BIM 技术在建筑工程安全管理中的应用

文／李福宁 山东华太规划建筑设计有限公司 山东潍坊 261071

单晓东 青岛市教育后勤服务保障中心 山东青岛 266023

1.建筑施工安全事故的主要类型

2013-2022 年各类安全事故表如表1 所示，根据表1 的数据统计可知：高处坠落、物体打击、坍塌、起重伤害这四大伤害类型是造成安全事故的主要原因。四种主要伤害类型约占事故总数的90%，在所有事故类型中发生频率最高的是高处坠落，超过事故总数的50%以上，相对高频发生的事故为坍塌和物体打击。

表1 2012-2021 年各类安全事故表

破坏性最强的事故类型是坍塌事故，其次是物体打击和起重伤害，物体打击的发生频率略高于起重伤害事故的频率，并且比例在逐渐上升。与其他类型的事故相比，起重伤害事故的发生频率最低。这两类事故大多受工人技能和能力水平的影响，因此，对工人进行职业安全培训是非常有必要的，同时应对现场安全管理进行针对性的研究。目前，大多数建筑企业并没有对建筑安全问题提起足够的重视。本文通过建立模型，可以准确地预测未来事故的发展趋势，以采取有效的预防措施，为建筑业提供更完善的安全准则。

2.建筑施工安全管理流程

2.1 明确施工安全管理目标

大型公共建筑施工安全管理的首要任务是明确其安全管理目标，旨在确保所有参与方了解该建筑所确立的安全标准。在此过程中，先将大型公共建筑由总体到细部进行依次划分，再将其实施于整个施工阶段，并定期完善。

2.2 识别施工安全管理影响因素

大型公共建筑应组织开展安全管理影响因素识别，发现可能对该大型公共建筑施工安全产生影响的因素，以便在其发生之前采取适当的措施来避免风险。这一步骤需对施工过程中的所有可能影响因素进行全面的分析和评估，判定影响因素的重要程度，包括建筑设计的合理性、材料的质量和供应、施工场地的安全、工人的技能和安全意识等。

2.3 施工安全评价

在正式施工前，需根据识别的施工安全管理影响因素及其重要程度，评估施工过程中的潜在风险，确定预防措施和应急计划。该步骤需对施工计划和工程设计进行全面评估，以确定可能存在的风险及等级。在建筑施工安全评估中，应着重考虑风险识别、风险分析以及风险控制三个环节[1]。

2.4 施工动态监控

根据安全评价结果，制定相应的措施，并对施工过程中的数据进行实时监测和分析，以便及时识别和处理风险。监测可以通过多种手段进行，例如传感器、摄像头、无人机等技术手段，收集施工现场的数据并进行实时监测和分析，以便全面了解施工现场的状态。

3.BIM 技术在建筑工程安全管理中的应用优势

BIM 技术作为一项新的技术，是以三维技术为基础，依据建筑工程项目各专业的相关信息建成有效集成的工程数据模型，可在建筑全生命周期中应用。将BIM 技术应用于建筑工程中，一方面可以提高建筑设计师的效率与质量，另一方面还有利于建筑设计师及时依据客户要求做出改变[2]。BIM 技术是当前建筑业中较为先进的一项技术，具有以下特点。

（1）模拟化。BIM 技术不仅可以在设计阶段进行一些模拟试验，如：节能模拟、热传导模拟、日照模拟等，还可以在招投标和施工阶段根据施工组织设计进行4D、5D 的动态施工模拟，从而促使施工单位安全管理水平的提高。此外，在运营和维护阶段也可以进行相关的模拟，如：地震、火灾应急疏散模拟等。

（2）可视化。就BIM 技术自身而言，它是一种可视化程度较高的工具。同时，BIM 包含了项目的几何、物理和功能等完整信息，可以有效拓展可视化的范围，比如：动态施工模拟、日照分析模拟等。

（3）协调性。在建筑工程领域，客户与设计者产生矛盾的原因主要在于设计初期。在设计初期，由于设计人员与业主、施工单位交流的不畅，而施工单位也只是按照图纸进行施工，这样就会导致交工时与业主发生矛盾，出现一系列不和谐问题。

（4）优化性。基于BIM 技术的优化性特点，设计人员可依据实时模拟和碰撞检测等技术手段，不断对施工方案等进行优化，从而保证整体建筑工程质量。同时，由于现代建筑结构得越来越复杂，只有不断优化设计方案，才能保证建筑工程的质量。加之，建筑工程越来越复杂，对技术水平的要求也越来越高。在现代建筑工程施工领域，传统依靠人力的方式行不通，而设计人员可以借助BIM技术保证设计质量和效率才能完成任务。在BIM 技术之下，可以对建筑工程进行模拟，规范建筑工程的操作行为，大大提高建筑的安全性。借助BIM 技术进行模拟、协调、优化工作以后，可以不断优化建筑方案，为现场施工提供依据。同时，借助BIM 技术施工人员可以更加清晰直观的了解施工流程，从而提高现场施工人员的工作效率，避免不安全事故的发生。此外，借助BIM 技术进行模拟，可以快速找出施工方案存在的潜在问题，从而便于设计师及时修改方案。

4.BIM 技术在建筑工程安全管理中的应用

以某建筑工程为例，立足已掌握的建筑工程信息，用Re-t 软件建立三维立体模型。模型涵盖丰富的项目管理信息数据源，综合模型信息数据，构建完善的综合信息数据库，集多专业信息于一体，提高项目信息的共享水平，设计单位、施工单位等各建筑项目参与主体均可通过信息数据库获取自身所需的信息，也可将平台作为载体实现多方信息的共享。

4.1 在施工场地规划中的应用

模拟分析发现，在现场配套两台塔吊较为合适，两者协同作业，有效满足了建筑工程的施工要求。以塔吊运行轨迹为参考，确定两台塔吊的位置，避免塔吊发生空间冲突。三维模型可直观呈现现场作业情况，便于管理人员掌握施工信息。根据建立的三维模型对现场布置方式进行优化后，主动避免机械设备的冲突，保证配置在现场的各类机械设备均可稳定运行，规避由于机械设备相互碰撞、位置不合理而导致的基坑荷载过大等问题。结合工程进度规划和施工模拟结果，动态调整现场作业秩序，规划各施工阶段机械设备的运行路径、工程人员的作业范围，防止起重伤害、物体打击等问题。若施工期间面临安全隐患，可对各区域的安全程度分级，锁定危险源，采取控制措施。在可视化三维模型的支持下，还能够给现场安全管理工作的开展提供便捷的工具，消除沟通矛盾，推动建筑工程建设活动的开展。

4.2 在建筑消防安全管理中的应用

利用BIM 技术，能够集成建筑各种信息，可以立体、直观地展示现场情况，对于建筑消防安全管理十分有利。结合模拟仿真技术，能够更好地模拟火灾现场燃烧情况，包括火焰温度、气体浓度、房间能见度等，分析在设定情况下火灾是如何蔓延的、人员是如何疏散的、疏散出口如何使用更加合理。以模拟结果为依据，不断优化火灾应急疏散方案。当火灾发生时，所有建筑内部人员都能找到最佳逃生通道，获取最佳逃生时间。以BIM 技术为基础，结合大数据、云计算、二维码等信息技术，可以更好地进行消防设备运营维护管理，保证在发生火灾时建筑消防系统能够正常及时启动，发挥应有的灭火功能。基于BIM+VR 的消防安全教育方式，能够提供沉浸式体验，让人们更加真实地直面火灾现场，切身体会火灾的危险性。一方面，能够方便消防安全基础知识培训工作；另一方面，可以更加熟悉消防逃生过程，掌握火灾应急预案，全面提高消防安全教育质量。

4.3 在施工安全教育培训中的应用

传统的安全教育培训工作比较枯燥乏味，难以获得理想的效果，BIM 技术具有可视化、信息化的特点，集合了丰富的建筑信息，将BIM 模型作为数字化安全培训的数据库，能够更高质量、更有效率地完成培训工作。在进入施工现场前，施工人员对工作环境并不熟悉，需要有一个适应的过程，存在着安全风险高发期，利用BIM 的可视化特点，能够帮助他们准确直观地掌握现场情况，更好地进行安全技术交底，文化程度偏低是施工人员的典型特点之一，有些工作人员在BIM 模型读取上也存在一定困难。利用BIM 技术，建立虚拟场景，进行个体漫游，让施工人员能够像在现场一样参观检查，查找虚拟过程中是否存在坠落、碰撞、绊脚等危险[3]。结合安全管理人员的介绍讲解，全面指出施工过程中应该注意的地方，配合相应的安全防范措施，让施工人员在身临其境的体验中获得安全知识和技能。

4.4 在施工过程动态模拟中的应用

经过调查研究发现，建筑工程安全事故主要包括高空坠落、坍塌事故、物体打击、起重伤害、机具伤害、触电事故以及其他事故。其中，高空坠落占据较大比重，成为建筑工程安全管理最主要的威胁。对于危险源的识别和分析，仅仅掌握安全事故类型和原因是不够的，必须根据工程特点，以时间、地点、环境为要素，开展安全管理的动态监控。利用BIM 技术，可以进行动态施工模拟，在仿真环境中更加直观地查找危险源，明确出现的原因、时间、地点，并且以可视化的方式与相关人员进行沟通交流，制定相应的优化调整方案，实现有效预防的目的。基于BIM 的建筑动态施工模拟需要经过几个步骤完成，首先，在Revit 软件中安装能够转换P5D 格式的插件，并将设计阶段产生的Revit 模型转换成P5D 格式；然后，将其导入BIM5D 系统中，切换到时间视图；最后，导入Project 进度计划，与模型相关联，选择时间范围，开展施工模拟。以识别和判断高空坠落风险为例，通过施工过程动态模拟，可以根据施工进度演示不同工序之间的搭接，结合相关资源曲线、成本曲线的变化，能够及时发现施工过程中高空坠落危险隐患。通过观察发现，本项目基坑工程量大，开挖深度超过两米，施工时间较长，存在坠落风险，需要加强临边防护，而且高空作业工程量大，在电梯预留洞口及附近区域狭小拥挤，交叉作业较多，需要做好电梯洞口防护。作为剪力墙结构，楼板浇筑应该按着楼层顺序进行，为了防止大体积混凝土产生的温度应力裂缝，大部分楼层都采用分两段浇筑的方式，增加了混凝土养护时间，提高了临边坠落事故发生的概率，所以也要做好临边防护措施，另外，门窗洞口较多，施工技术复杂，需要做好洞口临边、吊篮作业等方面的安全防护。

4.5 在安全隐患防范中的应用

通过模拟施工过程，能够让安全管理人员全面判断和分析危险源，为了将安全管理工作有效落实，需要科学制定安全隐患处理方案，并将其标注在BIM模型相应部位上，这样可以及时进行信息交流和共享。根据施工模拟结果发现，基坑、电梯井口、临边洞口等部位容易产生坠落事故，利用BIM 软件对这些地方的危险源进行进一步识别。在基坑安全检查中，主要标注了如下防范措施：搭设基坑临边防护栏杆，设置三道水平钢管栏杆，立杆间距控制在两米之内，立杆打入地面深度要超过半米，采用红白相间的油漆涂刷；内侧挂满密目安全网，设置夜间警示灯和安全警示牌，注意地面防滑，安全管理人员要定时检查维护[4]；地面到基坑设置上下安全通道，两侧护栏高度约为1.2m，踏步要做防滑处理；开展安全教育培训工作，增强全体人员的安全意识。

在电梯井口安全检查时，针对安全隐患，标注的防范措施包括：电梯井口四周设置防护栏杆，共设两道，下杆距离地面0.5m 左右，上杆距离地面1m 左右，使用红白相间油漆涂刷栏杆，在洞口下张挂安全平网；设置夜间警示灯和安全警示牌，注意地面防滑，安排安全管理人员定时检查维护；重视安全教育培训工作，增强全体人员安全意识，严格遵守操作规章，认真检查安全用品。在门窗洞口临边安全检查中，主要标注的防范措施有：加装固定式、开关式防护门，门格栅间距控制在0.15m 之内，也可以按规范要求设置防护栏杆；设置夜间红灯预警和安全警示牌，做好地面防滑处理和安全巡视，及时上报安全隐患；做好安全教育工作，增强全体人员的安全意识，认真检查安全防护用品的佩戴情况；恶劣天气不得进行悬空和攀登作业。通过BIM 模型的安全防范措施标注，可以让相关人员更好地认识安全隐患，掌握安全技能，为安全施工奠定良好的基础。

4.6 在施工场地规划中的应用

模拟分析发现，在现场配套两台塔吊较为合适，两者协同作业，有效满足了建筑工程的施工要求。以塔吊运行轨迹为参考，确定两台塔吊的位置，避免塔吊发生空间冲突。三维模型可直观呈现现场作业情况，便于管理人员掌握施工信息。根据建立的三维模型对现场布置方式进行优化后，主动避免机械设备的冲突，保证配置在现场的各类机械设备均可稳定运行，规避由于机械设备相互碰撞、位置不合理而导致的基坑荷载过大等问题。结合工程进度规划和施工模拟结果，动态调整现场作业秩序，规划各施工阶段机械设备的运行路径、工程人员的作业范围，防止起重伤害、物体打击等问题。若施工期间面临安全隐患，可对各区域的安全程度分级，锁定危险源，采取控制措施。在可视化三维模型的支持下，还能够给现场安全管理工作的开展提供便捷的工具，消除沟通矛盾，推动建筑工程建设活动的开展。

建筑工程施工前，观察模拟的施工环境，锁定建筑施工期间可能存在的危险源。结合建模分析结果对施工方案加以协调，并制定安全应对措施，以备不时之需。对于复杂度较高的建筑工程，仅凭借人工的安全管理方法存在安全防控不全面、效率低的局限性，易给安全事故的发生带来可乘之机。而建立虚拟施工模型后，将以更加直观的方式呈现各部位的安全隐患，针对安全隐患采取防控措施，如图所示的防坠落保护系统在规避高空坠落事故方面有突出的作用。

建筑工程施工是动态化的过程，各施工阶段洞口和临边的位置不尽相同，需要根据工程进度适时拆除防护栏杆，用于存在安全防护要求的部位，采用循环利用的方法保障施工安全、减少资源成本投入。为周转利用防护栏杆，可以考虑4D 虚拟施工技术模拟施工过程的方法，经过模拟后确定各部位防护栏杆的布设位置及对应的装拆时间，由管理人员结合工程进度予以协调，在不影响施工安全的前提下拆除防护栏杆，转至存在安全防护需求的部位进行使用，从而给高空作业提供全方位的安全保障。

结语：

综上所述，在建筑施工安全管理过程中，通过BIM技术，结合高效使用计算机技术，能够实现建筑工程项目具体模拟化的目标，并呈现出多维、三维立体化的效果，使得整个工程施工能够有序开展，同时还可实现各部门之间的数据信息共享，可使得各种施工技术形成统一的参数，保证工程施工稳步推进，提升工程施工质量。总之，随着我国科学技术的快速发展，BIM 技术被广泛应用于各种建筑项目安全管理中，并具有较高的实用性，为了能够改善BIM 技术安全管理工作中的使用效果，相关人员还需展开深入研究，对建筑施工安全管理实施优化调整。