BIM 技术在安全生产管理中的应用研究

卫中宁

（南京市建筑工程质量安全监督站）

1 引言

在住建部对2019 年全国工程生产安全事故的情况通报中显示，我国房屋市政工程全年共发生773 起生产安全事故、造成904 人死亡，较2018 年同期情况相比，发生的生产安全事故增加39 起、同比上升5.31%；事故造成的死亡人数共增加64 人，同比增长7.62%。

虽然，建筑行业不断通过加强风险评估、安全管理等措施对造成工程生产安全事故的危险源进行辨识、评估及做好预防措施来减少施工过程中可能造成的伤亡事故。但我国大多工程项目仍采用传统的安全管理方式进行管理，其管理效率低下、信息化程度较低，难以满足日益发展的工程建设的需求。同时，时代的发展使工程的建设需求大大提升，导致工程的建设规模和施工难度有了明显的提升，使传统的安全管理模式难以发挥显著的作用。在此背景下，研究科学、经济、合理、有效的新型生产安全管理模型，搭建信息化、标准化、可视化的安全生产动态管理平台，实现对安全危险源的实时监测、预防生产安全事故的发生、保障工人生命安全。提高工程项目的安全生产管理水平[1]。

2 研究背景及主要内容

工程项目安全生产管理的控制重点大多集中于事前的预防和过程的管控，为满足现代化施工技术带来的安全管理目标要求，需采用信息化的手段对信息进行有效的处理及组织，从而改善施工管理过程中安全数据信息的留存、流转和传输，实现信息实时流通和共享，提升项目安全管理的信息化水平[2]。

以BIM 技术为基础，结合相关安全规范对施工安全危险源进行识别与评价，并在此基础上利用Access 平台进行危险源知识库的构建，最终通过Visual Studio 等开发工具及建模平台将知识库与建筑信息模型进行链接，以实现建设工程施工安全危险源管理的优化。

3 建设工程施工安全危险源的识别与评价

3.1 危险源的分类及原因分析

危险源作为触发安全事故的根源，是工程项目安全管理工作中最重要的环节，对其进行科学、系统、全面的辨识，是预防和减少生产安全事故发生的必然方法。从能量释放理论角度出发，对工程项目安全生产过程中常见的危险源及其易发生的部位进行了整理、分类及汇总（见表1）。同时，也对常见危险源的造成工程项目安全生产事故的原因进行了分析[4]（见图1）。

表1 能量源及可能发生部位

图1 事故典型危险源的因果分析图

3.2 工程项目危险源的自动识别

通过采用BIM 技术对工程项目危险源进行自动识别，并基于识别结果进行安全事故隐患整改，有效预防了施工安全事故的发生。基于BIM 的危险源自动识别流程如下三点：

①将项目常见危险源进行数字化转换，使其能够以数据形式流转于管理系统中；

②通过项目安装的感知设备，实时采集危险源处相关隐患信息；

③将采集到的现场危险源相关信息与数据库进行比对分析，从而得到安全事故可能发生的概率及生成需采用的防护及整改措施。

通过利用RFID 无线射频技术、信息传感装置、实时定位技术等来实时感知现场危险源信息，从而自动识别项目施工过程中各危险源的相关信息，系统的危险源自动辨识原理如图2 所示。

3.3 基于BIM 的建筑施工危险源评价方法

危险源的评价就是对危险源带来的危险程度进行评价，并判定其允许存在的范围[5]。本文通过采用“LEC 法”结合危险性大小、发生概率等因素对系统自动识别出的危险源进行评估计算，并得到危险性分值D[6]，即：

图2 工程项目危险源自动识别原理

图3 危险源规则编码图

式中：L为危险源发生的概率；E为人员处于危险环境处的频繁程度；C为危险源发生后的事故严重程度。

4 建设工程施工安全危险源知识库构建

4.1 建筑工程危险源的参数化分析及编码规则构建

本文规整了各相关规范中繁杂的危险源信息，并结合危险源内外影响因素将其规则体系细化为8 个层次，并将各层次信息编译成可供计算机识别的信息编码，最终形成危险源编码规则。同时以危险源参数化划分规则为基础，以脚手架、模板及基坑三个危险源主体为例构建危险源规划划分体系框架及规则编码（见图3、图4）。

4.2 基于建筑安全设计的施工安全知识库构建

为更好的获取DFS 安全知识信息，基于产生式规则的知识表示方法及危险源编码构建规则，以设计阶段相关技术特点为基础，提出了包含设计学科类型、主体的构件设计、多场景下构件设计、构件的约束参数、风险信息、风险规避方案共6 层的分层分类法。同时遵循图6 分类分层法模型，开发了包含危险源监测及解决措施的DFS 安全规则结构 模型。

①针对任何潜在的设计风险设置检查标准；

②描述DFS 所需的设计功能以降低风险（见图5、图6）。

5 建设工程施工安全危险源预警系统构建

5.1 系统构建总体思路与系统架构

工程施工安全危险源管理系统主要由两部分组成[7]：

①对施工安全危险源进行识别与评价，并采用 Microsoft Access 数据库对危险源等施工安全的相关数据和信息进行存储和查询，构建施工安全危险源知识库；

图4 危险源编码规则体系框架图

图5 DFS 安全规则的结构

图6 建筑安全设计（DFS）层次结构

②通过BIM 技术实现对知识库的充分调用。

其危险源动态管理控制思路为：

①对危险源进行系统的辨识；

②依据我国现行相关规范及项目典型案例创建项目危险源安全知识库；

③以项目信息为基础，建立项目BIM 模型并将其与知识库进行关联，从而创建包含项目危险源标准信息的三维安全信息模型；

④通过现场布设的信息采集设备及无线射频识别技术，实现项目安全信息数据的实时采集及上传，并与包含危险源信息的三维安全信息模型进行实时数据比对及分析，实现对工程项目危险源的信息整合及可视化管理（见图7）。

5.2 基于BIM 技术的危险源预警系统

危险源预警系统由危险源监控系统、信息采集系统、基于BIM 的危险源分析系统共同组成（见图8）。其中危险源监控系统包含摄像机、显示器、解码器等辅助设备，实现对现场危险源信息的实时获取。RFID 信息采集系统是通过射频识别技术对施工人员、材料及机械等设备进行实时定位，并将现场危险源信息实时上传至系统。基于BIM 的危险源分析系统是以包含危险源信息的三维模型为基础，结合项目施工进度对采集到的危险源信息进行实时比对分析，从而实现对工程安全事故进行实时预警。

6 结语

本文通过建立可视化的BIM 危险源安全管理模式，解决了传统危险源管理模式效率低、缺陷大、信息化程度低等问题，降低安全事故的造成的损失和影响，有利于针对项目危险源制定预防和控制措施，为BIM 技术在建筑施工中的危险源管理、建筑工程事故预防等方面的应用提供了新技术和研究视角。

图7 基于BIM 的危险源动态控制系统

图8 基于BIM 和RFID 技术的危险源预警系统