基于BIM技术的施工安全信息化管理应用研究

刘 芳，彭 来，梁承龙，李博勤

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530007）

0 引言

据统计，2017年全国共发生房屋市政工程生产安全事故692起、死亡807人，与2016年相比，生产安全事故增加58起、死亡人数增加72人［1］。安全事故频繁发生，死亡人数居高不下，安全生产形势仍然十分严峻，如图1所示。如何通过有效的技术措施和管理手段降低工程施工阶段安全事故的发生、减少死亡人数是目前建筑施工企业安全生产过程中面临的重大问题，也是影响国民经济可持续发展和社会和谐稳定的重要因素。

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型，简称BIM）技术的出现为建筑产业信息化提供了强有力的支持，凭借着可视化、协调性、模拟性、优化性以及其具有全面的数据信息得到众多设计师、工程师、学者的青睐［2］，为实现建筑全生命

图1 2015—2017年房屋市政工程生产安全事故导致死亡人数对比情况图

周期管理奠定了基础，也让我们看到了安全管理变革的曙光，如图2所示。本文提出基于BIM技术施工安全信息化管理应用研究，结合安全检查标准，基于BIM二次开发对施工现场展示类危险源进行控制管理，优化场地布置，组织三维技术交底，开展安全教育培训，并应用其研究成果，具有良好的推广价值和应用前景。

图2 基于BIM技术建筑全生命周期管理示意图

1 工程施工安全管理现状分析

传统的施工现场由于经常性的露天作业、高处作业及环境恶劣、施工难度大、施工人员安全意识淡薄、安全检查浮于形式、安全防护不到位等原因导致安全事故频繁发生。具体发生事故类型主要表现如图3所示，其中高处坠落、物体打击、起重伤害已占到事故总数的75%，施工安全形势十分严峻。安全事故的发生离不开危险源，危险源是导致安全事故的根本原因，掌握各类危险源的性质、触发因素、存在条件等，对避免和乃至杜绝安全事故的发生有着重要意义，然而传统的安全管理模式主要依据《建筑施工安全检查标准》对现场进行危险源的识别及防护，不够清晰直观，且二维的设计图纸复杂，加上安全管理人员的经验和水平参差不齐以及施工现场复杂多变，给安全管理工作带来一定影响［3］。总而言之，人的不安全行为，物的不安全状态，环境的复杂多变，都会产生各种不安全因素。采取全新的技术手段和管理方式，控制人的行为、物的状态以及环境的影响对指导安全生产具有促进作用。

图3 2017年房屋市政工程生产安全事故类型示意图

2 基于BIM施工安全信息化管理应用流程（如图4所示）

图4 基于BIM施工安全信息化管理应用流程图

3 基于BIM施工安全信息化管理应用

3.1 基于Revit安全管理模块二次开发

在实际施工现场中经常存在因未设置安全标识或者安全标识不明显而导致发生安全事故的情况。所以施工现场要加强安全标识的管理。危险物品，如氧气瓶、乙炔等易燃易爆易挥发的危险化学品是施工常见的危险源。秉承“预防为主，防消结合”的原则，应当做到危险物品存放安置有标准、拿取有记录，这样有助于降低危险，减少安全事故的发生。施工现场作业离不开大型机械设备，使用过程中也存在各种安全隐患，如操作员操作不当，机械维护保养不及时，交叉作业协调不充分等均可能导致安全事故的发生。

基于Revit软件进行自主研发，创建安全管理模块，如图5所示。通过安全信息的添加，如表1所示，创建安全监管模型，不仅可实现三维可视化，同时可利用警示牌管理、危险源信息汇总对上述展示类危险源进行信息统计，实现对施工现场安全标识、危险物品、大型机械三种展示类施工危险源进行信息化管理。

图5 基于Revit平台安全管理模块示例图

表1 危险源参数信息表

3.2 场地布置优化

施工现场复杂多变，人流较多，大型机械进场频繁，同时还受周边建筑和设施的限制，给施工安全生产造成巨大隐患。利用BIM技术，通过可视化、模拟性、优化型等特性对场地设施、机械、临时建筑和人员进行调整和布局，优化场地布置，加强过程动态管理协调［4］。通过Navisworks软件（BIM施工模拟分析软件，可完全承接Revit数据）漫游模拟掌握施工道路规划情况，对于消防通道，通过运用与其他车道不同的颜色以示区分，严禁任何占用消防通道的行为；通过保存视点方式，模拟大型机械进场顺序，减少因机械与周边环境的碰撞；通过动画模拟展示塔吊、汽车吊运行情况，查看是否存在交叉部分，避免调运过程中产生碰撞。与此同时，对于加工棚的安置、材料的堆放、临边洞口周围的防护栏的布置，都可以借助BIM技术进行预先展示，优化布置方案，避免加工棚搭建的不合理，减少材料的二次搬运，避免防护栏的遗漏和安装的不合理，从而降低施工成本和施工安全风险。

3.3 三维技术交底

传统的技术交底是项目部的管理人员和施工现场一线的作业人员一起通过二维图纸、施工组织以及专项方案，并以口头描述的方式传达技术质量要求、施工方法和措施等。这样的交底方式存在较大弊端，不够直观、清晰，作业人员理解时存在较大困难，容易出现理解错误，极易造成施工质量问题和安全隐患，对工程安全极为不利。运用BIM技术对复杂节点进行展示，将施工工艺以动画的形式展现给施工人员观看，清晰、直观，更容易理解。利用“BIM＋VR”增强现实技术实现施工现场的三维技术交底，将虚拟建造的模型与实际施工环境进行叠加，有利于施工指导和质量检查。利用Navisworks软件将3D模型与时间轴相互关联，构成4D进度模拟，将施工的每个阶段，每个工序的危险构件、危险部位等危险源以亮色显示出来，让施工人员查看模型，对应施工现场实际情况，提高警觉性，积极整改各种安全隐患，以减少安全事故的发生。

3.4 安全教育培训

安全教育培训是施工作业前必不可缺少的一项重要环节，使施工作业人员意识到安全生产是工作的第一要务，避免不安全行为导致安全事故的发生。传统的安全教育培训往往设置安全体验区，多以高处坠落、物体打击等场景进行培训，内容形式过于单一，不够生动和全面，且极易造成安全管理成本增加［5］。利用“BIM＋VR”技术实现虚拟施工，创造身临其境的虚拟空间，通过预先设定的各种交互情境，施工人员在虚拟空间中任意操作，再以传感器将信息传递到人的视觉、听觉、触觉，各种感官均受到刺激，使施工人员印象深刻，从而达到培训效果。利用Navisworks进行施工现场突发事件的应急救援模拟，以视频动画的方式展现出来，无论施工作业人员的知识背景、工程经验以及技术水平如何，都可以收到很好的效果，便于施工作业人员理解，使人印象深刻。

3.5 安全检查

基于BIM技术可实现对“安全防护”“安全设施”“安全教育培训”“应急救援预案”等内容进行安全检查。利用BIM技术的三维可视化、优化性等特点，创建安全监管模型，快速识别危险源，并以不同颜色划分危险等级，制定应对方案，减少安全隐患，为后期信息化管理提供准确数据；通过漫游模拟掌握施工现场临边洞口的防护情况及安全标识的张贴情况；基于BIM模型的应急救援模拟，形象易于理解，反映的信息更加全面，给业主和施工人员留下了深刻印象，达到安全教育培训效果，结合应急预案的编制，两者相互配合，相互促进，从而保证施工安全有序进行，降低安全事故的发生机率。

4 案例分析

4.1 工程概况

本工程为柳州市某公共租赁房项目，整个小区共有9幢住宅楼，本案例主要以8＃楼作为其应用研究对象。8＃楼地下室1层，地上18层，建筑总高度52.20m；建 筑 基 底 面 积1 127.27m2，总 建 筑 面 积20 474.6m2。建筑工程等级：二级；建筑结构形式：框架剪力墙结构；建筑结构类别：丙类；抗震设防烈度：6度；设计使用年限：50年。

4.2 应用情况

通过自主开发基于Revit软件的安全管理平台，对施工现场安全标示、危险物品、大型机械等危险源进行实时监控管理；利用Revit软件创建施工场地布置模型进行合理规划布局，杜绝占用消防和应急道路事件的发生；通过BIM安全监管模型的可视化等特性对临边洞口等展示类危险源进行视窗管理；同时借助Navisworks软件进行施工现场突发事件的应急救援模拟，模拟施工人员高空坠物砸伤的应急救援场景，生动形象，易于理解。对现场作业人员进行安全教育培训，得到一致认可，如图6所示。

5 结语

本文通过分析工程施工安全管理现状，提出基于BIM技术的安全信息化管理应用研究，结合具体的工程实例应用其研究成果，结果表明具有良好的应用效果，其应用价值可以概括为：

（1）BIM安全监管模型信息全面且相互关联，可为后期的信息化管理提供准确数据。

图6 BIM技术施工安全信息化管理应用情况图

（2）自主开发基于Revit软件的安全管理模块，能初步实现对施工现场安全标识、危险物品、大型机械等施工危险源的安全管理。信息数据易于统计，可为施工现场危险源的安全管理提供新的技术手段和管理思路。

（3）利用BIM技术的三维可视化、优化性、模拟性等特点对施工现场进行优化布置，优化专项施工方案，配合新一代计算机影像技术“AR”和“VR”进行三维技术交底，对降低施工安全隐患具有重要指导意义，能促进施工安全信息化管理水平的提升，提高工作效率。

综上所述，大力推广BIM技术在施工安全中的应用，控制现场施工安全，加强安全教育培训，提升安全意识，对减少人员伤亡和经济损失具有重大意义。