陈航
（江苏省宇翔工程项目管理有限公司，江苏镇江212200）
摘要：基于BIM技术的三维数字设计和“可视化”的多维数字建筑模型可以为建筑师、结构工程师、水暖电工程师以及施工承包商、设备与材料供应商、开发商及最终用户等各环节参与人员提供设计计算、施工模拟、技术分析、运营管理等方面的可视化科学协作平台。基于BIM技术的虚拟施工兴起是顺应当前建筑业生产现状及发展的需求，特别是对于那些技术难度较大、工艺复杂、交叉作业多、构件尺寸变化多的建设项目更为适用。
关键词：信息化；建筑信息模型；建筑工程；虚拟施工；安全管理体系
前言
在《2011—2025年建筑业信息化发展纲要》中，BIM技术被为“十二五”期间在建筑业推广应用的重要信息术，要求尽快推进BIM技术从设计阶段向施工阶及运营阶段的应用延伸。建筑虚拟施工是以工项目施工图纸为蓝图，以施工技术与组织方案为蓝本，应用BIM、虚拟现实等技术，预先在计算机上对将要进行施工的建筑建造过程进行全尺寸、全方位、全过程的三维数字化模拟，并把属性、时间、技术参数、管理要求等信息维度附加到数字化模型中，形成完整的多维施工模型，真实展现建筑施工步骤，避免建筑设计中“错、漏、碰、缺”现象的发生，能够使设备材料进场、劳动力配置、机械排班等各项工作的安排变得更为合理、有效、经济。而且在施工过程中还可将BIM与数码设备结合起来，实现数字化的实时监控模式。当监控施工现场的人员发现问题时，及时上传管理系统，报告现场问题，更有效地实现数字化管理施工现场。因此，BIM技术作为一种新一代创新性的计算机辅助设计工具成为推动建筑业信息化水平的最大动力和技术保障，前景广阔，备受关注。
在施工方案阶段，以及施工过程中，利用BIM技术进行施工模拟，在虚拟环境中体验和分析建筑施工过程中可能出现的重大危险源，从而采取相应防范措施，是提高建筑安全水平的有效途径。本文从施工安全管理的角度，构建了基于BIM虚拟施工方法的安全施工管理体系，并通过实例介绍其应用方法。
1基于BIM的安全管理体系
保证施工安全的关键是在施工作业前能够正确地识别所有可能导致安全事故发生的危险因素，并有针对性地制定相应的安全防范措施。充分利用BIM的数字化、空间化、定量化、全面化、可操作化、持久化等6大特点，结合相关信息技术，使项目参与者在施工前先进行三维交互式建设施工全过程模拟。在结构清晰，易于使用，通用和项目特信息兼顾的模拟平台上，项目参与者可以更为准确地辨识潜在的安全隐患，更为直观地分析评估现场施工条件和风险，制定更为合理的安全防范措施，从而改善和提高决策水平。同时，利用BIM技术在施工过程中还可以动态识别现场安全隐患，并及时调整施工方案。本文构建的基于BIM的建筑施工安全管理体系分为3大模块，即资料基础模块、BIM虚拟施工模块和安全管理模块，其构成框架如图1所示。
图1基于BIM的建筑施工安全管理体系
基于BIM的建筑施工安全管理体系的实现要点和作用如下所示。其中应用的BIM技术是数字化基础，还有虚拟原型技术（VP），虚拟现实技术（VＲ），并结合智能监控技术等，这些都是全新信息化技术手段。
（1）危害因素识别
BIM系统中包含了建筑各构件的信息及施工进度计划，而进度计划包含了一切活动的信息，形成4D模型，可以非常有效地识别潜在的施工现场危害因素。例如H．Yang等提出了一个基于ＲFID的危害识别系统，以用于施工现场的安全管理和事故规避。
（2）危险区域划分
在动态施工模拟过程中，根据危险源辨识结果，在工程的不同阶段利用可视化模型对区域的危险程度进行划分管理，并将相应评价结果（包括影响区域和影响程度）反馈到模型界面，以红、橙、黄、绿4种颜色来描述区域危险程度以指导施工，并指定每种安全等级下禁止的施工活动，这样可以有效地减少由于危险区域不明确导致的安全事故。例如，在施工过程中针对每级挖土规定出相应级别的影响区域及禁止进行的工序和行为，如不可堆载、不可站人、不可停放机械等，图2为基坑周边危险区域分级以及其对应的禁止行为。
图2基坑周边危险区域分级及对应的禁止行为
（3）施工空间冲突管理
在施工现场的有限空间里集中了大量的机械、设施、材料和人，同时由于建筑工程的复杂性，在相同的工作空间内经常会发生不同工种之间的工作冲突，造成安全事故频发，因此提前预测并且合理安排施工活动所占的空间，制定计划有效地运用工地资源和工作空间对缩短工期、减少成本浪费、减少安全事故都具有非常重要的意义。BIM技术可以实现静态检查设计冲突，动态模拟各工序随进度变化的空间需求和边界范围，很好地解决了施工空间冲突管理与控制，有效地减少了物体打击、机械伤害等事故的发生。
（4）安全措施制定
在基于BIM技术的集成化安全管理系统中，可以自动地提出安全措施，以用来保护建筑活动或是避免已识别危害的发生，这些措施是从SOPS（safeoperatingprocedures）中提取出来的。SOPS是由安全人员根据安全专项方案，通过BIM制定的安全管理平台独立制定，并可以根据施工现场变化和需要持续动态更新。
（5）安全评价
在虚拟施工中辨识的危害因素和制定的安全防护措施，可以利用层次分析、蒙特卡罗、模糊数学等安全评价方法进行安全度分析评价，如果可靠则可以执行，如果超过安全度将返回施工安全专项设计，重新规划安全措施，并调整BIM施工模型，再次进行安全评价直至符合安全要求才能进行下一步实施工作。
（6）安全监控
以虚拟施工模型为核心，结合现有的视频智能监控技术，施工单位、监理、建设单位以及政府部门都可以进行可视化施工组织管理。实时监控中，通过对比实际完成的安全活动与需要完成的安全活动可以得到安全执行的情况，并以此来进一步调整建筑的施工计划，使其更能够有效满足安全施工的需要。
（7）基于BIM的数字化安全培训
BIM提供的信息不仅可以帮助施工管理者解决项目实施中可能出现的问题，而且由于BIM具有信息完备性和可视化的特点，将其作为数字化安全培训的数据库，施工人员在这种多维数值模拟环境中认识、学习、掌握，特种工序施工方法、现场用电安全培训以建筑项目中大型机械使用等，实现不同于传统方式的数字化安全培训。这不仅会提高安全培训的效果，还会提高安全培训的效率，减少因培训低效所产生的不必要的时间成本和资金成本，对于一些复杂的现场施工效果更为显著。ChunlingHo与ＲenjyeDzeng对这种基于BIM的数字化安全培训的效果进行了调查，结果显示，无论施工人员的年龄教育背景和技术素养如何，合适的培训模式和培训课程内容都可以改善工人施工行为的安全性。
2在高处坠落事故防范中的应用
由于建筑工程高空作业多，高处坠落事故多发，被列为建筑施工过程中“大伤害”中第一大伤害，其事故占比最高，为52.77%，是占比第二的坍塌事故的3倍多，而且旦发生，容易致人死亡，造成的损失严重。尚未建造的临边、洞口、楼梯、电梯井和天窗的安全防护不到位是导致高处坠落的主要客观原因之一。可以利用上述基于BIM的建筑施工安全管理体系，有效地加强高处作业的安全管理。首先在建筑项目资料的基础上，针对高处施工作业制定相应的安全专项方案，以此为蓝本利用BIM系统制作的虚拟施工数字模型，对各楼层的结构空间形体自动分析，主动查找各个需采取安全措施的洞口，提出安全预警，并自动布置安全防护栏杆，标明部位和位置。并且应用BIM系统将栏杆的安装或拆卸栏杆的地点和日期等应用到4D模拟中，这样可以方便完成施工布置任务，自动计算防护工程量。施工前，通过这种可视化方式对施工人员进行形象直观的安全交底。在施工过程中利用实时监控系统进行现场管理，通过安全评价系统，发现问题及时处理，调整相应安全措施计划，确保施工过程不出现安全事故。
3结语
本文根据我国建筑工程事故的特点，对BIM技术在施工安全方面的应用进行了研究。构建了基于BIM虚拟施工的安全管理系统。该系统主要由资料基础模块、虚拟施工模块和安全管理模块组成，其中安全管理模块的技术要点包括：危害因素识别、危险区域划分、施工空间冲突管理、安全措施制定与执行、实时安全监控、安全评价以及基于BIM的数字化安全培训等。并将其应用于高处坠落事故防范中。这种多维数值安全管理系统能够促进施工安全管理水平的提高，因此具有重要的实用价值。
参考文献：
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