基于BIM和物联网技术建筑工程项目安全管理

杨 洲

(湖北文旅荆门集团有限公司,湖北 荆门 448000)

0 引言

建筑工程项目施工安全问题直接关系到人们的生命和财产安全,一直以来都备受社会大众的关注和重视。据统计,建筑工程项目安全事故是其他行业的2.5倍,加强建筑工程项目施工安全管理不仅是保障施工人员安全的需要,也是减少建筑工程项目安全事故的重要途径。近年来,信息技术快速发展,新一代信息通讯技术被广泛应用到各个行业,BIM,5G,物联网,云计算,大数据分析等技术在建筑领域得到的应用,对于建筑工程项目管理起到了非常重要的作用[1-2]。国家也出台了一系列政策,推进新一代通讯技术在建筑工程项目中应用和发展。由此可见,新一代通讯技术的应用是建筑工程项目管理未来发展的趋势和方向。一些研究分析了这些新兴信息技术在建筑工程项目设计、施工中的应用,构建了许多促进工程项目实施的管理信息系统,为我国建筑业智能建造提供了有力的支撑。然而,这些新兴信息技术在建筑工程项目安全管理中的应用较少。BIM技术和物联网技术是新一代信息通讯技术的典型代表,本文研究了BIM技术和物联网技术在建筑工程项目安全管理中的应用,提出BIM技术、物联网技术和建筑工程项目安全管理过程的融合方法与建议,提高我国建筑工程项目安全管理水平,为我国智能建造在建筑工程项目安全方面的发展提供借鉴和参考[3]。

1 BIM技术与物联网技术的概念和重要性

1.1 BIM技术和物联网技术的概念

BIM技术与物联网技术是新兴的信息技术,与智能建造具有紧密联系。随着研究的不断深入,BIM技术和物联网技术的概念也被不断深化。BIM技术不仅仅是一个建筑工程项目建模软件,更不是一个简单的建筑模型,而是涉及多个建筑工程项目实施阶段,具有可视化、动态模拟、跨组织协调、实时优化等特点的信息平台,在BIM技术支撑的平台上建筑工程项目各参与方可以实现跨时间、跨空间的交流和沟通。物联网技术则涵盖了信息收集、信息处理、信息传递和信息应用等,通过具有高性能的信息传感器结合网络,将多个人或物体连接在一起,最大限度提高了信息交互。在建筑工程项目实施过程中会产生大量的信息,物联网技术可以有效地进行信息收集、分析处理和应用,从而提高各参与方之间的信息传递效率。

1.2 BIM技术无物联网技术在建筑工程项目安全管理中的重要性

BIM技术和物联网技术在建筑工程项目安全管理中的应用改变了以往人员监督的传统安全管理模式,这并不是代表完全改变传统的安全管理模式,而是将BIM技术和物联网技术与原有的安全管理模式相融合,补充人员监督的安全管理的不足,减少管理盲区,从而提升安全管理效率,减少安全事故的发生,有效的做到事前控制[4-5]。BIM技术、物联网技术与建筑工程项目安全管理相融合主要体现在三个方面:

1)BIM技术具有可视化功能,物联网技术具有感知功能,可以运用这些功能对建筑工程项目现场各种对象进行可视化的信息提取,包括所处的位置、时间、移动速度和轨迹等等,这有助于建筑工程项目安全管理人员全面掌握施工现场的安全状况,例如设备、现场环境、人员安全行为等等,以此分析和评判建筑工程项目施工现场的安全状态。

2)BIM技术和物联网技术的应用可以做到对建筑工程项目现场进行实时监控,通过物联网技术的感知和信息快速传递,可以将现场的各类信息准确地传递给安全管理人员,并通过BIM技术进行精准定位,以此制定具有针对性的措施消除安全隐患,减少安全事故发生的风险。

3)BIM技术和物联网技术应用可以将建筑工程项目现场的海量信息进行相互关联,通过对这些信息进行规律性分析和结构化,找到安全事故发生的影响因素之间的逻辑和因果关系,为建筑工程项目安全管理人员提供更为准确的建议和参考数据。因此,BIM技术和物联网技术的应用可以有效地提高建筑工程项目安全管理效率。

2 基于BIM技术和物联网技术的危险源识别方法

危险源识别一直以来都是建筑工程项目安全管理中重要的方法。危险源的起因主要包括人的行为原因、物的状态原因以及环境因素等。建筑工程项目实施过程中存在许多不同种类的危险源,有些危险源比较明显和常见,比较容易识别,而大多数危险源比较隐蔽,难以被直接发现。传统危险源识别主要是通过专家和现场工作人员的实践经验判别,从而制定相应的措施。传统危险源识别方法相对主观,建筑工程项目施工现场复杂多变,这种风险源识别方法的准确度不高。BIM技术和物联网技术的运用可以对建筑工程项目施工现场进行实时监控,并通过一系列算法对收集的数据信息进行综合分析,从而判断建筑工程项目现场的危险源。这种方法改变以往传统危险源识别方法的主观性和时间上的滞后性,可以有效地降低安全事故的发生。基于BIM技术和物联网技术危险源识别方法具体如下。

2.1 基于BIM技术和物联网技术的危险源的建模

BIM技术具有可视化建模功能,可以将建筑工程项目实施过程采用三维可视化模型的方式进行展示。在建筑工程项目安全管理中,依据具体工程项目资料、安全规范标准、类似项目事故案例等等,建立危险源信息资源库,运用BIM技术构建建筑工程项目危险源模型和建筑信息模型,并使之相互关联,让建筑信息模型中的各种构件与危险源信息相对应,通过模型分析,初步分析建筑工程项目现场安全状态。然后,运用BIM技术的动态模拟功能,在虚拟环境中对建筑工程项目施工现场安全情况进行动态模拟,例如施工工艺、程序、方案执行、机器设备运行等,通过这种施工动态模拟,将建筑工程项目实施细节直观地展示在安全管理人员的面前,便于安全管理人员提前发现安全隐患,从而做出相应的调整和优化。

2.2 基于BIM技术和物联网技术的危险源的监测

物联网技术可以将物体的各种信息进行收集、处理和关联。将物联网技术的这种万物互连的功能运用到建筑工程项目施工安全监测中实现建筑工程项目现场数据采集、识别、分析和定位等。同时,收集的这些监测数据通过关联性信息处理后,可以为建筑工程项目安全管理人员提供准确和具有参考性的实时数据与分析结果,有助于安全管理人员做出有效的决策。此外,建筑工程项目所处的环境对于施工安全具有非常重要的影响。物联网技术可以通过大数据进行各种信息的收集和整理,其中包括各种环境信息,例如飓风、暴雨、大雾等极端天气。同时,物联网技术可以通过各种传感器、无线射频等技术进行数据监测,将这些技术运用于塔吊、垂直升降机、重要承重结构构建、人员进出和相应的安全行为等等,通过对这些事故风险较高的部位进行及时有效的数据监控,有助于建筑工程项目安全管理人员做出合理的决策。

2.3 基于BIM技术和物联网技术的危险源的预警

在BIM技术对危险源建模和物联网技术对危险源进行实时监控的基础上,可以进一步将这两种新兴技术在建筑工程项目安全管理方面进行融合应用,对于危险源作为合理的判断、定位和预警。对于所处复杂环境的建筑工程项目,由于区域大、环境变化大、施工人员工作分散和交叉作业,通过传统管理方式很难进行有效的安全管理。可以借助一些穿戴式设备,结合BIM模型和物联网信息传递、分析和处理等功能,将现场施工和管理人员进行准确的定位与记录,在监测其活动轨迹的基础上,设置相应的禁区,一旦有工作人员进入禁区,则会通过穿戴式设备对其进入预警和警告提示,避免工作人员进入危险区域。此外,BIM技术和物联网技术的结合在进行危险源预警的同时,还可以对施工现场进行全面的监控,及时反馈信息,准确定位危险源,使得建筑工程项目安全管理效率大幅提升。

3 案例分析

为了降低工程项目安全风险,某大型工程项目将BIM技术与物联网技术相结合,构建了基于BIM技术和物联网技术的安全管理系统平台,通过智能化方法进行危险源识别和预警。

3.1 工程概况

某地区文化馆建设项目,工程规划建设用地约46 866.67 m2,总建筑面积为5.75万m2。其中地下室面积1.7万m2,地上部分面积4.05万m2。大剧院地上5层,地下1层。项目部基于BIM技术和物联网技术搭建了智慧云平台,对项目进行全面、全过程的智慧管理[6]。平台主要涵盖BIM+、劳务实名制管理、绿色施工、设备监测、危险源监测、视频监控、工程资料协同等模块。在安全管理方面,采用项目数字化管理系统+BIM技术+人工智能设备,将各种软硬件系统数据集成到一个统一的平台,基于平台将各子应用系统的数据统一呈现,形成互联,智能识别项目风险并预警[7]。

3.2 基于BIM技术和物联网技术的危险源识别系统应用

在本工程项目中,基于系统平台的危险源识别应用主要在危险源及人员、环境数据采集和建模、设备与环境监测以及危险源预警等方面。

在数据采集方面,通过无人机采集施工现场全景数据,如图1所示。利用BIM技术对采集的数据进行处理和建模,模型中具有标记、测量、查看高程和坐标等属性信息,如图2所示。通过与实时监控的施工现场进行对比分析,为安全方案制定、施工过程监管提供支持[8]。

在设备与环境监测方面,运用物联网技术对建筑工程项目与危险源涉及的相关数据信息进行关联分析[9]。通过一系列参数设置,对现场人员情况,PM2.5,PM10,温度,湿度,噪声等环境信息进行监测,如图3所示。

在危险源预警方面,通过在现场部署的监控摄像头、传感器等监测设备等物联网技术,对人货电梯、塔吊、升降机、卸料平台、标养室、雨水收集等进行监控,分析现场作业情况,实时掌握施工动态。对于违章操作发出预警、报警的同时,自动终止机械危险动作。通过对现场重大危险源进行监测,例如高支模、深基坑、大体积混凝土和钢结构等,将平时不容易发现的问题数据化,直观地分析在施工过程中各种危险源的受力情况,及时制定相应的处理方案,有效避免和减少安全事故的发生[10]。

4 结语

施工安全是建筑工程项目顺利实施的重要保障,也直接关系到人们的生命财产安全。现阶段建筑工程项目呈现规模大、技术难度高、投资量巨大等特点,这也增加了建筑工程项目安全风险[11]。BIM技术和物联网技术作为新一代信息通讯技术的典型代表,这些技术在建筑工程项目安全管理中的综合应用可以有效提高安全管理的效率,降低建筑工程项目施工安全风险,减少安全事故发生。在实际操作过程中,可以将BIM技术与施工现场结合,并辅以物联网技术,利用BIM建模、虚拟施工、碰撞检查识别出危险源、优化施工方案、合理安排材料设备空间布置、监管施工质量与安全等。