BIM技术在施工安全管理中的应用研究

夏睿 陈磊 许奇

BIM技术作为建筑工程全生命周期管理中一个革命性的突破，在我国工程建设领域的应用也越来越广泛。由于BIM技术具有可视化、模拟性等特点，已经应用与建筑过程各个阶段。仅在施工阶段的应用已经非常多，如：碰撞检测、施工模拟、工期优化等。本文将重点研究BIM技术在建筑工程施工阶段安全管理中的应用，并寻找应用过程中存在的问题，提出相关建议，为BIM技术更好地应用于实际工程。

一、引言

随着我国城镇化发展的加快，建筑行业的发展规模也越来越壮大，从业人员增加以及建筑物的飞速升起，也导致了我国建筑行业安全事故的高发，这对施工企业提出了更严格的生产要求。所以，许多企业和学者也都在研究如何将BIM技术引入到施工阶段的安全管理中来，到目前为止，国内已有很多应用BIM技术的案例，如：深圳平安金融中心、天津117大厦等大型复杂建设项目，包括刚结束的天津周大福金融中心、上海迪士尼乐园奇幻童话城堡，在施工阶段的很多方面都取得了突出的应用成果。

二、BIM技术在施工阶段安全管理的应用

BIM技术的应用贯穿于建设项目全生命周期，而工程建设的施工阶段，是建设项目从规划设计变为实体建筑的关键性环节。施工单位应用BIM技术获得更加充足、可靠的工程信息，这能够大大提升施工建设水平，保证施工质量，做好施工安全管理，得到更多的经济效益。根据已有的应用与研究，可以发现BIM技术不仅有利于施工现场的场地规划、施工过程的动态模拟、还有利于制定安全方案和应急措施。

1.BIM技术有助于施工场地规划

BIM技术的一大显著特点就是可视化，BIM软件的建模技术把二维的CAD图纸结合到三维模型中，这是BIM应用工作中最为基础也是最为重要的工作。经过进一步的渲染，3D模型就更加能给人以真实感和直接的视觉冲击。

（1）BIM技术有助于施工现场平面布置

建筑工程项目涉及的人员、机械、材料繁杂，施工现场平面布置需要考虑工程的位置、道路、生活区、大型机械、材料堆场、材料加工棚等，合理地规划施工现场的布置，将有助于现场机械操作、材料运输、人员作业的安全。原先二维图纸的施工现场平面布置并不能直观地呈现场地内各设施的安放情况，后期往往会出现布置调整的情况，若是规划不合理，很有可能造成安全事故，而利用BIM技术的可视化这一特点进行三维模型的建立，便可以使规划布置工作更加简化。

（2） BIM技术与其它技术结合助力场地规划

BIM技术的显著特点是可视化，这有利于将Matlab、GIS等软件中关于施工场地布置的优化方案进行立体的展现，更有利于施工现场布置优化的研究，也有利于实际项目工作更好地开展。可以利用GIS和BIM技术确定场地内最优的塔吊布置数量和位置，首先确定材料的供应和需求荷载的几何布局，生成塔吊的可行区域，考虑不同类型塔吊进行计算，最终确定塔式起重机的数量与位置，即为最优方案。这样的方案不仅使塔吊工作范围覆盖整个拟建工程，使得方案经济化，而且塔吊工作的重叠区域也非常小，避免起重冲突安全事故的发生。

（3）BIM技术有助于施工现场协同管理

施工现场的管理往往涉及项目的各个参与方，包括开发商、设计单位、施工单位、监理单位等，BIM技术的应用有利于各方的交流。在设计阶段，利用BIM软件，如：Revit、广联达等软件事先建立好3D模型，施工阶段便可以直接进行利用，建立项目综合信息模型数据库。其优点一是节约了成本，如果设计阶段均采用传统的二维设计方式，则需要建立建筑、结构、暖通、设备等不同专业的一系列的图纸，设计过程复杂，成本较高；二是集所有信息于一个模型，较方便地获得项目设计的全面数据，为施工阶段的安全、进度、成本、质量管理提供依据；三是实现了设计阶段与施工阶段的信息互通，协同管理，甲方也可以根据BIM模型确定工程的进度和质量，有利于各方信息的互相交流，确保施工过程高效安全。

2.BIM技术有助于施工过程优化

BIM技术可以进行施工模拟，对现场的各个构件进行漫游查看，对施工现场进度进行动态模拟，对复杂节点的施工方案进行动画输出，对不同方案进行模拟的出最优方案，大大促进施工工作的进行。而这些过程中，也能发现很多安全问题，如碰撞检测等，通过BIM软件的模拟和优化，可以将技术难度降低，危险程度降到最小。

（1）BIM技术可进行碰撞检测

在施工过程中，常常会出现由于设计不合理而导致的空间布局冲突。在施工前，提前利用BIM软件进行碰撞检测，对原有不合理设计进行修正，避免安全隐患，这将有利于项目的顺利进行。冲突碰撞检查主要涉及设备、管线、结构等，可分为静态的碰撞检测、的建和动态的碰撞检测。

大型建筑工程设备管线布置复杂，由于设计得不合理，管线与管线之间、管线与设备、管线与结构构件之间的空间冲突和碰撞非常频繁，存在设计错误和安全隐患。BIM模型基于其三维可视先对建筑工程进行一次三维校审，进行冲突检测，然后把检测的结果反馈给专业的设计人员进行调整，然后再进行碰撞检测，直到碰撞检测无冲突位置，最后得出合理地设备管线布置方案。如，上海中心大厦在建筑给排水设计中进行碰撞检测，通过反复修改和深化设计，最后确定综合管线方案。

（2）BIM技术可进行施工方案检验

对于工程规模浩大、复杂程度高、工期紧的项目，采用基于BIM的4D施工模拟有助于结构中复杂节点施工过程的演示，从多个时间和空间的角度了解项目。如果对施工方案没有充足的了解，对复杂结构一知半解，不仅会造成工期的拖延，更有可能造成结构的不合理施工，导致安全坍塌事故的发生。

（3） BIM技术有助于项目施工方案优化

施工现场涉及的材料管理、人员管理、资金管理较多，所以需要根据实时的情况进行方案的调整与优化，比如，基础施工阶段与主体结构阶段，现场设施的布置就有所不同，塔吊也要随着建筑物的不断增高而爬升等。

在施工进度方面，可利用BIM技术能够在事前进行施工进度计划的可视化模拟，观察各个时间段，如基础施工阶段、主体结构、屋顶结构完成后的进度情况。还可以进一步进行分析，发现计划的缺陷，施工人员可以对原有的Project软件中的施工进度计划进行优化，并再次导入到BIM软件中，与原有计划进行对比，从而有效完善施工进度计划，避免在实际施工中由于计划出错而导致一系列工程进度问题。如某工程经过工期优化后，再导入到在Navisworks中进行施工模拟时，可以发现原施工计划中达到第二十层门窗开始安装，而优化后计划方案中门窗工程已经结束。

3. BIM技术有助于施工安全管理

施工现场安全管理设计的内容较多，上述三维平面布置中的场地规划和施工模拟过程中的设备、施工机械的碰撞检测等都属于安全管理的范畴。从施工现场安全管理方案的角度来讲，安全管理还包括现场安全防护措施以及逃生预警等。

传统的现场管理方案仅是文字，建造防护措施的过程还是缺少依据，而BIM技术下的现场安全防护就非常直观，根据3D模型制定安全防护管理方案让现场施工人员有章可循。

除此之外，BIM技术在现有的应用中还助力于施工现场多方位的预警管理，如Pathfinder疏散软件、Thunderhead火灾动态模拟、PyroSim消防模拟软件，这些软件都可以与3D模型进行结合，为施工现场安全计划应急预案提供依据。

三、结语

BIM应用于施工现场安全管理中的效果虽然非常显著，但BIM技术目前在我国的推广与应用还处于初级阶段。首先，国内建筑工程的安全管理现状不容乐观，监管松懈，企业安全意识薄弱，安全教育投入不足，安全管理方法落后；其次，采用BIM技术的施工企业还不到10%，更不用提利用BIM技术进行现场的安全管理。主要原因有信息化建设资金不足、专业技术人员数量不足，大部分地区政府和行业主管部门政策支持缺失；再次，BIM软件众多，很多软件无法实现互相操作，往往需要进行格式转换或者重新建模，不能形成流畅地BIM工作流程。同时，随着我国相关政策的不断推出和建设主管部门的大力支持，未来还有很多发展空间，而且在施工现场安全管理方面的应用还有待深入研究。