基于BIM的建筑工程安全管理体系分析——以金通大厦建筑工程为例

符焕新 常州工学院

1 工程背景及实施思路

1.1 工程背景

本次案例研究的对象为金通大厦，该大厦层高为21 层，并将地下4 层的房间设计为停车库，建筑面积达到90 000 m2，地上与地下面积分别为81 350 m2和10 650 m2，主体达到88.4 m，整体地下结构深度更高达到10 m。此外，该工程的地基坑总面积达到1 286 m2，深度为9.9 m，安全等级为二级，而基坑设计属于甲级工程，整体支护性能为二级，抗震度达到8 度。预计工期为两年半，施工现场场地使用空间不大，工期时间相对较短，工程工序复杂程度高。

1.2 项目实施思路

建立在BIM 体系下的建筑安全管理流程是为对工程项目的研究分析，通过模拟的方式演练出来，最后实施控制的全过程。科学合理地将建筑工程周期与BIM 技术相结合，能够有效实现工程实施各个阶段的安全分析和模拟，实现对该工程进程实施全面管理与控制的目的，最终完成安全管理的目标[1]。基于BIM的全寿命周期建筑工程安全管理如图1 所示。

图1 基于BIM 的全寿命周期建筑工程安全管理

2 基于BIM 的建筑工程安全管理平台应用

2.1 基于BIM 的建筑工程决策阶段安全管理

基于BIM 技术工程建设项目决策过程中的安全管理模式实现可视化管理，首先要围绕相关参数和指标进行多个维度的模拟，从而升级到虚拟仿真的目的。如果无法满足工程建设项目安全管理的需求，工程计划在进行优化和调整后，其呈现的信息模拟也是建立在调整后的建筑方案上，以实施全面的安全管理评估，只有工程项目达到安全管理规定时，该工程项目才能够被批准[2]。

2.2 基于BIM 的建筑工程设计阶段安全管理

2.2.1 设计综合信息模型

工程建设项目本身具备涉及面广、涉及工种众多以及涉及学科知识广泛的特点，需要各个部门协同合作才能顺利完成。不同的建筑工程都必须从自身实际情况出发，考虑相应的功能建设，如空间、环境、施工设备、工程结构等方面[3]。本次研究中的对象金通大厦采用协同合作的方式构建科学化与专业化的信息模型，从而构成综合性的信息模型，并在后续的安全检测和分析过程中发挥重要的推动作用。基于BIM 技术构建综合信息模型的具体程序如图2 所示。

图2 基于BIM 构建综合信息模型的具体程序

2.2.2 结构安全设计

在建筑中，其整个结构最为关键。如何保障结构的安全，也是设计过程中最为慎重的内容。在影响建筑安全的因素中，主要涵盖了施工活荷载等。在BIM 结构模型中，可以有效将所有的建筑组件进行模拟，进而了解组件的属性与特性，而对建设工程进行全面具体的信息记录，同时能够进行数据分析、数据管理以及数据调用等功能。针对BIM 有限元分析软件，能够完成结构力学、安全参数的运算分析工作，进而提升建筑的安全性[4]。

针对建设结构复杂程度较高和施工难度较大的工程结构，需要全面验证工程结构方案的稳定性、合理性以及安全性。合理运用BIM技术进行模拟仿真，并对工程设计结构进行动态化的模拟验证，能够为工程设计的安全管理提供切实有效的保障。

2.2.3 设计冲突检测

基于BIM 的安全管理冲突检测能够参与到对工程设计方案的全面检查，支持项目通过工程自检与结构检测、设备检查、建筑检查等多套系统相结合的方式实施交互检查。只有当工程设计全部通过上述冲突检查的内容之后，才能开展下一步流程，否则必须针对工程设计方案进行优化和调整，确保工程设计方案的安全冲突检查最终顺利通过，才能开展接下来的工作。

经过多系统与项目自检的相互碰撞检查后，工程设计方案中发现存在多种管线碰撞的问题，在工程设计人员的讨论和分析后，对工程设计图纸中所有出现碰撞的管线进行优化和调整，进而对工程设计方案进行全面调整。 根据相应的碰撞设计检查，针对BIM 工程设计模型实施深入优化调整，对工程图纸进行重新调整与审核。采用BIM 技术模拟的工程安全管理平台模型在优化更新之后的界面，根据实际情况需要做到随时更新并调整模型的功能。

2.3 基于BIM 的建筑工程施工阶段安全管理

2.3.1 4D 施工模拟

利用BIM 技术通过建设三维模型的方式全面展示工程设计施工图的所有信息，在条件允许的情况下，加入相应的时间轴，实现带有工程节点的4D 模型，以此制订科学合理的施工方案。针对本次研究的工程项目，在施工之前应当利用三维建模的方式围绕各个施工阶段的场地进行合理安排，明确最终场地布置图，该场地合理避免出现重复交叉施工过程中产生的建筑垃圾堆放和原材料运送冲突。另外针对该施工项目采用全程4D 模拟，合理运用BIM技术模拟工程建设过程和竣工成果，通过数字模拟的方式率先达成了预览工程效果，并在此基础上加入了时间节点这一维度，形成了4D BIM 模型。

2.3.2 安全预警系统

在以往建筑工程安全事故的案例中，其中超过80%的安全事故是由于施工人员的不规范施工导致的。可见在实际的施工现场，降低人为产生的不安全影响是安全管理最为关键的内容。在BIM 技术的基础上，针对复杂施工的现场进行监管，极大地提升其优势。

该系统中的定位技术是实现施工安全事故预警的关键基础，综合考虑实际施工现场环境中存在的各类问题，在条件允许的情况下，可以适当将此项技术运用到对施工现场环境的定位中。合理运用BIM 技术对施工现场进行全程监控和定位，能够对施工设备和施工人员进行高效管理，其在安全管理层面发挥的作用主要涵盖以下几点。

（1）机器操作权限验证。该施工现场的施工机械设备装置通常需要使用二维码编码，其中涵盖了各类关键速成信息。操作人员正常施工的情况下，系统收到该设备发出的确认信息，从而确认施工人员操作是否是规范。一旦施工设备在没有经过授权的施工人员手中工作，系统会向相关管理部门发出预警信息，同时对没有经过授权的施工人员发出警告。

（2）施工人员危险位置判定和预警。运用定位系统对施工人员和设备进行定位，能够快速获取施工人员和设备的具体位置，同时对各自所处环境的安全性能进行判定与评估。一旦出现安全隐患，就会及时发出预警信息和警报。例如定位系统需要计算出施工人员所处的位置是否处于危险范围，并计算出明确的安全临界值，一旦双方距离持续缩小，系统会在第一时间提示施工人员，实现实际施工现场的安全预警工作。

BIM 技术针对施工人员的安全隐患发出警报。根据安全防护情况、机械设备信息以及操作权限等基础信息，以此判断员工在现场中的安全范围和极限位置。但在使用过程中，依然存在部分安全隐患区域不能快速识别、施工人员个人信息提示不当等问题[5]。

2.4 基于BIM 的建筑工程运营阶段安全管理

2.4.1 运营安全监测

合理运用BIM 技术不仅能够有效达到建筑工程在施工之前进行建模的目的，而且能够在施工过程中通过4D 建模进行相应的模拟和改善。另外，BIM 技术在针对施工安全监测方面起到至关重要的积极作用。建筑物利用预装的监控摄像头本身就是合理运用监控技术的重要措施。科学合理地将监控摄像与BIM 模型有机结合，操作者通过操作BIM 模型虚拟摄像机，以此将建筑物中摄像机拍摄的画面调取出来，从而得到实时监控画面。在条件允许的情况下，可以利用大屏幕显示建筑中全部的监控视频画面。合理运用实时监控和可视化的管理模式不仅能够及时发现安全生产隐患，同时能够第一时间定位安全隐患的具体位置信息。

2.4.2 火灾消防管理

BIM 可以设置有效的数字环境，并且所有和建筑物安全相关的信息都能够进行模拟处理。操作人员能够运用BIM 技术对不同火灾现场和救援信息进行全程模拟，同时模拟火灾出现的原因，从而准确探寻起火原因和起火点。利用BIM 技术，协助管理施工现场消防、运输，必须有专业人员对施工现场的消防设施采取常规性的维护与检修。通过BIM 技术能够全面模拟消防设备的所有信息，并与二次开发的安全管理系统相结合，将消防设备和智能传感器等设进行统一，从而形成CPU。一旦施工现场出现火情时，CPU能够通过BIM 模拟的模型中检测并抽调出消防设备的所有信息，从而及时启动灭火和警报系统。

3 结论

基于BIM 的建筑工程安全管理平台，针对现场施工的安全进行管理，并且涵盖了从决策到运营的全部环节。运用BIM技术进行动态、空间以及火灾等情况的模拟，有效实现对工程建设的全程安全管理，为施工人员和工程设备提供切实有效的安全保障。