BIM下建筑施工安全防护预警分析

熊飞，李延，牟谷一

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

随着建筑技术的不断发展和创新，BIM虚拟建筑技术兴起。基于BIM技术构建的数字建筑模型及协同办公平台具有可视化、多维化、数字化的特点，和施工模拟、参数计算、技术分析、项目管理等功能。

在施工项目管理上，对于技术复杂、专业交叉、需要协同作业的环节，BIM技术可以借助其数字化运算特点发挥优势。相较于传统的二维平面设计图纸，基于BIM技术可以搭建参数化的建筑模型，该参数模型各类参数全面完整，并结合虚拟现实、动画模拟等技术将施工技术、组织计划、施工方案等融合起来，由计算机精确执行施工计划，合理调度施工作业安排、设备机械及材料进场、人力分配，确保施工管理更加合理。同时，还可以对施工过程进行模拟预演，及时发现施工过程中的施工碰撞、计划错误、设计缺陷等[1-5]。

2 传统建筑安全施工预警方法与不足

2.1 传统建筑安全施工预警方法

建筑项目的安全管理是项目经理的一项重要工作，传统的建筑安全管理手段比较单一，一般采用人工监管方式，项目管理人员定期或不定期对施工现场进行安全检查和调查。传统的现场安全主要由监理工程师进行监管，监理工程师接受工程项目部门的直接管理，并为现场安全管理负责，制定现场安全监控计划和意外缺陷整改计划。当出现安全问题或紧急情况时可以修订上述管理计划，经安全经理审核后，向业主提供书面报告及整改建议。

2.2 传统建筑施工现场安全预警缺点

2.2.1 建筑施工现场安全预警不及时

传统的建筑施工现场的安全管理模型需要对数据进行统计分析，该方法重复作业量大且效果有限。现场安全员主要是记录现场安全方面的问题并报送相关报告，但监视记录和人工巡逻需要及时采集并对数据进行统计分析，两者对信息的时效性要求不一致，会导致监视及人工巡逻存在信息延迟。当现场安全员出现玩忽职守或者安全监督不到位时，会面临较大的安全风险及隐患，如图1所示。因此，项目管理部门应制定相应的对策规避风险，确保及时对现场施工人员进行风险预警，在现场施工过程中严格执行安全措施并消除施工现场的安全隐患。

图1 施工现场临时安全防护不到位

2.2.2 传统建筑施工现场缺乏现代安全预警科学技术

传统的项目施工现场的安全管理对人工管理比较依赖，缺少必要的现代科学手段。随着城市建设对建筑各方面的要求不断提高，建筑的形式越来越丰富、施工环境及方法越来越复杂、施工的难度和要求不断增加，传统的依赖人工进行现场安全监管的方式已经不能满足现代建筑工地的安全生产需求。

3 基于BIM的建筑施工安全防护预警系统

在建筑项目施工前能够排查出所有影响施工安全的隐患和风险因素，并采取针对性预控措施是保证施工安全的关键。BIM技术能够基于建筑的相关参数数据，利用信息处理技术构建项目的模型并模拟整个施工过程，BIM技术具有数字化、参数化、可视化、三维化、兼容性等特征。基于BIM技术可以搭建通用型项目管理平台，也根据不同的施工项目特征搭建特定的信息处理平台，各参建方可以利用信息技术更加精确的识别项目存在的安全隐患，对现场的施工条件和风险因素更加精确直观的掌握。同时，根据平台可对采集的现场资料进行分析和评估，采取相关决策和措施以确保现场的施工更加安全合理。BIM技术还具有对施工现场的危险环境和隐患的动态识别和定位功能，对出现的问题进行整改或相应的调整施工计划。数据库功能、模拟施工功能和安全管控模块共同构成了项目安全管理平台。

基于BIM技术搭建项目参数模型，首先是对建筑项目相关参数的采集，主要元素为方法、人力、机器、物料、环境等，并根据采集的信息集成平台模块属性，然后将建筑详细参数录入平台数据库实现对平台功能的信息参数支持。安全管理模块可以通过对数据资料进行分析处理，判别其风险等级并提供预警，以及为后续决策提供信息和技术支持。通过对现场的安全预警，项目管理人员可根据系统建议调整施工的机械设备、工序工艺和施工计划，以提高现场施工的安全系数。

4 施工现场安全监控预警系统的构建

4.1 系统危险源识别与实时监控

在建筑安全管理中采用BIM-RFID传感器技术对危险源进行识别，危险源主要分为两种，一种是随机危险源，一种是特定危险源。特定危险源主要是现场施工过程中发现的，经常与建筑结构或者临时设施有一定的相关性，并且可以进行人为控制。随机危险是指在内外环境变化的影响下，施工过程中客观存在的风险，并且不同因素的互相作用会加剧系统的风险情况。可以通过已经建立的传感器集成技术和BIM模型技术构建预警系统，实现对项目的自动检查和风险预警。例如，BIM建筑模型识别出地板边缘失去保护，那么系统会自动分析危险源的成因，并给出解决方案，一般在地板边缘加装合适高度的保护轨。

建筑施工现场的随机危害主要为人力、物料和机械设备。首先，基于BIM技术搭建的项目模型可以对施工过程进行模拟和碰撞检查，分析建筑的结构部件是否合适匹配，检查施工工序是否科学合理，避免由于工序和结构设计不稳定导致的安全事故。其次，对现场的施工机械设备的工作区域半径、作业承载力、运行工况进行分析检查，消除设备隐患。最后，采用SCL安全检查法对现场的人力、物料、设备等方面识别的危险因素导入BIM平台系统。利用传感器技术对施工现场进行实时监视和动态跟踪，将随机危险源转化为独特危险源，规避和预控项目建设的安全风险。

4.2 系统危险源管控

根据4.1所述采用BIM-RFID传感器技术对人工行为、物体状况、机械状况三类危害类型进行有效识别后，需要采取相应的对策进行解决。建筑施工现场通常在安全头盔中嵌入RFID传感芯片，通过智能安全帽的管理实现对工人安全行为的跟踪预警。当施工人员进入施工现场时，现场芯片阅读器会自动记录入场的建筑人员信息，并结合视频监控系统识别现场的工作环境。在自动监控后台对建筑现场设置电子围栏，当建筑人员进入或者靠近危险区域时，会触发预警系统，安全帽发出提示音，而且管控后台会发出预警信息，便于管理人员及时发现和纠正现场人员不安全行为，并对现场人员采取相关措施，如图2所示。

图2 施工安全预警示意图

4.3 系统数据中心管理

基于BIM技术搭建的建筑安全预警平台需要对信息数据进行采集、传输、分析、处理等。现场通过采用RFID信息技术识别人员动态行为，通过无线网络传输到后台数据库，并可以直接关联数据库，查询到该施工人员的姓名、工种、工作年限、经验技术等详细信息。同时，传感器技术还可以对现场的隐患和危险源位置等信息进行识别并发送至后台数据库，通过数据库对比分析和处理，给出专业的解决方案和建议。

5 结语

随着城市建设的不断发展，对建筑产品的要求也逐步增加，建筑结构不断复杂化、建筑高度不断增加、各种功能不断丰富、品质不断提升，给建筑施工现场的安全管理带来一定压力。为了减少施工现场的风险因素，提升建筑的建设安全等级，对建筑施工安全管理的预警和防护至关重要。基于BIM技术搭建的建筑模型，不仅可以有效提升建筑施工的管控水平和效果，还可以实现对建筑的安全和隐患管理，提高建筑安全管理和预警的科学性。这对建筑施工现场安全管理和缺陷治理工作具有重要意义。