BIM 平台在安全风险管理中的应用研究

布永忠，刘庆丰，杨铭，王浩任，马星

（1.石家庄市轨道交通集团有限责任公司，河北 石家庄 050035；2.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）

0 引言

党的十九大以来。此时，我国社会主义建设进入新时代，城市轨道交通建设进入新一轮高潮，住房和城乡建设部适时提出“质量提升行动”和“建筑施工安全专项治理行动”，标志着我国城市轨道安全风险管理进入全面第三阶段。轨道交通工程建设周期长、运营效率低、运维管理难度大是城市轨道交通行业的弊病，随着城市城市轨道交通建设向着“超长、超深、超大”方向发展，工程建设难度进一步加大。随着线网密度增大，穿越既有线、既有站的概率和频率增加，风险管理难度进一步加大。在全社会环保治理、生态保护高要求下，工程建设环境更加苛刻；受前期拆迁、重大政治活动、蓝天保卫战等影响，导致工程建设有效工期受到很大影响。地域范围进一步扩大，地质条件进一步复杂多样，对城市轨道交通风险管理提出了更高的要求[1]。BIM 技术在工程建设领域逐渐应用，可以实现信息化资源的动态分配，打破各系统之间的“数据孤岛”，构建信息共享、实时交互的城市轨道交通信息化平台成为必然趋势[2]。

BIM 数据集成应用平台是基于三维数据库扩展BIM 技术在轨道交通施工安全风险管理中的应用，研究施工进度、成本、材料、场地的动态模拟方法和优化控制模式，应用BIM、3D-GIS、物联网技术及信息化技术对精细化管理进行深入研究，达到宏观管理和精细化管理相结合、信息管理和信息应用相结合、动态监测和实时评价相结合的目的，致力于轨道交通行业，通过研究基于BIM 数据集成与管理平台，创建安全风险管理模块，实时监控管理施工场地的部分危险源，可全面查询和提醒风险的通过状态和预报警信息工程[3]。

1 工程概况

1.1 线路概况

北京轨道交通19 号线，位于北京市西部地区，南起大兴区海子角地区，北至昌平区沙河地区，线路站间距大，速度目标值高，采用A 型车8 节编组，全线最高速度120km/h，是一条穿越中心城的大运量南北向快线。一期工程线路全长22.4km，全部为地下线。共设车站10 座，车辆段一座。19 号线一期工程线路穿越中心城区，多次下穿既有线，途经道路狭窄、管线密集地区，线路埋深大，风险性高；工程施工作业面多、工程量大、工期以及施工场地紧张，整体部署、资源调配及项目管理难度大；将BIM 技术与工程自身特性相结合，创新性解决城市轨道交通建设过程中的技术与管理难题是必然要求与应用趋势。

1.2 实施模式

北京轨道交通19 号线一期工程建设过程中的BIM 应用是采用建设方主导、BIM 总体管理、各方参与的组织模式，通过开发城市轨道交通BIM 数据集成与管理平台，建立19 号线一期全线风险工程的三维数据库，实现所有风险工程三维可视化，与建设管理公司既有风险管控系统对接，支持工程风险数字化管理。结合动态施工进度信息，可全面查询和提醒风险的通过状态和预报警信息。

2 风险工程概述

2.1 风险工程分级统计

初步设计阶段风险工程分级情况汇总：19 号线风险工程共有环境风险1117 处，其中特级环境风险工程20 处，一级环境风险工程339 处，二级环境风险工程393 处，三级环境风险工程365 处。自身风险工程共有263 处，其中一级自身风险工程93 处，二级风险工程109 处、三级风险工程61 处。

全线工点经统计共有建（构）筑物风险工程435处，其中特级风险20 处、一级风险工程113 处、二级风险工程95 处、三级风险工程207 处；管线风险工程共有657 处，其中一级风险工程210 处、二级风险工程292处、三级风险工程155 处；桥梁风险工程共有25处，其中一级风险工程16 处、二级风险工程6 处、三级风险工程3 处；自身风险工程共有263 处，其中一级自身风险工程93 处，二级风险工程109 处、三级风险工程61 处。19 号线风险工程分级统计如表1 所示。

表1 19 号线风险工程分级统计

2.2 风险管理体系

工程建设安全风险管理实行三层管理，即公司层、项目管理层和项目实施层。公司层由公司领导、技术委员会、安全监控中心、规划设计总部、安全质量监察总部、总工程师办公室、合同管理总部、计划调度总部等公司相关职能部门组成，全面负责工程建设全过程的安全风险管理工作。

项目管理层为各项目管理单位，由主管领导、风险监测部及其他相关职能部门组成，全面负责所辖线路的安全风险管理工作。

项目实施层为与公司签订合同、参与工程建设任务的各相关单位，勘察、设计、施工、监理、环境调查、检测评估、第三方监测和安全风险咨询单位需按照法律法规、技术标准规范、合同文件和本体系规定进行安全风险管理工作[4]。

3 BIM 风险管理

BIM 风险管理需全员参与，每个职能部门提供的风险信息的侧重点不同，根据风险的分类和层级，分为三层巡视，第一层为日常风险巡视、第二层为指派风险巡视、第三层为专项风险巡视。

以不同目的和不同途径收集风险信息。风险信息通过移动端进行现场鉴定，通过可视化的处理实现隐患的可视化定位、查看。风险巡视过程对风险的状态进行拍摄照片和视频，同时记录处理状态，根据情况下达问题整改通知单。

4 BIM 平台功能设计与平台实现

4.1 BIM 数据集成应用平台功能设计

平台通过运用地理信息系统（GIS）、建筑信息管理技术（BIM）、云计算、物联网等信息化技术，以大数据为支撑、BIM 为核心，围绕城市地下空间地铁工程建设全生命周期，建立BIM 集成应用平台。以施工项目部为项目执行主体，组织各参与方实施。通过对城市地下空间工程信息的全面智能感知和数据处理，作用于项目建设全过程风险管理，实现各专业、各部门间的协同工作。

BIM 集成应用平台的三维引擎支持TB 级的地形、影像数据、1000 万以上对象数量的矢量地物、文字标签、城市级别（1000 平方公里以上）的精细模型、TB 级倾斜摄影数据、百万级别管网等海量数据的流畅加载与显示，支持全球、城市、街区、室内不同范围场景平滑浏览。

在浏览器端与移动端实现大体量BIM 模型、GIS模型、实景模型等数据的浏览、属性查看以及漫游、剖切、批注等功能。利用浏览器或移动端对BIM 平台上的模型、文档及关联的业务数据进行访问及交互操作，实现高效、简洁的使用和消费BIM 数据的目标[5]。

4.1.1 功能定位

（1）线路级统计，可视化线路切换、信息查看、在施作业面统计、工点施工进度、预警统计、施工风险统计、摄像头统计。

（2）点击详情，BIM 场景中地面半透、在施作业面闪烁、预警闪烁、图表与BIM 场景快速交互、摄像头分布。

（3）业务级功能，风险工程通过情况列表、预警列表、视频监控画面、巡视详情等。

4.1.2 风险功能特色

BIM 数据集成应用平台集成全线模型数据：周边建筑物、市政管线、场地临建、城市道路及附属设施、轨道交通施工模型，模拟真实的工程建设环境。

契合轨道交通工程建设相关施工方的业务需求，通过接口集成安全数据，实现BIM 平台与安全风险管理系统一体化集成，实现安全风险管理系统与BIM 平台的数据共享，实现风险监控平台监测数据、风险源数据等在BIM 平台的三维展示。

按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级风险级别，在平台上标记出项目的风险源的位置，通过地质模型和隧道盾构模型等进行高亮展示。与北京轨道公司既有风险管控系统和隐患排查系统对接，读取各类风险监测数据并进行三维查询、展示和提醒。结合三维进度模拟，进行风险工程的动态管理。

4.2 二、三维数据对接

根据工程施工的现场需要，建立施工监测类型数据接口（如地表沉降、拱顶沉降、洞内收敛等），从既有的施工安全风险监控系统读取第三方监测数据。从而达到施工监测数据及第三方监测数据集成。

结合BIM 技术三维可视化以及GIS 技术大场景真实再现的特点，优化工程信息、监测点位置、监测信息等的优化显示。实现在系统上分层次、动态、突出展示安全风险监测信息。

（1）模型构建。根据风险监测点平面布置图，在Revit 软件中建立地表沉降、桩顶位移等各类监测点模型，要求与北京轨道交通工程施工安全风险监控系统中测点图一致。

（2）添加监测点编号。将监测点族文件放置在相应位置后，为监测点模型添加编号，选中模型，在“注释”添加编号。

4.3 基于BIM 平台的安全风险管理

目前施工现场的安全管理以风险源和风险状态管理为主，未考虑到人员、机械等动态因素。

BIM 平台实现录入风险工程信息，直观展示风险源与周边对象的位置关系和风险源的详细信息（管线埋深、材质等）。风险源与工程进度的关系能准确表达，避免在管理过程中耗费了大量的人力和精力。解决由于二维条件的限制，许多重要的数据无法表达：如地下结构监测数据（隧道拱顶沉降、收敛，桩体水平位移，明挖多层支护的应力，市政管线沉降）。

（1）风险录入。在三维模型中赋予工程信息，增加自身风险和环境风险数据，可根据施工时遇到的风险工程自定义上传风险工程，并且对风险工程发生状况记录。

（2）预报警信息查询。预警统计：对项目所有产生的预警进行统计管理，可按照标段、预警等级、预警类型和预警单位等进行搜索和统计。

（3）风险监测。通过测点库进行测点三维化，解决二维表达Z 轴方向数据信息困难的痛点。

对接二维风险系统测点实时预警数据与监测曲线；基于对接数据，通过测点编号与模型数据关联，关联后在三维场景下实时展现测点预警统计情况与分布情况；针对每一个测点模型均能直观反映出其预警信息、沉降信息，实时调取监测曲线；针对全线测点模型，能直观反映其与监测对象之间的相对位置关系。

4.4 基于BIM 的移动端

4.4.1 隐患排查业务流程说明

在系统平台中进入环牡丹园站工点，选择“现场管理/质量跟踪和检查/监控看板”，即可监控当前已有的隐患及隐患状态，在三维场景中快速定位隐患点；查看详情。针对已治理的隐患进行消除确认。

4.4.2 风险巡视业务流程说明

在系统平台中进入牡丹园站工点，选择“现场管理/三维施工风险管理/预警监控”，切换至巡视预警面板，即可监控当前已有的巡视预警，在三维场景中快速定位预警点；查看详情。针对已处置的巡视预警进行消警确认。

5 结论与展望

通过对BIM 数据集成应用平台安全风险管理模块的需求实现和功能操作进行了详细阐述，BIM 数据的集成化、模型化、可视化和共享性大大提高了项目管理者对风险的掌控，使风险管理应对行为更快捷、更科学。

研究得出基于BIM 的安全风险管理可以高效地集成风险巡视信息，并将集成信息提供给管理者作为判断隐患的依据。基于BIM 的风险管理可达到风险工程的闭环状态。

根据本文用例的研究成果，结合事前预防、事中控制、事后处理的方法论做指导，通过多维度数据感知技术在风险管理全过程的综合应用建立风险工程管控基础数据库，在建成的基础数据库之上，可以结合人工智能分析算法，训练轨道交通风险大数据模型，实现对在建轨道交通风险工程的全过程可视化综合控制，打造人工智能产品，该产品可化身为轨道交通行业风险咨询专家、工程师，与轨道交通风险管理标准的制定者、管理者、执行者进行交流合作，颠覆传统的风险管理手段，辅助安全风险的高质量管控，协助其分析解决方法并提供决策建议，以应对新时代背景下对轨道交通工程建设安全风险管理的新挑战。