BIM技术在工程施工安全管理中的应用展望

唐靖武，夏冰冰，孙少秋，范 蓥，李凯馨

（中建一局集团第五建筑有限公司，北京 100024）

1 研究背景

安全是现如今各行各业都不能忽视的问题，没有安全生产做保障，经济与社会效益也只是空谈，尤其是对于建筑施工行业来说，安全生产不仅彰显着企业的对外形象，更是企业效益的根本保障。因此，将安全管理贯彻落实，做好安全文明施工依然是建筑施工行业的重要课题。

近年来，许多学者对BIM技术在建筑工程安全领域的应用进行了研究。UWE R在十年前提出了使用BIM的能力，配合工程模拟（如火场、浓烟）来探究建筑条件影响人的灾害疏散行为的博弈方法。卡尔拉等人通过工程实例分析，认为BIM技术在安全管理和事故控制中拥有很大的潜力[1]。BIM技术能够促进团队成员的沟通交流，加强合作；能够提高安全教育的效果，促进落实安全管理策略。李海涛研究了基于BIM技术的建筑工程安全管理问题，并基于其特点分析了其在安全管理过程中的适用性，建立了相应的施工管理模型[2]。郭红领等人结合BIM虚拟模型和GPS等技术，探讨如何对现场施工人员的不安全行为进行事故预警[3]。

综上，应用BIM技术对工程施工现场进行安全管理具有可行的理论基础和重要的现实意义，是一种现代化的施工安全管理方法。其不但能够让现场施工人员和项目管理人员增强风险防范意识，还能优化施工安全管理程序、提高安全管理工作的效果并有效地控制安全事故发生的概率。

本文将从“人、机、料、法、环”五个施工安全影响因素着手，在分析传统管理模式的不足的基础上，结合BIM技术的特点分析其优势，并探究其在项目施工安全管理过程中的思路和可行性。接下来将参考多个工程案例，并结合所在项目的实际情况制定BIM安全管理策划方案，整理基于BIM的安全管理框架。

2 BIM安全管理应用分析

2.1 安全管理关键环节

大多数工程具有工期紧张、参与单位多等特点，工程协调管理具有一定的难度，也相应地增加了管理中产生疏漏的情况，发生安全问题的风险。一般来说，在施工组织和安全相关问题管理上有以下几点需要进行把控：①施工现场占地面积大、总平面布置较复杂，还要兼顾使用功能和节约用地、合理用地的要求，往往会存在考虑不周而遗留安全隐患；②多个流水段交替施工时，交叉作业面上临边洞口等防护措施容易遗漏；③存在群塔作业的工程，在近距离施工作业中可能会发生碰撞，因此安全防范至关重要；④土方阶段基坑临边防护、边坡支护等方面的安全管理要求高。

2.2 BIM在施工安全管理方面的优势

传统建筑工程施工安全管理之中存在着许多问题，归结起来可以从“人、机、料、法、环”五个方面进行分析。也只有明确各个方面的问题，才能凸显出BIM应用的优势所在。

在“人”的因素中，“人”主要是指施工作业一线人员，其往往是事故侵害的直接受害者，但实际上他们的安全意识、自我保护技能往往是最低的。他们对于安全生产的概念没有足够的认识，在生产中“嫌麻烦”、自以为是或是抱有侥幸心理，违反安全操作规程进而导致安全事故频发[1]。因此，施工现场安全教育是安全管理的重要环节。

“机”的因素主要是指越来越多大型、复杂的施工设备所带来的不安全因素。实践中机械设备使用和维护管理不善造成的事故屡见不鲜。另外，复杂的现场环境使得机械设备与作业人员有大量的交叉，埋下了事故隐患。

“料”的因素一方面是指材料本身的质量和性能可能导致安全隐患，例如现场存放的腐蚀性、爆炸性化学材料，在运输和使用过程中具有一定的危险性并可能诱发其他灾害；另一方面是指材料的周转、运输和堆放不合理可能给现场造成的坠物打击等隐患。

“法”的因素是指施工工艺可能存在的安全隐患。一方面，在进行施工工艺必选时，综合考虑安全、效率、难度、效益等各方面因素；另一方面，是否充分到位地进行各级交底，使得施工过程中的安全隐患得以明晰、安全措施得到落实，也起到至关重要的作用。而第二点在实际工程管理中往往流于形式，没有起到预期的效果。

“环”的因素是指对施工作业中的安全起到重要作用的环境因素，例如临边洞口、堆放杂物的外架等。由于项目的复杂和工序的穿插，往往造成环境危险源得不到快速准确、充分完整地识别，留下安全隐患。

而BIM为建筑施工安全管理提供了新的思路，其优势可以体现在安全管理的各个阶段和各个方面。BIM技术能够通过资料共享，形成一个关于本工程的系统数据库，帮助实现全生命周期的管理，使管理质量得到提升，管理方案得到优化，最终使安全得到保障。利用BIM技术进行施工过程模拟、碰撞检测以及进行可视化安全教育，能大大提高安全管理水平。其优势也可以概括为几个方面，即“可见性”“可模拟性”“非静态性”“协作性”和“迭代性”。

2.3 BIM在安全管理中的应用

2.3.1 施工现场布置

对于施工现场，尤其是有创优目标的工程，现场布置合理有序至关重要。需要综合考虑材料、设备机具、安全通道、作业区等的布置。随着BIM技术在国内的推广与应用，大批国产施工现场布置软件崭露头角，在实际应用中取得了良好的成效。以广联达的相关软件为例，其能够结合现场信息和实际项目需求进行模型的生成，并利用优于二维图纸的三维可视化效果，对施工现场深入细致地进行合理性评估与分析，优化布置方案、消除不安全因素从而防患于未然。

2.3.2 危险源识别

要做好项目安全管理策划，危险源的准确识别和风险的有效控制无疑是重中之重。现场检查临边危险的传统方法是依靠安全员等现场观察，因此较容易受现场复杂施工环境影响，导致危险源遗漏。应用BIM技术可结合常见的危险源类别和本项目的实际信息，建立规范的安全防护模型导入到revit等模型中，制订并不断完善防控措施。例如，对于土方开挖过程中的违规操作和防护不到位造成的坍塌，可以利用BIM相关软件进行开挖前的施工模拟，规划合理的开挖顺序，并做到实时监测；对于临边防护作业中违规操作或防护不到位造成的高坠事故，可以应用BIM技术提前对模型的防护部位进行识别检查，并在现场实施防护到位，实时跟踪。

2.3.3 塔吊冲突管理

为在塔吊布置时能够细致全面地考虑各个因素，避免交叉碰撞等事故的产生，可以在软件中设置一系列参数，如运行时间和轨迹参数等，对塔吊的运行进行模拟分析，结合分析结果，迭代修改塔吊的运行方案，确保消除隐患。

2.3.4 施工场地动态布置

传统的场地布置方式是二维的、静态的，随着越来越多的项目单体较多、施工作业交叉频繁，发生机械、车辆运行时与临建碰撞事故的可能性越来越大。因此，在三维模型中放置机械、车辆等模型，检查是否与临建、堆场等发生潜在碰撞，已是合理场布、科学规划的最优方法。

2.3.5 综合管线碰撞

管线碰撞和洞口预留一直是施工现场的重大问题，往往造成工期拖延、成本增加等重大的后果。利用常用的Navisworks集成各专业模型后，借助可视化的BIM模型，进行碰撞测试，可根据测试结果提前做出管线避让和预留洞口优化方案，创造良好的效益。

2.3.6 安全交底教育

突破传统的安全交底和教育模式，采用更直观、更高效的BIM动画技术交底，可以再现真实的施工场景，达到身临其境的效果，能够让施工人员更加明晰危险源和需要关注的地方。还可以在各个部位粘贴二维码信息，利用云平台根据工期进度实时更新危险源等信息。

3 结论与展望

随着越来越多的施工项目具备工程量大、交叉作业频繁、施工时间跨度大等特点，在未来施工安全管理面临的挑战也会越来越大，需要先进的管理理念和技术工具来加强安全管理，降低项目的安全风险。而BIM的理念以及相关的技术无疑会担任起这一历史使命。就目前而言，BIM已经在安全管理当中发挥了重要作用，但是也需要意识到，BIM技术还有许多不成熟之处和应用局限，仍需科研人员、管理人员和现场一线工程人员共同努力推进BIM技术的更新迭代。