基于BIM的高层建筑工程临边及洞口施工的风险控制系统构建

黄林青 赵 馨 廖小烽

重庆科技学院建筑工程学院

基于BIM的高层建筑工程临边及洞口施工的风险控制系统构建

黄林青 赵 馨 廖小烽

重庆科技学院建筑工程学院

本文以某高层建筑工程中的临边及洞口为主要研究对象，在分析建筑工程施工现场特点的基础上，基于BIM （Building Information Modeling）构建高层建筑工程临边及洞口施工的风险控制系统，阐述了系统原理，分析了系统结构由信息存储模块、信息采集模块、BIM信息交互平台三部分组成。

临边；洞口；风险控制；BIM

本文学习并借鉴国内外既有的分析和研究成果，借助BIM及相关技术构建高层建筑工程临边及洞口施工的风险控制系统，用于解决目前现场临边及洞口、人员在终端模型中的定位和风险实时预警，以实现现场临边及洞口施工风险信息化、可视化、自动化的高效控制。

1　临边及洞口施工的风险控制系统结构

1.1系统原理

BIM即建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在处理工程问题中所使用任一多维度（3D或以上）的结构化数据库技术都属于BIM技术［1］。RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术，是一种通过电磁信号进行无线检测的技术［2］。一个基本单元的RFID系统由标签、读写器和计算机信息网络组成，其中，防水、防油能穿透各种介质且具有10M以上信息存储容量的RFID标签，是最适合在建筑施工现场这种复杂环境中使用［3］。因此以BIM为基础，RFID为辅助，互联网为媒介构建临边及洞口施工的风险控制系统。

1.2系统结构的构建

以高层建筑工程中的临边及洞口为主要研究对象，基于BIM构建临边及洞口施工的风险控制系统，分为信息存储模块、信息采集模块、BIM信息交互平台三个部分。

1.2.1信息存储模块

信息存储模块主要是在搭建建筑工程的BIM模型时，预先将分析所得的临边及洞口周边的危险有害因素定义到BIM模型内对应的构件属性中。

（1）风险区域识别。对高层建筑工程中临边及洞口的特点进行分析，基于大量基础资料的整理与总结，现制定临边及洞口风险区域的识别规则，见表1。

表1　临边及洞口风险区域的识别规则

（2）信息存储。通过将对象属性信息转化为BIM数据，以数字文件或数据库的形式存储到BIM模型中［4］。此时，BIM模型不仅包含建筑工程施工现场的3D模型及项目的一般属性信息，而且还包含了施工现场临边及洞口周边危险有害因素的信息。

1.2.2信息采集模块

信息采集模块主要用于施工现场的信息采集，通过RFID读写器不断扫描现场临边及洞口、人员的标签，实时采集对象信息，实现对对象的定位跟踪［5］。信息采集的过程可以分为：RFID标签定义、读写器布设、定位和跟踪三个阶段。

（1）RFID标签定义阶段。由于在施工现场中主要针对人员安全进行防护，且具有活动性强的特点，因此采用低成本、高利用率、可跟踪运用的无源标签作为RFID标签使用。在整个风险控制过程中，不仅需要实时收集人员的安全情况，还要对整个施工过程中的所有信息进行收集，为准确的定位跟踪以及管理人员对风险控制方案进行更为精确科学的设计提供依据，图1为设定的RFID标签空间区域，包含标签集成的信息内容。

图1　标签集成信息内容

（2）读写器布设阶段。将RFID读写器布置在施工现场，可根据本项目现场平面和临边及洞口风险区域的识别规则，结合标签与读写器的识别范围，划分控制区域并确定读写器布设点位。其中，读写器的布设位置可以通过定位算法中距离估计法的原理来确定。距离估计法［6］是利用三角形的特点，通过参考点来估计待定位点位置的算法，主要有三角测量法和三边测量法。三角测量法是通过测量不少于两个参考点所接收信号的到达角度，形成角度的两条直线的交点为所估计的位置，图2为三角测量法。三边测量法是通过测量待定位点到至少3个参考点的距离来估计待定位点的位置，图3为三边测量法。因此，对待定点位置的确定都至少需要三个不同的参考点，所以对施工现场读写器的布设选取平面图中的任意三点，图4为某标准层读写器布设平面示意图。

图3　三边测量法

图4　某标准层读写器布设平面示意图

（3）定位和跟踪阶段。RFID技术操作便捷且系统简便，标签中存储被识别物体的信息，通过读写器识别后传送到计算机进行处理。由于一台读写器可以同时识别一个或多个标签，一台计算机也可同时接受一个或多个读写器传输的信息，因此将它们组合形成定位系统。在建筑施工现场，对每个楼层配备一套读写器，达到对每一层进行定位的目的，并且读取本层标签的位置。由于读写器只能获取标签到读写器的距离信息，因此可将一套读写器分为三个子读写器，通过3个固定的子读写器的坐标确定移动中的人员坐标。将RFID人员信息标签附着于对应的安全帽上，当工作人员佩戴安全帽进入施工现场区域，读写器开始工作，将人员位置数据传送到计算机的同时，也会将子读写器本身携带的楼层及位置信息一起传送给计算机，计算机通过计算确定人员在现场中的位置，并通过BIM模型在计算机中展示人员位置及周围环境，一旦人员进入临边洞口风险区域超出系统预设的安全等级则系统中BIM模型进行精准报警。

1.2.3BIM信息交互平台

采用BIM与RFID结合，信息直接通过RFID与BIM模型进行交互，不仅及时易查找，而且在设定历史信息与环境信息之后也能与整个项目进展关联起来。历史信息存储了系统在整个风险控制过程中发生的一些安全隐患信息，如时间、人物、对应风险位置、处理措施等，对加强管理防范风险起到积极作用。环境信息则记录显示同一环境中，对象与对象之间的联系，有利于全面完整的进行监控，即使风险尚未发生也能知道人员与危险区域之间的距离，有助于提高警惕，预防风险的发生。在RFID与BIM进行信息交互过程中，所有标签信息进行不断存储、更替并作为BIM的安全信息数据库，BIM信息交互平台是已有信息与采集信息的信息交互平台，它进行数据分析与处理、更新与整合、反馈与预警。风险控制过程信息交互流程图，如图5。

图5　风险控制过程信息交互流程图

2　结束语

利用BIM及相关技术，构建建筑施工现场临边及洞口的风险控制系统，有利于改善目前施工现场安全监控手工录入和纸质传递的方式，更能够对临边及洞口周围的各类风险进行有效的、迅速的预测、分析、防范和控制。该系统的构建可以为以后构建多方位、多角度、多方协同的项目施工风险控制系统提供理论基础。

［1］翟越，李楠，艾小芹，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

［2］Chae，Soungho，Yoshida，Tomohiro.Application of RFID Technology to Prevention of Collision Accident with Heavy Equipment［J］.Automation in Construction，2010，19（3）：368-374

［3］Kasi A S，Aouad G，Baldwin A.Lifecycle Management of Facilities Components Using Radio Frequency Identification and Building Information model［J］.Journal of Information Technology in Construction，2009，18（6）：238-262

［4］郭红领，于言滔，刘文平，等.BIM和FRID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

［5］仲青，苏振民，佘小颉.基于RFID与BIM集成的施工现场安全监控系统构建［J］.建筑经济，2014，35（10）：35-39

［6］韩晶.基于RFID标签的定位原理和技术［J］.电子科技，2011，24（7）：64-67