BIM在建筑施工安全管理的应用策略研究_王佳晨.pdf

2023 年 4 月基金项目:2022 年西安翻译学院大学生创新创业训练计划项目:BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用(编号:202212714006)。通讯作者:辛中琦(1980)，男，汉族，陕西西安人，讲师，硕士研究生，研究方向:工程管理，BIM 技术应用。BIM 在建筑施工安全管理的应用策略研究王佳晨张康如陈诺楠屈芝彤辛中琦(西安翻译学院，陕西 西安 710105)摘要:利用 BIM 技术建立建筑信息模型，建立工程仿真可视化平台，解决建筑工程安全管理的信息联动与危险源动态预警问题。拟用 BIM 技术建立建筑信息模型，导入 3D 引擎(Unity)中，搭建动态的虚拟仿真施工场景和施工机械、安全标识等安全措施，实现可视化交底、碰撞检测等功能，将现场安全隐患暴露出来，并进行安全管理优化，进一步学习安全管理的知识和训练信息化应用能力。关键词:建筑施工;安全管理;BIM 技术文章编号:2095 4085(2023)04 0151 03建筑施工安全管理是施工的一大难题，不管是从立体可视化、建筑施工的构造、建筑材料的消耗，还是建筑施工人员的安全来说，都有必要进行信息收集，从而减少施工中各种意外的发生。BIM 指建筑信息模型(Building Information Modeling)是一种实现建设项目物理功能特性的数字描述和管理的新型三维虚拟化数字技术1，其具有收录信息、建立 3D 虚拟模型的特点，可以建立数量化模型和数据信息库，实现对整个建筑项目的可视化、动态化管理。近年来，BIM 技术已被广泛认为是 21 世纪建筑行业里建筑专业技术人员所应用的关键技术，被视为现代和未来建筑领域行业人员需要学习和掌握的基本专业技术，这使施工安全管理部门对整个施工过程的各个阶段更加了解，便于建筑施工全生命安全管理。1BIM 在建筑施工安全管理中的应用方向1 1安全管理的可视化对于施工安全管理，主要是将 BIM 技术的可视性和实体模拟运用到施工中，结合现场和实际需求进行模型生成，并利用优于二维图纸的三维可视化效果，对施工现场进行合理性的评估与分析，优化布置方案、消除不安全因素从而防患于未然2。利用所建立的模型尽可能多方面的、具有侧重点的去模拟整个施工过程中的各个环节，切实提高现场施工安全管理和风险排查的能力，保障建筑工程施工人员人身安全和施工进程的稳定3。在建筑施工中会存在很多不确定的安全隐患，将其出现的可能性降至最低、施工现场安全程度最大化是我们目前施工安全管理的最终目的。在建筑施工前或者施工某个阶段中，可以通过BIM 技术创建三维模型判断出施工现场的安全程度，可视化的直观检查施工各个环节是否存在安全问题;另外，设计施工方案仅仅是基于理想状态下，难免会存在方案外的意外情况，这时利用 BIM 技术在三维虚拟场景中对施工场进行细致的规划，及时发现方案中存在的问题、寻找可行方案、排查施工前出现的安全问题，为建筑施工的安全进行打下基础。1 2动态模拟BIM 技术是一种运用于整个工程周期(包括但不限于施工前设计阶段、整个施工建设阶段、施工过程中的管理等)的数据化技术，我们可以将 BIM 通俗理解为一个提供多方协作的“平台”，整个建筑工程的各参与方都可以通过“平台”实现工程周期中的信息交换、隐患检索、数据储存等的动态更新。在动态模拟中，我们将施工数据提前把施工中材料、人工、成本等信息收录到 BIM 施工模型中，及时发现布置方法中存在的问题，解决后续施工存在的安全问题，例如在建筑施工现场常会有上下立体交叉的作业，埋下安全隐患，运用 BIM 技术的动态模拟功能寻找施工各个环节的安全隐患，且动态模拟根据项目周期进展同步更新各参与方信息数据，一定程度上方便下一施工阶段出现问题时需要返回排查是否是上一施工阶段留下的隐患导致的结果。对于建筑施工周期过程中存在不可控、施工动态追溯不确定、安全隐患不能直观显现等因素，可能会遇到突发的紧急安全事件，利用 BIM 技术的动态模拟性搭建紧急事故人员疏散模型，根据施工各阶段工人数量、施工地形、施工障碍物等不同情况，制定贴合各施工阶段实际的紧急事件人员疏散方案，模拟紧急事件施工人员疏散过151程，保证施工整个周期中劳务人员的生命安全。1 3虚拟训练BIM 技术可以进行虚拟仿真训练，借助这种“提前演练”的特殊方式，施工人员可以提前掌握施工各阶段的信息数据，有利于减少施工事故发生。施工单位根据建筑结构的特点和施工内容制定出具体的施工方案后，可借助 BIM 技术开展虚拟仿真安全模拟4，了解到施工过程中哪些地方会发生危险，从而制定出相应的应对措施，在建筑施工中是极成效的。通过对建筑模型精度进行调整，可以对不同的分部分项工程进行施工模拟，对于复杂的施工方案，我们也可以进行精细的建模，将复杂的工序简化，便于工人理解，减少返工现象。对于某些复杂的施工工艺，我们可以利用 BIM 技术进行三维动态展示，提供直观的方案讨论和技术交底，帮助施工人员选择更加有效的施工方案，同时动态展示可以有效地降低施工人员的出错率，更高效地完成施工工作。2BIM 运用到施工当中的实现路径2 1BIM 模型的搭设流程第一步制定模型应用目标:方案撰写阶段、初步实施阶段、施工图编制阶段、施工过程以及运维管理阶段;第二步准备 BIM 资源:软件以及硬件配备、建立构件库、人员分工配备;第三步项目拆分种类:按楼层拆分、按区域拆分、按构件拆分;第四步创建模型:创建建筑图模型、创建结构图模型;第五步整合并计算模型。2 2模型搭设的关键步骤首先新建模型，确定其单位:所有模型均应使用统一的长度(mm)、面积(m2)、体积(m3)、坡度()等度量单位;其二建立标高和轴网:标高主要用于表示建筑物每层楼的层高，轴网主要用于确定建筑物主要空间及占地面积。利用 evit 软件绘制标高和轴网图;其三结构与建筑模型搭建:结构图与建筑图的搭建主要利用系统族，分别设置基础、柱、梁、板、墙、门窗等构件。在 BIM 设计中通过修改族参数来实现 BIM 参数化设计，族的开放性和灵活性，使 BIM 技术人员在进行 BIM 模型设计时可以自由定制符合各自设计需求的注释符号和三维构件。2 3场景渲染中使用的开发工具与程序设计语言2 3 1evit 2018evit 具有参数化、可出图等优点，搭建的模型比 3dsMAX、Blender 等三维模型软件精度高，可同时解决建筑、结构、设备等多专业的问题，通过导出FBX 格式文件，方便后续导入 Photoshop 进行场景渲染。2 3 2Unity 2020(LST)利用 Unit3D 游戏引擎的特点，帮助工程项目在设计、施工等多方面创建应用，在虚拟环境中与逼真的三维模型体验和互动，实现数字化施工模拟、施工指导和施工安全疏散等。2 3 3PhotoshopPhotoshop 是常用图形处理软件。本项目使用Photoshop 制作材质贴图，实现渲染效果。2 4模拟动画在建筑物施工前，通过模拟动画进行安全预测，全面了解建筑物施工的情况，并暴漏出施工问题，与传统的建筑施工相比，BIM 的可视化将实际现场高度还原展现，让施工人员更加直观和准确地了解到现场状况，提前预知施工时出现的危险，从而制定出改正后的方案。制作 BIM 施工动画，有以下五步，即:动画需求输入、脚本文案策划、模型素材创建、动画设计制作与成果输出及合成。2 5虚拟现实系统利用 unity 实现虚拟仿真训练系统。BIM 技术+V 技术是建筑模型与虚拟现实相结合的一门技术，它以数据、三维立体为基础，对建筑物进行设计。同时以人的体验为出发点，在可视化的设计环境中进行实时漫游与实时交互，从而缩短工期与成本，提高建筑设计的质量。我们要从第一人称视图的实现，将三维模型导入到 Unity3d 中之后，在 Asset Store 中搜索 Starter Assets First Person Character Controller，下载资产到 Pack-age Manager。添加第一视角摄像机，通过摄像机的运动模拟人物的运动，主要检测摄像机与室内物体的碰撞情况。采用一个二维方框进行碰撞，当摄像机运动至其范围内时，通过坐标位置来判断碰撞结果。利用 unity 实现虚拟仿真训练，加强了可视性和具象性，最大性能提高了 BIM 技术的应用效果，以沉浸式的体验来进行建筑的设计，将会对建筑设计领域产生革命性的推动作用。2513BIM 安全管理应用发展建议3 1信息化安全教育施工人员普遍存在对安全教育敷衍态度，随意按照自己的施工经验作业，存在一定的安全隐患性。这对管理是一大挑战，因此必须注重 BIM 技术和 V 虚拟现实技术结合进行沉浸式安全教育培训，通过模拟真实场景下的工地高危安全事故，如高处坠落、宿舍火灾、高空坠物、脚手架崩塌、塔吊起重伤害等，通过视觉、听觉、触觉真切感受到不安全操作行为的严重危险和后果5，提高施工人员警觉性和安全意识。在施工过程中，人员穿戴与系统连接的数字化设备，与后台管理的对应数据相匹配，将施工人员的具体行为数据纳入后台管理中，及时反馈给相关管理人员，对施工人员的不规范操作进行修正，切实解决施工现场的实际问题，从问题的源头提高施工现场的安全管理，降低事故发生概率。施工单位更要加强现代化信息技术培训，让施工人员和管理人员进行学习，提高建筑施工当中的安全管理效率。3 2建筑施工危险因素识别施工现场涉及人、材、机等动态管理，在施工过程中受多种因素干扰，危险源的产生具有不确定性，无法准确辨别隐藏的危险源，利用 BIM 技术完成模型的构建，并对整个工程场景进行动态化模拟，方便管理人员第一时间掌握问题所在，并结合施工环境来制定具有针对性的措施，实现安全管控6。BIM 技术能够将建筑管理内的施工信息、施工进度都纳入施工安全管理系统中，利用 BIM 技术的模拟性和可视化，帮助施工人员和管理人员排查危险源，并进行危险源等级划分(可以利用不同颜色代表不同等级危险系数，例如红色代表非常危险、橙色代表有一定危险、黄色代表危险性较小、绿色代表无风险)，由此可以制定出一系列面对危险源的措施，针对性的对待各等级危险，也可以提升对危险源的识别和安全管理效率，并为施工人员解决安全隐患，及时的消除危险源，从源头上有效的遏制危险的发生。3 3建筑安全管理可视化BIM 技术的可视化功能，让建筑工程项目设计方案和施工方案能够借助三维数据模型来提高整体设计的科学性，合理性，可操作性7。利用 BIM 技术和V 虚拟现实技术建立三维模型，真实的再现施工过程，使最终的规划布置工作更加简单、高效。BIM 的可视化:其一可以动态模拟施工的设计、工艺、流程、施工方案、建造、运营，通过对施工过程的完全模拟，可以有效地在施工前识别危险，并及时制定应对方案或直接消除危险。如通过创建建筑物模型进行碰撞检查，以此判断是否会有冲突，就此提前消除安全隐患，优化施工方案，提高施工管理;其二可以对施工设备间内的设备进行排布，判断空间的合理性，若不合理，及时在 BIM 软件内对设备的数据重新根据实际情况进行优化，避免因在建筑后期发现空间安排不合理而造成返工误工，不仅提高施工效率、优化设计方案而且提高工程的安全管理。4结语BIM 技术对于施工安全管理应用具有优点，但也有需改进和有待深究的地方。目前 BIM 技术已经成为建筑行业中进行施工安全管理必不可少的一部分，对施工的重复作业、立体细部构造效果以及施工人员安全管理有了很大地提升。能够及时发现各项问题并对其进行改进，具有大量数据库为技术人员提供参考，降低了施工成本和安全事故的发生几率，极大地提升了施工安全管理的水平，促使我国建筑行业的快速发展。参考文献:1 朱旭东 论教师专业发展的理论模型建构 J 教育研究，2014，35(6):81 90 2 唐靖武，夏冰冰，孙少秋，范蓥，李凯馨 BIM 技术在工程施工安全管理中的应用展望 J 科技与创新，2021，(13):41 42 3 蒋能飞 BIM 技术在建筑施工管理中的应用 以上海金山万达广场为例 J 住宅与房地产，2021，(5):158 159 4 吴小宁建筑施工安全管理工作中 BIM 技术的运用 J 江苏建材，2022，(3):145 147 5 王静 BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用 J 江西建材，2019，(9):179，181 6 漆明霞BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用 J 中国建筑装饰装修，2022，(10):61 63 7 刘玲 BIM 技术在建筑施工安全管理中的应用 J 居舍，2021，(18):131 132351