基于BIM的高层建筑施工安全风险管控关键技术研究

张子龙

(广州市建轩资产管理有限公司 广州 510080)

0 引言

据不完全统计，2010—2018年我国年均生产安全事故起数约500起，年均死亡人数700人。8年间共发生232起较大及以上事故，造成932人死亡，安全生产形势十分严峻，具体见图1。

图1 建筑施工生产安全事故统计

经典风险理论认为风险是事故发生的可能性和其可能造成后果的严重程度的耦合。风险管控的研究目前主要集中在3个方面：①从体系建立的角度，根据PDCA理论研究如何构建风险管控机制[1]；②针对某一个或几个点(作业活动或设备设施)，研究如何通过监控监测实现及时预警；③从风险辨识、分析、评估、管控的程序着手，研究如何根据风险评估结果分级制定风险防控措施[2-3]。总的来说，笔者认为关于风险管控基础理论的研究已较为完善，缺乏的是如何通过智能化手段确保风险管控体系的有效运行，即实现安全风险实时动态评估及预警、风险管控措施的有效落实。基于此，笔者以高层建筑施工为例，首次将BIM(建筑信息模型)技术引入建筑施工安全风险管控，实现风险的实时辨识、评估、分级，并通过现场实际与实时风险模型的对比实现风险的及时预警与闭环整改。

1 建筑施工安全风险BIM云建设

建筑施工安全风险BIM云即是将建筑施工安全风险辨识、分析、评估结果及管控措施与建筑施工BIM建模结合，通过广域网或局域网可被硬件及软件进行功能级调用，实现数据的计算、储存、处理和共享的平台。建筑施工安全风险BIM云主要包括3个步骤：施工安全风险知识库构建、基于BIM的建筑施工模型库构建以及完成知识库与模型库的智能联系。

1.1 建筑施工安全风险知识库构建

建筑施工安全风险知识库的构建主要包括3个步骤：①安全风险辨识、分析，形成辨识清单；②安全风险评估，形成分级清单；③安全风险管控措施研究，形成措施清单。

1.1.1 建筑施工安全风险辨识、分析

从高层建筑施工风险管理的角度出发，依据全面覆盖和不交叉重复的原则按照“分部工程—子分部工程—分项工程—施工工序”将高层建筑施工安全体系进行细分(如图2所示)[4-5]，采用工作危险性分析法(JHA)进行风险辨识，如表1所示；对于没有明确工序划分标准的作业活动以及静态的设备设施(如临建设施、起重机械)采用安全检查表法(SCL)进行风险辨识，如表2所示。

表1 作业活动风险辨识表(示例)

表2 作业活动风险辨识表(示例)

图2 建筑施工安全风险辨识体系

1.1.2 建筑施工安全风险评估与管控措施

在充分考虑高层建筑施工特点的基础上，笔者采用定性和定量评估相结合的方式对建筑施工过程进行安全风险评价，该评价过程主要分为两个阶段：第一阶段为定性初筛，第二阶段为定量评估。定性初筛的目的是：根据所确定的指标直接将可忽略的风险先行筛出，让定量评估更具针对性。在定性评估后，使用风险矩阵法和RIF评价法(灰度分析、模糊数学和层次分析法结合)针对剩下的风险事件进行定量评价，具体评估流程如图3所示，风险评估清单见表3。

表3 风险评估清单(示例)

图3 风险评估流程

在确定风险清单、风险等级之后，根据风险等级从人、机、环、管四个方面逐条制定风险管控措施，形成风险管控措施清单。至此，风险辨识清单、风险评估清单、风险管控措施清单共同形成建筑施工安全风险知识库。

1.2 基于BIM的建筑施工模型库构建

根据安全风险辨识、分析、评估和管控的需要，从建模精细度、名称定义、参数项、拆分等方面，从宏观角度按照工程进度阶段，微观角度按照风险辨识清单“分部工程—子分部工程—分项工程—施工工序”，定义建模构建的分类参数和非几何信息。然后利用Revit、Navisworks、Bentley等专业建模软件进行BIM建模，见表4。

表4 BIM建模构建分类(示例)

同时，为了确保构建的基于BIM的建筑施工模型库与风险管控软件系统的对接，补足传统的C/S客户端在调用、共享BIM模型库时必须安装专业建模软件、对硬件配置要求高的不足，笔者通过对BIM模型进行轻量化处理，以构建便于与安全风险管控数据信息共享的建筑施工BIM模型库。笔者主要通过以下3个步骤：①数模分离。将BIM模型的几何数据(二维、三维模型数据)和非几何数(构件属性数据等相关业务数据)进行拆分，供风险管控相关软件分析和使用；②几何数据轻量化处理。对剥离了非几何数据后剩下的三维几何数据进一步进行优化，以降低几何数据的体量和后期客户端电脑的渲染计算量，从而提高BIM模型下载和渲染的速度；③三维几何数据在安全风险管控软件系统中的实时渲染。相关建筑施工BIM建模示例如图4所示。

图4 建模施工BIM建模示例

1.3 知识库与模型库关联(BIM云建设)

将宏观方面按照工程进度、微观方面按照分部分项工程以及作业工序建立的建筑施工安全风险知识库(辨识、分析、评估结果及措施清单库)与同样按此分类规则建立的建筑施工BIM模型库的几何参数及非几何参数一一关联，并编程接口程序，形成建筑施工安全风险BIM云，风险知识库与BIM模型库关联关系见表5。

表5 风险知识库与BIM模型库关联关系(示例)

2 施工安全风险管控

基于BIM技术的建筑施工安全风险管控，通过构建建筑施工安全风险BIM云，将动态的风险源转变为随工程进度、工序实时颜色转换的可视化模型，同时将风险管控措施模型化，通过现场与可视化模型的对比判断，确保安全风险及时预警、风险管控措施切实落实。

通过BIM开展建筑施工安全风险管控主要通过应用软件实现4个步骤：①现场人员在风险管控软件移动端和PC端通过智能手机、平板电脑、视频监控巡查现场安全风险源，采集现场数据上传至服务器；②调用BIM云中的风险源信息(风险辨识清单、风险评估清单、风险控制措施清单)与现场采集的风险源情况进行对比，判断风险等级、风险控制措施落实情况；③对于风险控制措施未按照BIM云中的风险控制措施清单落实的作业活动、设备设施，在BIM模型中进行可视化报警，同时通过电话、短信、邮件向相关人员发送预警信息；④经判断为安全风险管控措施不到位的作业活动、设备设施，自动关联相应BIM构件发起隐患整改流程，督促相关责任人落实整改、整改复查。基于BIM云的建筑施工安全风险管控拓扑如图5所示。

图5 基于BIM云的建筑施工安全风险管控拓扑

3 结语

(1)实现了建筑信息模型(BIM)技术在建筑施工安全风险管控中的应用，并以高层建筑施工为例进行了详细阐述。

(2)宏观上按照工程进度、微观上按照作业工序，将风险辨识、分析、评估清单及管控措施清单有机整合成建筑施工安全风险知识库；同时，按照同一维度进行建筑施工BIM建模，并通过安全风险知识库和BIM模型、工艺参数的一一关联，构建建筑施工安全风险BIM云。

(3)在建筑施工安全风险BIM云的基础上，对如何利用BIM技术开展风险管控做了研究。