基于BIM的建筑工程项目施工危险源管理研究

雷丽贞 邓朗妮 廖羚 周峥 苏婷

摘要：为弥补传统的建筑工程项目施工危险源管理模式存在的诸多缺陷，有效提高施工危险源的安全管控水平，适应当前建筑工程项目安全施工发展的需求，将BIM技术运用到施工危险源管理中，辅助其进行可视化管理，结合传统施工危险源管理模式的不足，以事故致因理论为依据简要分析安全事故致因为前提，提出以BIM模型为载体进行了模拟化分类识别危险源和基于危险源的虚拟安全教育的管理架构，以增强项目的施工危险源的管控水平，降低意外事故发生率，实践表明：该管理方式有利于施工项目危险源管理，为相关研究提供参考，

关键词：BIM;安全管理;危险源识别;安全教育

中图分类号：TU714DOI：10.16375/j.cnki，cn45-1395/t，2020.02.008

0引言

近年来我国建筑行业迅猛发展，规模庞大、结构复杂的建筑层出叠现，因此，我国被誉为“基建狂魔”，在创造各项建筑奇迹的同时，建筑安全管理迎来挑战，据住建部对2018年施工安全事故的相关统计，全国发生施工安全事故达698起、死亡人数高达800人，相比于2017年同期事故发生数增加55起，死亡人数增加47人，施工安全事故的发生具有复杂多面的原因，但追本溯源，其发生的根源在于施工危险源的管理不当，因此，优化施工危险源安全管理是建设项目安全管理的重点对象之一，而传统的项目施工危险源安全管理模式是基于二维图纸平面，结合现场施工环境及项目安全管理经验进行，已难以满足当前建设项目施工危险源安全管理需求，运用现代信息技术——BIM技术辅助施工危险源管理是当前的重要研究方向之一，为创新危险源管理方式提供一个新的切入点。

BIM技术自产生以来得到了建设项目管理行业的广泛关注，被广泛应用于开展可视化施工模拟、施工信息化管理、大体积混凝土施工管控等项目的各项管理工作中，将BIM技术运用于施工项目安全管理中研究是BIM技术应用研究的重要应用点，该应用点中包含危险源识别、安全计划与优化、安全规划检查、空间规划、人员疏散、安全教育及培训等基于BIM的安全管理技术，其中危险源识别与管控研究中，邓朗妮等通过二次开发建立基于Revit的施工危险源安全管理平台，实现对安全标识、危险物品等施工危险源管理;侯宇等结合BIM与SCL技术集成进行危险源识别及评价;潘剑峰等运用BIM技术对高层钢结构建筑关键节点危险源识别及危险区划分，还有很多学者也对此进行大量的研究设计构想，不断地将新兴信息技术引入实际建设管理中，其目的就是改善在施工阶段危险源信息交流不到位，安全生产不落实的现状。

通过分析现有研究成果的基础上，以建设项目施工危险源安全管理为研究课题，在简要分析施工安全事故致因后，提出模拟化分类识别危险源和基于危险源的虚拟安全教育两方面管理内容的危险源管理技术路线;并以广西某高层住宅建设项目为例，分析该技术路线在实际工程中的应用。

1施工安全事故致因簡要分析

“轨迹交叉”事故致因理论认为：当物的不安全状态与人的不安全行为在一定的空间和时间上接触时就会导致工伤事故的发生，其模型框架如图1所示，换言之，具体到施工现场，危险源和施工人员的各自不安全因素的存在并不会立即导致安全事故发生，而是需要其他不安全因素激发，例如：未采取防护措施的高层预留洞口，如果施工人员未采取安全措施（不安全行为），即激发，就会造成人员高处坠落事故，因此，施工危险源管理应从“物的不安全状态”和“人的不安全行为”着手，即展开包含危险源识别和基于与危险源的安全教育两方面的施工危险源管理。

2施工危险源管理技术路线

通过对施工安全事故致因简要分析后可知：施工危险源管理应从危险源的识别管理和施工人员安全教育管理着手，从而降低“物的不安全状态”和“人的不安全状态”接触的概率，为弥补传统施工危险源管理的不足，可运用BIM技术辅助管理，危险源管理架构如图2所示。

BIM技术在项目施工危险源安全管理中，以BIM模型为载体，实现各项管理工作的实施，首先，将项目结构模型、建筑模型、场布模型以士0标高为基准进行整合;然后，对危险源类型进行划分，并借助BIM技术强大的可视化和模拟性识别不同施工阶段的危险源，为施工危险源管理奠定可靠基础;最后，借助VR技术展开危险源事故VR体验、突发事故安全疏散模拟、危险源区域施工安全交底3个内容的虚拟化安全教育;以增强施工危险源安全管控水平，为项目的安全建设提供有力的保障，

2.1BIM模型创建

根据该项目的结构施工设计图纸、建筑施工设计图纸，结合相关的技术规范，首先，运用Revit创建项目所需的标高轴网和平面视图、族库、构件等;然后，进行主体结构模型、建筑结构模型以及施工场地布置的建立;最后，对多种结构模型进行整合，形成项目的综合模型。

2.2模拟化分类识别危险源

危险源的存在通常具有隐蔽性、不可预见性、变化多样性和其造成的安全事故具有连锁性的特点[10j.故要进行模拟化分类识别危险源，必须先对危险源的存在形式进行类型划分，然后以危险源类型为依据，采用Fuzor软件进行模拟化分类识别危险源。

2.2.1危险源类型划分

以事故发生的部位和类别为依据，对危险源类型进行划分，详见表1.

2.2.2fuzor危险源分类识别

Fuzor具有较强的虚拟功能，是针对Revit而开发的一款可提供真实VR场景的全能型VR插件，不仅具有关联性和实时性，与Revit间可进行双向实时同步数据，而且具有分析性和仿真性，可进行4D虚拟建造、碰撞检测、漫游和完整的动画创建功能，还具有互动性，支持云端多人进行协同工作交流和移动端工作化采用Fuzor进行危险源分类识别流程如图3所示。

Step1创建安全综合信息模型：基于创建的Revit模型中建立含有危险源综信息的综合模型，

Step2采集危险源信息：通过Fuzor的仿真性创建具有真实性、互动性的VR场景漫游进行危险源信息采集，并以划分好的危险源类型为依据对危险源信息分类识别，这提高了危险源信息集成。

Step3判断危险源是否符合安全标准：以划分好的危险源类型和级别为依据，分析判断危险源是否符合安全标准，若符合，则继续采集下一个危险源信息，否则将对危险源信息进行下一步处理。

Step 4管理者对不符合安全标准的危险源进行批注，通过云端互动与其他负责人进行及时的汇报和交流，以便采取相应的安全防控措施。

Step 5管理者根据己在Fuzor中发现的不符合安全标准的危险源，直接在Fuzor中创建维护构件，再同步到Revit模型中，以提高了危险源信息管理的时效性和保留数据的完整性。

2.3基于危险源的虚拟安全教育

针对传统安全教育存在不直观清晰、枯燥乏味等缺陷，可借助BIM技术可视化、模拟性等优点，对项目开展包含危险源事故VR体验、突发事故安全疏散模拟和危险源区域施工安全及交底3个内容的虚拟化安全教育，以增强项目施工危险源安全管控水平。

2.3.1危险源事故VR体验

针对在主体施工阶段施工人员存在危险源辨识能力低，突发危险处理能力低等安全问题，管理者根据项目的施工图纸，结合现场的施工环境和危险源的存在条件、危险源的类型特点，首先，采用BIM+VR技术模拟施工过程中因施工人员安全意识不足、操作不规范等因素诱发的高处坠落伤害、坍塌伤害、物体打击伤害、机械伤害、触电伤害、火灾伤害等，并具有可视化、真实性、交互性、多元信息深度融合的危险源事故场景;然后，让施工人员亲身体验，进入沉浸式学习环境，切实体验因安全意识不足、操作不规范等因素诱发的危险源事故带来的严重后果，提高自身的危险源辨识能力和突发危险处理能力;最后，分析事故发生的具体原因、过程、后果和总结经验措施，让施工人员吸取教训经验，提高的安全施工意识，预防同类或类似事故的再次发生。

2.3.2突发事故安全疏散模拟

建设项目施工现场作业人员数量一般较多，且他们的突发事故安全疏散意识和能力较低，在突发意外事故时难以进行及时、准确地疏散的软件，导致人员伤亡率增大，因此，突发紧急事故时如何进行突发事故紧急安全疏散成为施工安全管理亟待解决的问题之一，Path-finder是一款用于模拟火灾发生时人员疏散的软件，通过模拟人员进出和运动，利用图形用户界面三维可视化工具进行模拟疏散设计，使得模拟疏散过程更直观明了，疏散结果更清晰，运用Pathfinder进行安全消防安全疏散模拟，为管理者制定突发事故安全疏散预案提供参考和借鉴，使得施工人员更好的掌握紧急安全疏散的方式和路径，实现突发事故安全疏散管理优化，其相应流程见图4。

Step1创建安全疏散模型，将建好的Revit模型转换为DXF格式，导入Pathfinder软件中，对模型中楼板、楼梯出口、安全出口等结构构件进行识别，建立三维信息化疏散模型，Step 2进行模拟参数设定，可结合施工现场的实际情况和项目建筑平面设计图情况，在考虑最不利情况和最高峰作业人员数量的前提下，进行疏散模拟人数设定，同时根据相关规范设定人员疏散速度、身体宽度等参数，Step 3进行模拟运行分析和导出模拟分析报告，并根据式（1）计算出消防安全疏散时间，据现有研究，消防安全疏散时间的表达式为：

2.3.3危险源区域施工安全交底

BIM可视化施工安全交底摒弃了传统方法的不足，针对不同的施工阶段危险源区域对其进行三维可视化安全交底：一是运用NavisWorks等软件将施工现场环境与三维模型进行整合，对复杂节点进行三维展示，并将其相应的安全操作、应注意的安全事项、具体的防范措施、相应的急救措施等模拟成动画上传至760云平台，以便施工人员可以随时通过手机AR扫码获取相关的安全交底内容，加深作业人员相关的安全交底内容印象;二是将各个阶段、各个工序的危险构件、危险区域等危险源以亮色显示，让施工人员结合模型对危险源区域施工情况进行对比查看，提高安全交底的警惕性，以便及时整改各类安全隐患，提高危险源管控水平。

3实际应用分析

广西某高层住宅建设项目总建筑面积为54166.61m²，其中地上建筑面积为16904.15m²，地下建筑面积为16904.15m²，该项目属于高层建筑施工，存在预留洞口、电梯井口、平台临边或阳台临边、楼层临边等多种类型的施工危险源;并且该项目的施工人员多数为农民工，他们对施工危险源的辨识能力、紧急事故安全疏散能力和危险源区域施工安全交底能力不足，给项目的施工安全管理带来了不小的难度，故引入BIM技术辅助施工危险源管理，开展危险源识别和危险源安全教育两方面管理工作。

根据项目的相关图纸进行主体结构模型、建筑结构模型和围护结构模型以及施工场地布置的建立，并对多种结构模型进行整合，形成项目的整体模型（见图5），再通过Fuzor软件进行危险源识别（见图6），危险源防护查看及对比（见图7、图8），项目管理人员可以根据统计的危险源数据，结合项目进度要求，做好相关安全预案，与各类危险源关联存储。

在项目综合BIM模型基础上，展开危险源事故VR体验、突发事故安全疏散模拟和危险源区域施工安全及交底3个内容的虚拟化安全教育：一是采用BIM+VR技术模拟高处坠落伤害、坍塌伤害、物体打击伤害、机械伤害等危险源事故场景（见图9、图10），让工人切身体验学习，以增强安全施工意识;二是采用Pathfinder软件进行紧急事故安全疏散模拟（见图11、图12），为管理人员制定紧急疏散预案提供参考和增强工人的紧急疏散知识;三是采用BIM+VR技術模拟危险源区域施工安全交底内容，提高工人施工安全交底知识水平。

4结论

综上所述，运用BIM技术对项目施工危险源进行安全管理，可有效提高危险源安全管控水平，实现危险源安全管理优化，其具有以下突破性的优点：

1）采用基于BIM的Fuzor进行模拟化识别危险源，可建立三维可视化的危险源识别机制，其显著的功能特性不仅提高了有关危险源数据和信息传递的完整性，还能高效识别危险源信息，从而有效预降低各类伤亡事故发生的风险，强化危险源识别管理水平，进而实现项目施工危险源安全管理优化，

2）采用基于BIM技术展开虚拟化安全教育，通过建立危险事故VR体验，可提高施工人员的危险源辨识能力;通过模拟突发事故人员安全疏散，可让施工人员了解安全疏散的方式及路径;通过进行危险源区域施工三维安全交底，可使施工人员更好地掌握安全交底的内容，从而有效地提高危险源管控水平，实现项目施工危险源安全管理优化。