BIM技术作为促进建筑行业信息化发展的重要技术手段之一,已在行业内得到越来越多的认可,在施工安全领域,BIM技术的研究与应用有许多发展空间。同时建筑行业在国内外依旧是事故高发的行业之一。根据我国住房和城乡建设部发表的《2017年前三季度房屋市政工程生产安全事故情况通报》 ^[1],2017年前三季度,全国共发生514起房屋市政工程生产安全事故、615人死亡,比2016年同期事故增加25起、死亡人数增加49人,同比分别上升5.11%和8.66%。可见,我国建筑施工安全问题愈发突出,严重影响建筑行业的发展,亟需革新管理模式和技术手段,改善现场安全管理。本文针对现有的BIM相关工具,结合施工场地实际情况,初步构建BIM技术在施工安全管理领域的应用流程。

　　 通过对杭州某管廊工程的实地调研发现,目前BIM在工程施工安全领域的应用局限在文本形式的安全交底阶段,施工安全管理具有如下突出问题:施工作业面大,安全隐患较多;现场安全检查人员不足;安全检查工作反馈缓慢。

　　 结合文献资料及工程实际,BIM在施工安全领域的研究与应用大致包括以下内容。

　　 1)可视化交底通过BIM将建筑结构的二维图纸、3D模型、施工动画、材料信息、验收标准等整合在一个平台上,供施工人员快速查阅 ^[2]。

　　 2)场地布置通过BIM虚拟漫游对规划好的场地提前进行危险源排查,从而规避风险。在六盘水市综合管廊建设中,现场工程人员便应用此技术,取得可观的成果 ^[3]。

　　 3)危险源动态管理通过传感器、监控摄像头等实时采集现场信息,通过人工或自动方式判别危险发生的可能性,提前预警 ^[4,5,6]。

　　 4)安全问题数据整理对在建及完工项目的施工安全问题进行统计分析,从而理清安全高发问题的内在逻辑,进行针对性的管理 ^[7,8,9]。

　　 5)其他在施工安全领域应用BIM的措施。

　　 各项技术应用点的比较分析如表1所示。

　　 BIM作为参数化模型,具有强大的数据整合能力,通过一定的方式将施工安全问题信息整合到一个平台上,不仅有利于数据统计分析,更能与其他工程环节快速进行信息交流,实现协同化管理。

　　 信息整理主要包括3部分,即数据信息录入、整合和分析处理,基于此,如图1所示,本研究提出如下应用体系。

　　 1)问题追踪安全员将未处理和等待处理的问题落实到施工人员,协调各部门,并持续追踪直至问题解决。

　　 2)信息浏览业主方、监理方、施工方共同进行施工安全问题的信息浏览,以实时了解现场施工安全质量。

　　 3)统计分析根据数据处理图表形成相应的分析报表,以评估工程施工安全质量。

　　 目前施工安全问题的数据信息录入主要依靠人工,人工录入的优点是录入信息丰富、操作简便,缺点是需要专人负责(一般是安全员)且易发生错漏。本文提出利用网页BIM模型进行空间定位与网络电子表格进行数据信息上传的实践应用体系。

　　 安全员发现施工安全问题后,可通过扫描现场布置的二维码查看网页BIM模型,并借助自行开发的标注系统,通过手机在模型上进行简单的危险源标注。

　　 此外,鉴于现场网页BIM模型的局限性,需辅助网络电子表格。选用的网络电子表格基于云平台,安全员发现问题后,将问题具体信息利用移动端APP上传至网络,项目相关方即可通过PC端或移动端登陆云平台进行信息浏览和更新。

　　 本研究中数据信息整合平台被分为2部分:(1)供后续数据统计分析与问题信息反馈的云平台;(2)供项目相关人员进行查看的Navisworks中的BIM模型。前者将所有施工安全问题的详细信息以表单形式保存在云端,并对单个表单生成对应的二维码,根据网页BIM模型记录的空间位置信息,将二维码链接在Navisworks模型中,并将整体报表汇总网页以超链接的形式附加在模型上,供项目相关方查看。

　　 本研究中数据信息分析处理分2部分:问题的追踪与反馈;施工安全质量的统计评估。在云平台上,安全员可通过筛选查看未处理或待处理的问题从而跟进。在Navisworks上可查找注释,根据问题处理状态查找问题对应视点,并快速切换至对应视点以查看链接。在云平台中可根据表单选项自动生成相应图表,在阶段性完成或项目全部完成后,针对图表分析安全问题高发的工种、工序、区域等。

　　 基于上述应用体系,实际应用流程如下:安全员发现现场施工问题→扫描二维码进入网页BIM模型进行定位并编辑问题与命名→登陆移动端云平台进行详细记录并提交→在PC端云平台生成施工问题报告对应的二维码→利用网页BIM模型在Navisworks模型中对应位置附加报告二维码链接,并附加云平台超链接→在云平台上进行数据的追踪反馈、统计分析,并绘制图表。

　　 本研究提出的施工安全问题信息整理应用体系除网页BIM模型的标注模块外,均依托于现有的软件程序,主要包括Revit,Navisworks、云平台等,应用可行性高、易操作、成本较低,但仍存在一定问题与不足。

　　 1)网页BIM模型上可附加的信息量过少,若能附加多种格式的信息将减小数据录入难度,缩短数据录入时间,使现场检查更高效,也简化之后所需的数据传输步骤。

　　 2)安全问题的空间位置信息仍要手动输入模型进行链接,若能直接自现场记录的网页BIM模型中导出相关数据,将减少工作量,也避免可能存在的错、漏情况。

　　 3)最终进行数据整合的Navisworks上的BIM模型仍在本地而非云端,若能直接在网页BIM模型中进行数据整合,或将最终整合的本地模型上传至云端供项目相关方实时查看,将降低信息交流的难度。

　　 4)本体系仍应用传统的BIM 3D模型,部分施工过程中问题体现地不够直观,若能结合现场实际施工流水形成BIM 4D模型,将施工安全问题信息标注在4D模型上将增强模型可读性。

　　 总体而言,该云平台与BIM兼容性不高,目前所应用的仅是部分功能,若能在此基础上进行二次开发,形成类似广联达BIM5D的一体化BIM应用平台,可减少体系中数据的传输过程,减少人工处理过程,简化操作步骤,使体系的应用性更强。

　　 BIM具有出色的可视化功能,需要不同于传统2D图纸的平、立、剖面,且需各专业独立出图,进而体现完整的建筑立体,BIM可将建筑、结构、精装修等在内的全部内容整合到一个3D立体模型上,这点对安全交底工作具有重要意义。

　　 本研究提出建立一个专门的可视化安全交底模型,将所有安全交底信息整合到一个平台上,供所有项目相关方查看。安全管理人员可根据安全交底模型进行针对性的安全检查,使安全检查工作有据可依。本研究提出的可视化安全交底模型主要以Navisworks软件为载体。

　　 可视化安全交底模型中的信息主要由2部分组成:(1)以红线批注形式附加的安全交底信息,通过在不同视点场景上进行红线批注,在模型对应位置标准安全交底信息;(2)以附加链接的形式完成,通过BIM相关软件将施工工艺动画化,并通过格式转化器转化为数据格式较小的GIF,上传至网络,可通过二维码进行读取查看。

　　 危险源理论由W.哈默在20世纪80年代初提出,是一种事故致因理论,将危险源定义为可能给人的身体健康造成损害的行为、能量、状态等所有事故致因 ^[10]。

　　 危险源动态管理与传统施工安全管理最大的不同在于实时性,通过传感器、监控器等现场信息收集装置将施工现场的信息实时传输至后台,并根据预设的危险源自动安全检查规则进行自动监测,对存在的安全隐患发出警报并通知项目相关方,从而做到实时预知危险。目前推进危险源动态管理的问题包括:市场上尚无相关的平台和软件,自主开发难度大;目前动态管理体系所依赖的空间定位技术难以实现经济性与精度的平衡;尚无一套可充分利用动态管理体系收集现场信息的处理体系。

　　 危险源动态管理的核心是通过读取施工时的动态信息进行危险预警,包括信息读取、信息传输、信息处理和信息应用4个主要阶段。实际应用体系的初步设想为:在工人的安全帽上安装RFID电子标签及报警装置,在已知的危险源附近安装阅读器,当工人与危险源间的距离小于一定值时发出安全警报(见图2)。

　　 上述应用设想摒弃传统的传感器定位思路,采用特定区域判别的方式进行动态管理,主要因为目前各类定位技术的精度仍不满足复杂的施工现场要求,实时定位技术所需硬件设备过多,现场布置难度较大、经济性差,定位信息数据冗余,尚无可充分利用全部信息的方法,而危险源管理目前仅需采集特定的信息即可。

　　 本研究所做工作局限于软件应用阶段,对软件的二次开发涉及较少,导致本研究所提应用体系的一体化程度较低,操作系统跨越多个平台,为体系的实际应用带来不便。以施工安全问题整理体系为例,本研究所提应用体系完成度虽高,但由于存在跨越多平台、数据仍需手动录入、最终模型仍处于本地而非云端、采用传统BIM 3D模型而非BIM4 D模型等问题,导致应用性仍不强,现场安全管理人员的接受程度不高。

　　 BIM技术在施工安全领域的发展必然与BIM相关软件的开发密切相关,针对前端数据信息采集的研究工作,将是推动BIM技术跨越发展的关键,采用传感器代替传统劳动密集型的人工检查工作,将使BIM在动态施工现场具有更广阔的应用空间。