基于BIM技术的建筑工程安全管理研究

李宏远

摘要： 随着我国建筑业的蓬勃发展，从业人员增加，建筑安全事故频发发生。BIM技术的发展及在建筑领域全生命周期的广泛应用，有利于提高施工管理水平，改善安全事故频发的现象。文章通过分析国内建筑工程安全事故发生情况以及当前安全管理现状，构建了集成BIM的安全管理应用技术架构，并对其在建筑工程施工阶段的管理应用进行了说明介绍。

Abstract： With the vigorous development of construction industry in our country， the number of employees increases and accidents of building safety occur frequently. The development of BIM technology and the wide application of its life cycle in the construction field help to improve the construction management level and improve the frequent accidents. By analyzing the occurrence of safety accident in domestic construction projects and the current status of safety management， the article constructs a safety management application technology framework integrated with BIM， and introduces its management and application in the construction phase of construction engineering.

关键词： BIM；建筑工程；安全管理

Key words： BIM；construction engineering；safety management

中图分类号：TU17；TU714 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0001-04

0 引言

随着我国经济的不断发展，建筑业已逐步发展成为我国的支柱产业之一，在推動国民经济增长过程中起着至关重要的作用。建筑业作为重要的国民经济生产部门，其最大特点是高流动性，生产工艺过程、作业场地不断变化，就地雇工，使其成为具有高风险性与意外倾向性行业[1]。随着工业化和城镇化建设速度越来越快，建筑业的建设规模正在逐步扩大，建筑领域从业人数也将会持续增加。建筑业的一系列特点使其成为一个高风险和事故频发的行业，建筑安全问题已经成为现在以及未来全世界范围内建筑业最为关心的问题[2]。

科技在发展，时代在进步，建筑领域安全管理也需要采用新技术，新管理方法。BIM（Building Information Modeling）技术目前已应用于建筑全生命周期，从前期方案决策、设计到建筑施工管理，再到后期运营管理全过程中，BIM信息可以从一而终。在建筑设计、施工、运营维护全过程的整个或者某个阶段中，应用3D和4D信息技术，进行协同建筑设计、建筑施工、虚拟仿真分析、工程量计算、造价工程管理、设施运营维护的技术和管控手段[3]。近年来，BIM技术越来越成熟，在国内应用越来越多，在各个领域已经产生了很大的经济效益，同时，BIM技术也给建筑领域提供了新的机遇，在未来的工程建设中，BIM技术将会被大规模使用。

1 建筑工程安全管理现状

1.1 2016年国内建筑工程安全事故情况

建筑业是一个安全事故高发行业，每年均有数百起安全事故发生。截止至2016年全国共发生房屋市政工程生产安全事故634起、死亡735人，比去年同期事故起数增加192起、死亡人数增加181人，如图1、图2所示，同比分别上升43.44%和32.67%[4]。以上数据显示，国内建筑安全事故频发，每起安全事故均会产生不同程度的经济财产损失，甚至产生人员伤亡。每年国内建筑安全事故中都会造成上千人死亡，且安全事故发生几率没有得到有效改善，可见安全问题的严重性。

建筑业安全事故产生原因很多，最常见的有高空坠落、触电伤害、物体打击、机械伤害等。截止至2016年房屋市政工程生产安全事故按照类型划分，高处坠落事故333起，占总数的52.52%；物体打击事故97起，占总数的15.30%；起重伤害事故56起，占总数的8.83%；坍塌事故67起，占总数的10.57%；机械伤害、触电、车辆伤害等其他事故81起，占总数的17.78%[4]，如图3所示。

1.2 国内安全管理现状

随着施工技术水平的提高，建筑安全问题正在逐步改善，但安全管理问题仍有很大提升空间。近年来，建筑业无论是建设规模还是发展速度都取得了明显的进步，对国民经济发展起到了巨大的推进作用，但同时建筑工程施工安全管理问题也越来越突出[5]。建筑工程中的安全管理目标是整个项目实现的最重要目标，建筑施工安全管理不仅关系到施工人员的人身财产安全，还关系到施工企业的荣誉及经济效益，也关系到建筑行业的发展进而影响国民经济的发展。

目前，国内安全管理存在问题较多，主要分为以下几个方面[6]：

①当前建筑工程仍然沿用旧有管理制度，大多工程项目中未全面采用现代信息化管理技术；

②部分建筑施工企业及项目管理人员对施工现场安全管理重视程度不够高，安全教育及交底不到位；

③很多工程项目中所使用的安全管理手段比较落后，需要研究国内外先进的安全管理方式，同时结合国内市场行情，积极推行先进的管理方法和技术工具；

④市场监管力度不够，部分施工工地监理制度等同虚设，没有能够充分发挥监理的监督作用。

2 基于BIM技术的安全管理

安全管理一直是建筑工程实施阶段的重中之重，从设计到施工，每一项新技术、新管理措施的应用，都为安全管理做了铺垫。建立一套良好的安全管理体系，在施工过程中贯彻实施，可以从根本上减少安全事故的发生，将安全隐患消灭于萌芽，并产生良好的经济效益。

应用BIM相关软件构建的模型中包含了待建建筑物的所有构件及施工方案信息，建筑物中的所有相关信息集成了一个相对静态的基础数据库，为施工过程中潜在的危险因素及危险源识别提供了全面且详尽的信息平台。各阶段施工方案与施工进度计划相互配合构成了相对动态的基础信息库，通过对各阶段施工过程进行模拟、场地布置以及碰撞检查，可以施工过程中潜在的危险区域，施工空间、机具间的冲突等安全隐患，提前采取相应措施，排除安全隐患，保障施工过程中的人员和财产安全，减少安全事故产生的几率。

2.1 集成BIM的安全管理应用技术架构

集成BIM的安全管理，需要考虑组织、过程、信息和系统四要素以及它们之间的关系，结合BIM建模过程，从数据层、模型层、应用层三方面形成安全管理技术架构，如图4所示，保证信息有效传递，避免信息断层、信息割裂的现象出现。建筑信息具有异构、离散、海量、复杂、专业和文档化等特征性[7]，基于BIM技术组件建筑工程安全管理架构体系，可以保证信息无损传递，更好地将建筑相关信息应用于安全管理中，保证施工现场安全管理有序进行。

2.1.1 数据层

施工阶段的工程数据可分为结构化的BIM数据，非结构化的文档数据以及用于表达工程数据创建的组织和过程信息。将BIM数据以标准模式进行转化，如IFC格式，形成标准数据库；合同、招标文件等文件以文档形式进行储存，形成文本数据库，存储于文档管理系统中；施工过程中的组织及信息数据存储于相应数据库中。建筑、结构、幕墙、钢结构等相关数据集成交互，存储于工程管理平台，各专业间进行分享，提取出数据库中的安全信息，对相关信息进行分析，提前做好防范工作。

2.1.2 模型层

通过BIM数据集成平台，形成安全信息模型，根据不同需求，可以根据应用需求生成相应的安全信息子模型，如临边、洞口识别模型，脚手架安全模型，机械设备安全辐射模型等。根据施工需要，向应用层各施工管理专业软件提供模型和数据支持，更好地将模型应用于施工安全管理。

2.1.3 应用层

结合工程管理云平台，将BIM模型连同生产的相关子模型，以及相关施工数据上传到云平台，组成基于BIM的建筑工程安全管理系统，进行施工安全与冲突分析，便于管理人员实时掌握施工现场情况，排查安全隐患，如临边洞口是否有工人逗留，机械覆盖区域是否存在交叉作业等。通过基于BIM的安全管理系统，结合其它施工管理系统，可以更好地对施工现场进行监测管理，利用信息化管理平台，掌握施工现场安全动态以及施工人员施工行进路线，及时消除安全隐患，提供安全保障措施，当工人接近危险源时提醒其远离，确保施工现场安全状态。

2.2 BIM技术在施工安全管理中的应用

2.2.1 危险源识别及危险区域划分

工程施工前，建立以BIM模型为基础的危险源识别体系，根据《重大危险源辨识标准》要求，找出所有潜在危险源，如临边防护、洞口、安全通道等，并在工程项目模型信息中予以标注，在建模过程中用不同的警示颜色表示不同危险源的危險程度。通过建立危险源识别体系，可以非常清晰有效地识别施工现场可能出现的危险因素。

在施工模拟过程中，根据危险源体系识别结果，可以将所有危险源按照事故发生几率和事故产生损失量划分为4个安全事故发生风险区，并采用红、橙、黄、绿4种颜色予以标注，根据危险程度指导施工。如起重机吊臂下方及吊臂覆盖区域标记为红色，起重机运作期间吊臂下方禁止站人，吊臂覆盖区域内施工工序暂停施工。建模及危险源标注完成后，尤其是重大危险源，需在施工现场标识牌处张贴公示，让所有施工参建人员了解到整个施工现场哪些部位存在危险以及危险性大小。

2.2.2 安全交底及施工现场安全信息化管理

传统安全交底模式，只是安全负责人对工人简要说明，可视化程度低，工人接受程度不高，一些危险地段施工应该注意的地方亦做口头说明，工人无法切实感受到施工现场的危险性，也无法直观地感受危险源的存在，施工现场的安全隐患无法在工人脑中形成深刻印象。结合BIM技术，将施工现场中容易发生危险的部位进行标识，将BIM模型导入VR设备中，使用VR设备对工人进行交底，让工人对施工现场所发生的安全事故有一种身临其境的感觉，可以切身感受到施工现场危险源的存在。通过BIM结合VR技术对工人进行交底，工人便可更好地对危险源进行识别，将安全隐患存在点及其危险程度深植脑中，施工时远离或接近危险源时提高警惕。通过VR模拟安全事故发生的场景，可以让工人更清楚地了解到身边的危险，以便了解危险发生时如何应对以及如何进行应急处理，保证自身安全。

现场的BIM工作团队将工程危险源在模型上进行标记，安全员在现场指导施工时，可以查看模型上对应的现场位置，查看施工时应注意的问题，对现场的施工人员操作不合理的地方进行调整，避免安全事故的发生。安全管理人员现场巡视时将现场图片实时上传到安全管理平台系统服务器中，挂接在模型上和现场对应的位置，让项目管理人员能够不亲临现场就能实时把握现场施工进度及安全情况，查看现场的安全措施是否到位[8]。

2.2.3 现场平面管理及施工空间冲突管理

建筑工程施工现场尤其是城市内新建工程，施工场地狭小，现场施工难度大，大型机械设备不易施展。施工空间随着工程的进展不断变化，会影响工人的工作效率和施工安全，多个工作面交叉施工会带来各项安全隐患，提高安全事故发生的几率。

利用BIM模型、信息数据库以及管理平台，对现场作业平面进行分析，包括平面尺寸、构件布置、施工线路分析、各类施工材料堆放、机械布置、临水临电、临时出入口等进行分析，通过可视化模拟工作人员的施工状况，可以形象的看到施工工作面、施工机械、施工材料、构配件等的布置情况，评估施工进展中这些工作空间的可用性、安全性，可以提高大大施工效率，降低施工安全风险。

通过BIM模型的碰撞检查及施工模拟，能够很好地分析出施工现场安全事故可能发生几率和事故发生时的严重程度，结合项目自身需求和动态实时调整施工计划，按照不同专业对施工现场空间、机械设施和施工人员的需求，进行平面部署和組织部署调整，进而达到最佳的空间立体规划，最大可能地提高场地利用效率、降低安全隐患的发生[9]。

3 结语

BIM技术在我国正处于蓬勃发展阶段，许多大型、复杂建筑项目均将BIM技术应用于建筑物全生命周期中。随着BIM技术的成熟，未来会有越来越多的工程项目使用BIM技术，将安全管理与BIM技术相结合，可以有效控制安全事故的发生，减少安全事故发生几率。

本文构建了集成BIM的安全管理应用技术架构，在建筑工程施工阶段，应用BIM技术进行危险源识别及危险区域划分、安全交底及施工现场安全信息化管理、现场平面管理及施工空间冲突管理，充分发挥BIM技术在施工中的优势，达到事前预防、事中控制和事后处理的全过程控制和管理。应用BIM技术不仅提高了施工现场安全管理工作的效率，而且进一步提高了工人对施工现场安全管理的理解和认知，以及应急处理能力，从而改善不良的施工现场管理现状，提高安全管理水平。

当前国内BIM技术在实际工程中多用于碰撞检查、虚拟施工等，以及验证工程项目设计的可行性。未来对于BIM的安全管理研究，要理论联系实际，将研究成果有效应用于工程项目中，解决管理不足及沟通不畅等问题，实现项目集成化管理，有效减少安全事故的发生，保障人员及财产安全。

参考文献：

[1]赵挺生，卢学伟，方东平.建筑施工伤害事故诱因调查统计分析[J].施工技术，2003（12）：54-55.

[2]管骊然.基于BIM的建筑生命周期内的安全管理综述[D].北京：清华大学，2012.

[3]何关培.施工企业BIM应用技术路线分析[J].工程管理学报，2014，02：1-5.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部[EB/OL].[2017/1/23]. http：//www.mohurd.gov.cn/index.html.

[5]李海涛.基于BIM的建筑工程施工安全管理研究[D].河南：郑州大学，2014.

[6]薛山.基于BIM的项目工程质量控制[D].河南：郑州大学，2016.

[7]张建平，余芳强，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技术研究[J].土木建筑工程信息技术，2012，04（01）：6-14.

[8]李飞，李伟，刘昭，李智.基于BIM的施工现场安全管理[J]. 土木建筑工程信息技术，2015，07（05）：74-77.

[9]潘剑峰，杜丹，单红波，赵昂，唐俊.BIM技术应用于超高层钢结构施工安全管理研究[J].施工技术，2016（18）：18-20.