明液力缓速器在高速时制动力矩大，因而特别适合高速运输车辆，但在低速时，能够提供的制动力矩比较小[4]。

2.2.4 工程冲突管理

有关调研和研究发现，碰撞冲突检测在高速公路跨线桥工程施工安全管理中具有重要意义。冲突管理主要是检测工程施工中各个构件间的冲突，并发现存在的问题，这样可以有效地利用BIM技术来对冲突进行科学分析。当各部件之间存在碰撞冲突问题时，BIM软件可以显示问题所在的位置，并对形成冲撞的建筑物施工节点，由BIM软件系统生成一个冲突报表，并提示与该建筑构件形成撞击冲突。这样一来，相关技术人员就能够在完成特定的建筑结构修改时实现可视化观察。将BIM技术应用于高速公路跨线桥施工中，可以切实提高工程安全管理的质量水平，确保工程的有效实施。

2.2.5 提供安保决策

BIM软件能对工程效率、施工周期、施工记录等进行科学分析，及时地收集工程施工过程中的信息数据，并对BIM系统全局数据进行相应的分析与处理，通过安全阈值的设定，为工程决策者提供更快速、安全的决策支持，以保证工程的安全、稳定进行。

2.3 建筑安全管理的主要职责

公路跨线桥施工安全管理时，应遵循工程安全管理的有关程序，各项目参与者应明确各自的责任，按照权限、任务，完成有关安全管理工作。

2.3.1 履行安保主体责任

2.3.2 履行参与者的安保责任

在高速公路跨线桥施工过程中，应按照施工主体方的相关规定与规范，允许项目的相关参与者通过外网进入到BIM系统中，以便及时地汇报工程的实时情况，并且做到可以随时查询到工程建设安全信息，为工程建设安全管理起到有效的辅助作用。

2.3.3 优化结构

公路跨线桥工程施工中，当施工管理人员出现重大工程问题时，应当对BIM模式做出针对性的调整，对调整的可能性做出合理的分析，以便更有效地保障工程建设中资源配置和安全管理等工作，以达到优化项目、提高项目安全性。

2.3.4 数据统计及快速分析

利用BIM模型进行高速公路跨线桥的施工，可以为工程统计和分析工作提供极大的方便，通过统计与分析，合理判断工程的实时情况。另外，还要确保工程统计分析工作的准确性、合理性。因此，在公路跨线桥施工过程中，如何合理使用BIM模型成为关键，这样可以节约大量的成本，同时可提高工作效率，降低工程工期延误风险，有效地避免了因人为因素导致的统计偏差，保证了工程施工安全。

2.3.5 防止施工时出现高空坠物危险

公路跨线桥施工的过程当中，在高空作业环境下极易出现高空坠物。所以，利用BIM系统制作工程施工的数字化模板，能够更加科学地、合理地分析各种类型跨线桥施工中的结构空间物理量，做好具有针对性的安全防范措施及风险预案，对于可能发生风险的情况，给出安全提示或预警。BIM技术可在实际工程施工前，各个专业可以通过可视漫游的方式进行协同。在工程施工过程中，运用工程现场模型完成全程监控。同时结合工程科学安全的管理制度与规范，可在最大程度上保证工程施工的安全，同时也能有效保证工程施工的完成质量。

3 结语

建立BIM模型和BIM安全管理体系，对高速公路跨线桥施工安全状态进行实时分析，可以保证工程的安全程度和施工质量。另外，BIM技术的合理应用，一方面需要结合工程的特点，分析适合工程的方案，搭建工程的数字化模型；另一方面，通过BIM技术，合理优化工程的安全管理，将工程数据统一管理，利用诸如可视化的检测手段，丰富工程安全管理的方式与手段。

BIM技术在具体实施过程中，利用国家安全管理体系构建国家公路跨线桥管理模拟框架，并利用三维、4D模式的仿真生成，能及时有效地发现施工过程中出现的重大安全隐患，并由此对施工作业方式加以优化，最终减少不良安全因素，有效地保证工程施工安全。期望业界在此基础上能够对该课题的有关研究成果进行更加深入的研究。