土木工程施工安全管理中运用BIM技术研究

2021-11-24郭海蛟

商品与质量 2021年37期

郭海蛟

中建二局河北分公司河北石家庄 050000

在我国建筑行业逐渐趋于数字化和信息化发展过程中，BIM技术是显著代表。此技术不仅能加强土木工程安全管理的科学性和严谨性，还能满足土木工程施工技术开展可视化和量化管控的要求，能够提高工程质量和技术操控水平。BIM技术发展历史悠久，初始于上个世纪七十年代，并且在创新和完善过程中，逐渐加强了对施工全过程的安全管理效应，突破了传统安全管理模式的限制，让信息化技术和土木工程施工具有协调性和融合性。

1 BIM技术概述

1.1 BIM技术的概念

BIM技术也可以被称为建筑信息模型技术，其最初由恰克.伊士曼教授提出，经过多年发展无论在理论还是实践应用等方面都取得了非常显著的成就。但是不同国家和领域对此技术拥有不同定义，如今以美国BIM概念为主。BIM技术是具有信息性和数字性的重要工具，其主要应用在工程建设管控领域，利用参数模型将和工程项目相关的数据信息进行传输和共享，是工程项目在不同阶段和领域之间统一协作的重要基础[1]。

BIM技术是建筑行业中非常重要的信息技术，也是此行业未来发展的主要方向。其最初发展只是一个简单的概念，如今已经成为应用非常广泛的工具了，为建筑行业带来了全新的变革。从2002年被正式引进建筑行业，此概念已经出现了三十年。历经近乎二十年的发展，此技术让建筑行业从二维设计阶段走向了三维全生命周期阶段。

建筑工程师通过此技术，突破了传统的设计思维，更快发现设计中的缺陷，进而不断优化和调整设计方案。由于工程施工获得了更好的设计图和三维模型等等，完善了技术与方案，提高了施工效率。而建设单位因为应用新技术，可以加强对项目管控的协调性和安全性[2]。

1.2 BIM技术国内外发展概况

根据上文可知，BIM技术最早出现于美国，而最先应用的是芬兰、新加坡等国家。如今全球信息化步伐逐渐加快，BIM技术的应用更加广泛和高效，并且逐渐被建筑行业重点关注。BIM技术贯穿工程项目的全过程，从策划、施工、管控到后续完善。以美国为例，美国是实现建筑行业信息化发展比较早的国家，其在技术研发和应用领域处于佼佼者。目前，美国建筑行业应用BIM技术非常普遍和广泛，并且还建设了BIM协会，制定了相关规范，为其应用提供正确的指导。一开始，大部分设计单位比较重视BIM技术，随后是施工企业。其对于BIM技术主要的研究成果是，加强BIM技术和摄像技术的融合性，将工程项目的相关信息数据传送到计算机设备中，从而制作3D图纸，为后续施工提供正确的指导。还会加强BIM技术和GIS技术的融合性，建设数字化城市。

国内发展信息化建筑行业历经多个阶段，从重视结构计算、利用计算机制造图纸、计算机辅助工程项目管控到如今以BIM技术为核心的信息化项目管控和施工技术。在2010年后，BIM技术得到了显著的发展和推广，其推动力量是市场需求。随着人们对建筑产品的要求不断提高、工程项目复杂性逐渐加深，建筑行业不仅缺少稳定、高质的技术，还会出现设计失误、安全隐患增多等问题，工程项目的数据信息缺乏共享性，直接增加了管控成本。但是BIM技术的发展，让建筑行业看到了新发展方向。如今不仅出现了BIM标准框架体系，各个大学还开设了专门的BIM工程硕士班。甚至大部分设计单位还独立拥有BIM团队，可以依据工程项目特征来应用和优化BIM技术。

1.3 BIM技术在土木工程施工安全管理中的应用优势

首先是可视化，BIM技术可以将线条式的构件变成三维式的立体实物模型，可以突破传统二维图纸的限制，增强视觉效果，让构件拥有反馈性和互动性，加深掌握和应用。其次是协调性，因为土木工程涉及的内容多、领域广，所以需要很多单位协调分工、加强沟通。传统的安全管理主要是事后，但是通过BIM技术可以在施工前对各个项目和环节的信息进行综合调控。最后就是模拟施工，利用BIM技术可以建设工程项目的多个环节，以此预测设计冲突，进行4D模拟。通过碰撞检测报告，分析土木工程中的问题，降低返工率、减少施工成本[3]。

2 传统土木工程安全管理的现状分析

安全管理工作是土木工程施工中非常关键的一部分，其不仅是项目管控工作的主要内容和方向指导，还能影响着安全风险以及施工隐患的发生率。从人为因素分析，如今土木工程规模不断扩大、数量不断增多，其包含着多个主体和内容。但是在施工过程中，大部分施工主体缺乏安全意识，不能掌握安全管理的相关标准与规范，提高风险率。从外部因素分析，如今土木工程施工存在设备老旧、安全防护低下等问题，为了减少施工成本，很多建设企业会选择价格低廉的设备，忽视了养护和维修工作。并且其安全帽等设备的质量不符合要求，无法保护施工人员的安全[4]。

3 土木工程施工安全管理中BIM技术的应用

3.1 管控检测数据

通过BIM技术设计土木工程安全管理控制平台，能联合传感技术对施工进程、情况以及资源管控等数据信息进行实时监督和管理。同时在施工时，还能联合网络技术把重要的安全管控信息传输到此平台上，根据施工具体情况进行数据更新，还要依据最新的数据信息对土木工程进行建模，再利用云储存等先进技术，将安全管理数据信息和动态数据信息保存在此平台中，方便安全管理人员搜集、查阅以及应用，便利化监督和管控工作，以此规避施工风险，加强排查力度[5]。

3.2 建立土木工程安全信息共享平台

在土木工程施工的准备阶段，在坚持BIM技术核心地位的基础上，建设安全信息共享平台非常重要。此平台以BIM模式为主，在加强BIM技术和物联网技术融合性的过程中，为参与土木工程施工的建设单位和企业提供更高层次的服务，并且还能实时搜集施工规划、进度、材料设备等涉及安全管理的信息，然后将其上传到安全信息共享平台上。这样不仅能简化安全管理人员从获得、查阅到应用等程序，还能提高土木工程施工的监管水平和效率[6]。

3.3 管控模板支撑

想要保证土木工程施工质量，必须重视钢管模板支撑系统，但是其也是造成倒塌等严重安全事故的重要区域之一。在现场施工时，如果各个立杆之间的间距非常大也会造成安全事故。然而很多处于现场施工的工作人员表示不认同，一般情况依靠其过往施工经验，非常容易造成安全事故，如发生泥浆泄露等情况。并且也很难保证施工人员的安全，非常不负责任。同时设计图纸时并不能发现实际施工时产生的位置安全难题，但是通过BIM技术，能够在预制底板上建设模板支架，对安装方式和钢管安置方位进行合理的交流，还可以利用4D动画模拟和解释安装时可能发生的状况，让施工人员全面掌控此情况，提高站点建设的精准性，提升站点的安全性。

3.4 对安全管理工作进行质量评估

如果在开展土木工程施工管理工作时产生了管理问题，则需要根据工程施工的实际情况进行针对性和动态管控，并且还要将数据信息传送储存到管理平台上，对现实情况进行科学、严谨的评估，让安全管理人员可以在最短时间内把握工程质量、安全等情况，进而让其制定更加合理的管理预案，提高安全管理水平。

3.5 管控临边洞口

在施工时，非常容易在洞口处留下数量较多的洞口以及邻近边缘，若是施工时不能提前注意到此问题，非常容易产生坠落等问题。若是能够通过BIM技术提前辨别出施工对象存在的邻近边缘以及孔眼问题，则可以根据施工计划提前做好施工时的坠落保护工作，减少损害、降低高空坠落时带来的严重影响。并且利用BIM建模以及4D模拟，也能发掘出不同阶段、环节可能出现的安全隐患[7]。

3.6 管控应急预警

如果开展土木工程施工安全管理活动时出现了较为严重的安全风险，必须根据过往安全管理工作曾产生的安全风险以及质量评估结果，动态、灵活地解决安全事故与风险，并且还要根据具体情况动态调整施工应急方案，要保证其科学、合理、高效。

3.7 三维建模

BIM技术具有全过程性和综合性，将此技术应用到土木工程中，能影响其各个项目、环节以及工序。在重要的施工准备阶段，在应用BIM技术开展设计工作时，需要根据土木工程施工要求提高设计的针对性和实效性，利用模拟实验来预估施工情况与风险，提高BIM技术的设计水平。在施工阶段，应用BIM技术进行设计时，要依据施工情况开展4D模拟实验，此实验可以对土木工程施工进模拟和预估，然后提出相应建议，为后续施工奠定基础，制定更加科学、合理的施工方案。此外，还能通过此技术进行5D模拟，其是在3D模拟的基础上，控制工程成本、提高施工效率。施工后期阶段，需要应用此技术处理紧急情况和施工风险。土木工程施工利用BIM技术可以依据工程要求建设三维模型，通过其图形多方面和角度开展管理活动，避免后续施工发生严重的安全管理事故与风险，进行科学预估[8]。

4 加强土木工程施工安全管理中BIM技术应用优势的策略

4.1 加强研发，积极推广

技术发展必须具有与时俱进特性，只有不断满足社会需求、适应社会发展才能保持强劲动力，BIM技术也一样，此技术既可以促进土木工程施工技术进步，还能增强我国土木工程的实力。想要提高此技术的应用优势，不仅需要专业人才持续研发和完善，也需要积极开展施工培训活动，要让此技术的设计工作愈发专业。对于施工团队，要加强对此技术的理论和实践指导，不断提高施工人员的技术能力，以此满足建设需求，在一定程度上规避施工安全隐患。

4.2 创新与完善施工模拟技术和数据分析技术

模拟技术的发展和应用可以提高施工的精准性，在模拟过程中发现相应问题、提出解决措施，并且还能通过此技术持续优化和调整土木工程施工方案。BIM技术可以在设计环节分析实际施工情况，随后优化和升级技术，在应用时发现技术缺陷可以及时完善，BIM技术只有在实践和创新中才能满足土木工程日益变化的要求。如今现代社会逐渐趋于信息化，所以土木工程也应该加强和信息化的联合，将抽象的BIM技术转为具体，将施工情况、问题以及要求以数据形式体现，以免出现沟通不当等情形，还能降低人为分析的错误率。所以必须持续创新和完善模拟技术和数据分析技术，推动BIM技术朝着更高层次发展[9]。