BIM技术在施工企业安全管理体系中的应用

尚世宇，李娟芳

（许昌学院土木工程学院，河南 许昌 461000）

BIM技术在施工企业安全管理体系中的应用

尚世宇，李娟芳

（许昌学院土木工程学院，河南 许昌 461000）

从施工企业安全管理体系的组成出发，阐述了建筑信息模型（BIM）在施工企业安全管理体系的各个阶段的基本应用。比较了传统的工程项目安全管理信息系统和基于BIM施工企业安全管理体系在管理效率和效果的优劣，在一定基础上分析了基于BIM技术的施工企业安全管理体系的组成和应具的功能，并对其发展方向进行了展望。

建筑信息模型（BIM）；施工企业安全管理；信息化；虚拟施工

1 概 述

与其他工业领域相比，建筑领域的高事故率对建筑项目的利益相关者而言都是极大的挑战。一旦出现安全事故，必然会对项目和企业产生直接或者间接的影响，建筑产品质量会受到损害，需要额外的成本来弥补，但更为重要的是企业信誉受损，对建筑施工企业的连续运营影响巨大，有些甚至危及企业生存。所以现在，大多规模以上的建筑施工企业都日益重视安全管理。

根据之前的研究成果，较为良好的安全管理主要包括：建立良好的企业安全管理文化和完善的员工的安全教育（避免人的不安全行为）；对施工现场安全环境布置与安全操作的通盘考虑；施工现场安全管理计划充分交底。但是对于越来越狭窄和复杂的施工现场环境，项目的安全管理人员的缺乏，不充分的现场安全监控都导致现场安全事故的不断上升，但是更深层次的原因是工程项目安全管理手段需要更新和提升。从现代项目管理和控制的角度来看，安全管理决策需要建立在科学信息的基础上。所以工程施工安全管理的突出问题是施工安全数据采集不完整和传递不及时，信息的加工分析和利用不充分，信息的反馈不够及时，以及最终形成的安全知识的重复利用和共享不足，从而导致安全人员的管理决策和控制缺乏可靠的信息支撑。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是将一个建筑项目整个生命周期，从规划、设计、施工到运营维护内的各种信息和建筑的空间三维信息相联系，形成一个多维的数据库。这个数据库通常是在建筑项目整个生命周期内，通过项目各方结合自己工作，提取建筑的三维信息，并将产生的新信息与之相关联而逐步完善的。BIM技术作为建筑业信息化的核心技术，其应用正在逐渐深入，其在建筑企业安全管理方面也存在很大的发展前景。尤其是在安全教育、安全技术应用等方面有很大的应用潜力。

2 施工企业安全管理体系中BIM应用

建筑企业的安全管理体系的贯彻是保证安全技术、安全规程、安全措施等在建筑企业中得以正确实施的关键，并最终建立起安全管理的文化。建筑安全管理体系和质量管理体系类似，都可以最终总结为PDCA循环，包括安全规划、安全计划的执行、安全检查、安全措施的纠正、调整安全计划的过程。建筑施工企业安全管理体系内容不断循环往复，企业的安全管理水平不断上升。

BIM技术在建筑企业安全管理体系的不同方面以及不同阶段均可以不同程度的发挥作用，从而在帮助建筑施工企业不断提高安全管理水平的同时，不断降低安全管理成本，提高安全管理效率。比如可以利用 BIM可视化的特点，提高安全教育和安全交底的效率和效果；利用BIM的虚拟性构建的4D虚拟施工在危险因素的识别、安全措施的可行性方面发挥作用；利用 BIM形成的多维数据库可以将安全管理和企业管理的其他方面信息联通，比如视频监控系统，从而提高安全监控和检查的效率。

3 安全教育与交底方面的应用

安全教育在安全管理体系中至关重要，主要从安全意识方面避免人的不安全行为，也是施工企业安全文化的重要组成部分。安全交底则是在施工前实施的重要安全前置控制措施，也可以认为是安全教育的一部分。

3.1 施工企业安全教育与安全交底现状

现在的安全交底大多是基于安全管理人员或者项目日常管理人员的工作经验，以及基于单个项目当时情况所做的安全风险评估，通常是在整个项目开始前，和技术交底一起做一次安全措施的总交底，然后在每周的例会上，或是一项新工作开始时，项目管理人员向施工队长做安全交底。这时的交底往往效率较低，效果不好，尤其是对于那些对于工地施工缺乏必要背景和经验的工人。

一些大型施工企业在有希望拿国家工程奖（例如鲁班奖）的项目上也利用一些可视化的手段来进行安全教育和营造安全文化，比如设置了安全事故体验区，但是内容较少且单一，多以坠物打击、高空坠落（洞口临边、脚手架跳板不满铺）等场景为主、也使用图片制作宣传栏，甚至使用以往工程事故的视频录像等进行安全教育，收到一定的效果。但是这些措施的使用往往不够生动和全面，且易造成安全管理成本升高。

3.2 基于BIM的安全教育与安全交底

在所有 BIM的特性中，与施工安全教育与交底联系紧密的就是可视化与信息的完备性。利用 BIM的可视化特性可以建立建筑施工3D模型，可以将安全管理设备和物料包含在施工 BIM模型中，可以再现真实的施工场景，令工人身临其境；如果结合进度计划及3D实景漫游可以进行生动有效的安全事故场景“还原”和事故分析，提高其安全防范意识，增强应急处理能力。

这样做的好处是：

①在施工 BIM模型之外无需增加太多额外的工作，相比独立制作安全视频及动画，大大的节省了制作成本；

②基于 BIM的安全管理措施可以非常方便的保存为 BIM族文件、视频文件、图片等格式，可以建立企业自己的数字化安全教育与交底的数据库，施工人员在这种多维数字环境中学习、掌握、演练特种工序和特殊施工方法安全施工方法，特别是现场用电安全培训以及中大型施工机械使用等；

③这种可视化的安全教育和交底的方法，无论施工人员的知识背景和工程经验、技术水平如何，都可以收到很好的效果，甚至可以跨越语言的障碍，用在施工企业的海外工程中。

4 BIM技术在安全技术方面的应用

4.1 基于BIM的危险源识别

基于BIM的危险源识别首先可以基于设计BIM模型，设计BIM模型中主要是工程实体本身的3D数据，包括建筑BIM模型、结构BIM模型、机电BIM模型3个部分，即可综合关联审视，也可单独体系查看。特别是关联审视时使用 BIM模型更容易发现不安全、不合理的设计错误。

施工企业可以基于设计 BIM模型，添加与施工有关的数据、图元等制作成基本的施工 BIM模型，当然如果没有得到设计 BIM模型，施工企业需要从头建立施工BIM模型。不过如果在建立施工BIM模型时一次性建立安全施工 BIM模型也是不现实的，最好是待基本施工模型建好后，对于符合标准的四口、五临边、高支模、大跨度、深基坑等重大危险源进行分类甄别，水平洞口在 BIM模型中可以自动识别，按照一般和重大两种情况分别以警示色图标显示，并在周围增设临时维护，建模后进行信息提取，根据提取的信息再次进行分类和甄选，制定有针对性的措施方案。

编制好的安全施工方案需要随着工程的进行，有工程变更时第一时间进行更新，没有 BIM模型的帮助，这一工作比较繁琐，且容易产生关联错误。BIM模型可以在修改某处后按照事先制定好的规则自动更新相关数据，我们可以对更新前后的 BIM模型进行对比，可辨识新增加的危险源。安全管理工作应以动态的思路进行施工全过程监管，施工 BIM模型可以使这个过程更加的顺畅且可行，并节省时间成本和资金成本。

4.2 基于BIM施工现场安全规划

施工安全最早是在设计阶段就应该考虑的，但是最重要的还是在进行施工现场规划时，将安全问题及解决方案一起考虑。尤其是在当前项目开发商往往设定了非常严格的场地施工空间，周围可供搭建加工场地和材料运输的空间极其有限，给现场施工带来了很大的难度，并且由于各项工作相互穿插影响，管理的交界面和安全责任的交界面很难完全界定清晰，项目安全管理难度较大，从而导致危险源的等级也比较高。

基于BIM的施工现场安全模型，应该包括：

①整个建筑工地平面，地形、周围的街道、周边建筑物、周边管道、高压线分布以及其他建筑工地施工可能会影响到的其他物体；

②建筑工地上临时设施、临时建筑和临时设备，包括项目部活动用房、机械布置（尤其是塔吊、电梯和地泵）、临时水电；

③建筑工地内临时的场地安排，包括施工道路、材料加工场地、材料原材和半成品、料具等堆放地、出入口等；

④安全风险区域的标示，比如利用不同颜色标示不同安全风险等级，更便于识别。

利用 BIM模型分析施工现场平面布置，对施工过程进行 4D施工模拟和多工种碰撞检查，特别是检查各种施工机械、吊车等活动范围与周边建筑物和构筑物的碰撞、各种场地的利用和动态规划、工地道路通行可行性和消防要求、临建房屋布置等方面可能发生安全隐患的因素，在时间和空间上同时策划和调整，若没有 BIM技术的辅助，这种规划几乎不可能完成，显示了BIM技术虚拟施工的优越性。

BIM模型的可视化及较高的沟通效率还有利于集体讨论，可以集中更多的力量投入到安全管理中去。利用 BIM模型编制的安全专项施工方案和施工规划可读性更强，更容易展示企业的施工实力和良好形象。

4.3 基于BIM技术的安全监控与检查

4.3.1 深基坑变形实时监测

随着高层建筑、地下空间利用越来越普遍，深基坑的塌方屡有发生，施工安全问题也日益重要。传统的基坑变形监测工作方式采用人工定时定点进行观测，采集数据，编制成表格，或是形成二维的变形曲线，用文字描述的方式编制成监测报告。项目部对监测结果集中进行讨论，分析变形是否过大或是否趋于稳定，并确定是否需采取必要的补救、抢救措施，使基坑不发生破坏和过大的变形，从而避免事故的发生。这种依靠人工操作，翻阅大量数据，计算测点的每次变形值和累计变形值，判断是否到达风险临界状态。若要计算变形速率，判断是否报警，只能就少数点描绘其单点变形随时间变形轨迹，得以分析变形趋势，做出判断。这样做太耗时费力，容易疏忽漏读，无法看到整个基坑的变形时间趋势，迅速找到危险源。而且其表格对于非专业人员来讲若非经过特别的训练，无法了解其变形数据的含义，不直观且容易造成技术壁垒从而延误危险的发现。

如果利用BIM 技术将基坑的模型和施工进度以及变形值区段的颜色标识一起构建一个5D模型，然后将变形监测数据导入模型，利用软件的自动计算功能进行计算后，整个基坑呈现的是彩色变形立体状态，将临界区域标为醒目的红色，一旦到达此区域，就可以清楚的看到，或是设置报警，一旦达到某一变形数值，则会报警，并提示报警区域，任何人都可以看得明白，因此快速反应。后期还可以利用先进的无线变形传感器或是测量机器人实现全自动的信息搜集，传输进BIM模型进行基坑安全监测。

4.3.2 基于物联网和BIM技术的施工现场安全监控

利用物联网技术可以将电子标签 RFID与 BIM系统进行集成，运用在施工安全监控中，通过对施工现场的安全监控对象（如人、材、机械、建筑构件、安全设备）附着预先设定好编码和信息的 RFID 标签，标签安全信息随着读写器连续扫描通过无线网络传输到 BIM系统，并即时在 BIM3D 或者 4D 模型中可视化动态呈现监控对象的安全状态。例如可对工人的安全帽或者高空作业人员的安全带、身份识别牌、特殊作业人员的位置等进行RFID信息识别，一旦发生危险因素，身份识别牌和信息中心同时报警，既阻止了工人的不安全行为，又能及时地发现安全隐患，避免事故发生。如果将RFID系统和现场的视频监控系统相结合，安全现场监控中心和各参与方管理人员（无需到达现场）便通过 BIM 模型调取相应位置的视频进行实时安全监控。

4.4 基于BIM的施工安全技术应用与展望

随着相关技术的进步，BIM技术作为建筑业信息化的核心作用会更加凸显，其在施工安全管理的效率和效果方面将发挥更大的作用。比如利用无人机技术将工地的实时影像进行搜集扫描，并人工或者自动分辨危险状况并报警，并可将信息自动归档到相应的BIM数据库中，解决视频监控无法完全覆盖的问题。利用 BIM云和高速无线互联网将可以使移动终端也具备高速计算能力，进行信息的快速搜集与反馈。利用可穿戴设备，比如Google Glass，将信息和BIM系统中的虚拟漫游结合，可根据相关人员位置和场景将更多安全信息推送到安全检查人员眼前，从而使得安全检查人员可以实时搜集到足够的安全信息从而进行安全措施的决策。利用移动互联网和手机可以建立随时随地高速沟通的环境，而 BIM将使这一沟通建立在完全3D、4D甚至nD的环境中，并可以和现场施工环境互动，甚至进行直接操作解决安全隐患。

5 结 语

通过应用BIM 技术，建立工程本身和项目管理信息数据库，添加安全管理相关信息，利用 BIM软件的计算、信息联动、可视化等特点，实施基于BIM的4D 建筑虚拟安全施工信息模型的应用，实现施工场地布置、重大危险源自动识别、施工安全动态监控与调整，实现安全管理可视化集成模拟、冲突碰撞分析和安全动态管理等，做到事前预防、事中监控和事后处理全过程安全要素的监控，动员了全员参与安全管理的积极性，提高安全教育与沟通的效率和效果、减少人员伤亡和财产损失。

［1］郭红领，于言滔，刘文平，等.BIM和RFID在施工安全管理中的集成应用研究［J］.工程管理学报，2014，28（4）：87-92.

［2］王世全.浅谈BIM技术在项目安全管理工作中的应用［J］.中国建材科技，2014（4）.

［3］仲青，苏振民，王先华.基于RFID与BIM的集成施工现场安全监控关键技术研究［J］.建筑科学，2015，31（4）：123-128，147.

［4］翟越，李楠，艾晓芹，等.BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究［J］.施工技术，2015，44（12）：81-83.

［5］丁烈云，周诚.复杂环境下地铁施工安全风险自动识别与预警研究［J］.中国工程科学，2012，14（12）：85-93.

TU17

A

1007-7359（2016）02-0267-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.095

尚世宇（1978-），男，河南许昌人，毕业于英国曼彻斯特大学，硕士；讲师，主要从事工程项目管理方面的教学工作。