BIM技术在水利工程安全管理中的应用研究.pdf

信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第12 期58第一作者简介：戴蓉，女，本科，工程师，研究方向为水利工程管理。BIM 技术在水利工程安全管理中的应用研究戴 蓉1，叶 婷2，顾 杰3（1.江苏省秦淮河水利工程管理处，南京 210022；2.江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200；3.南水北调东线江苏水源有限责任公司淮安分公司，江苏 淮安 223001）摘要：我国作为水利工程的大国，在现阶段，仍然有大量的水利工程需要进行建设，因此，水利工程的建设任务是一项很繁重的任务。在水利工程建设的各个阶段，安全问题受到了人们的很大关注，安全管理是水利建设中非常重要的问题。因此，本文首先对水利安全事故的发生机理进行了深入的分析，着重对 BIM 技术在安全管理中的应用进行了详细分析。基于这些分析，本文充分利用BIM 技术自身的特点，建立识别危险源的数据模型，并利用数据库整合危险信息，通过模型与数据库的交互，使其能够更好地识别危险源。关键词：BIM 技术；水利工程；安全研究；安全管理0 引言在任何一项的生产作业中，保障工人进行安全的作业，是非常重要的，始终把人民的生命财产安全放在第一位，是确保社会稳定的大事，党中央和国家的根本宗旨是立党为公、执政为民，做好安全生产工作正是体现了这一点1。安全生产体现了国家对人民群众生命财产安全的高度负责。水利工程是一项基础性建设，它服务于人民群众的生产生活，具有非常重要的作用，能够稳定国家的宏观经济大局，促进经济的稳定发展。水利工程能够抵御自然灾害、抗御旱涝灾害、保障生产生活用水2。依据最新数据统计，在工程建设安全事故这方面，水利工程建设发生的安全事故最多，也是最容易引起伤亡的行业，给人民群众的生命安全带来了威胁。仅 2022 年，由水利工程建设导致的事故数量以及死亡人数在全国水利行业所占的比重分别是 86.8%和 82%。水利工程建设的高质量运行需要高水平的安全作为保障，一切以安全作为前提3。各级人民政府应急管理部门在加强水利建设安全生产这一方面具有不可推卸的责任，是必须做好的工作，更加需要科学的方法来确保水利工程建设的健康安全稳定的发展。建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术在安全管理中具有很大的优势，因此，本文构建了 BIM 技术的安全管理模型，借助BIM 技术辨别危险源，研究突发情况下通过人工智能技术对紧急疏散人员进行模拟，从而提高工程的安全管理综合技能，切实对人民群众的生命财产安全起到保护作用。1 水利安全事故发生原理分析以及 BIM 技术在安全管理中的应用1.1 水利安全事故发生原理分析水利工程种类繁多，一般情况下，由国家或地方政府组织建设，按照社会效益进行划分，可划分为经营性、准公益性和纯公益性水利工程这三类4。结合水利工程的概念可以看出，水利工程并不是指某项工程，它是指以保护和利用水资源为目的的一系列建设活动。水利工程的施工体系复杂，施工过程中存在各种各样的危险源5。依据水利工程事前、事中、事后这个角度的划分，可以把安全管理划分为源头管理、过程控制和事故管理三个方面。目前国家安全风险分级管控的内容主要集中在事中过程控制方面。通过对危险源的分析，可以知道事故的发生都不是突然出现的，都是由前面的一系列事件堆积引发，最终导致事故的发生6。如图 1 所示，本文以水利工程施工现场作为背景，展示了水利安全事故发生的机理。信 息 与 网 络Maritime Safety 水上安全59图 1 水利安全事故引发机理图造成正在施工的工地事故的原因很多。国内外学者都对此进行了深入的研究，取得了很多的研究成果，其中，比较有名的是日本学者西岛茂（Nishijima Shigeru）提出的“4 M（material，man，media,management）”理论。根据该理论，这些原因可分为 4 类：材料因素（material）；人为因素（man）；环境因素（media）；管理因素（management）。1）材料因素。水利建设的施工过程中包含很多的材料，在这些材料中，存在着可能导致安全事故的材料，称为不安全的材料7。比如陈旧的设备、没有安全防控的设备、安全性能具有明显漏洞的设备等。2）人为因素。根据以往的水利安全事故的统计发现，有相当一部分是由于施工人员的操作失误导致安全事故的发生。施工人员在进行施工时，存在不合适的操作，激发了施工现场的危险源，进而引发安全事故的发生。人为因素有很多，比如施工人员的精神处于疲惫状态、施工人员的技术水平不高、工作态度不积极等。3）环境因素。顾名思义，由于环境导致的安全事故，环境在这里指的是恶劣的环境。在施工的过程中，会遇到各种意想不到的环境。比如在施工的过程中遇到暴风雨、地震、泥石流等。4）管理因素。由于管理不善导致的安全事故。比如企业的管理制度不够完善，存在明显的管理漏洞，安全处理不够及时，无法迅速完成潜在事故的上报等8。1.2 BIM 技术在安全管理中的应用最近几年来，技术的发展很快，并且好多研究成果已经应用到很多领域。在项目的安全管理领域，BIM 得到了广泛的应用。在水利项目工程中，BIM 技术已经存在于工程的设计阶段、施工阶段以及运营阶段。BIM 技术目前还处在快速发展阶段，正探索更好地服务于工程项目的方法，寻找最优的服务方案。依据现有的发展。在国内相关应用研究中，BIM 技术主要划分为建模层、信息层和业务层，如图 2 所示。图 2 BIM 技术应用层次结构图在施工之前，对施工过程的整体规划可以通过使用 BIM 技术以三维的模式进行，可以对多个方面进行模拟，包括但不限于对材料的运输和储存、施工人员的进出场管理、基坑开挖、机械设备的使用管理等。通过整体模拟，能够在一定程度上避免施工过程中可能会出现的混乱，避免了在施工过程中由于混乱导致的安全事故，提升安全管理的效率。通过上述可知，可以在施工的过程中，通过全仿真模拟进行可视化的安全管理。并且，还可以利用先进的技术实时监控施工现场，能够及时发现施工过程中可能存在的安全威胁，这些技术包含射频识别（radio frequency identification，RFID）、无人机等技术。在工程现场施工时，为不同的施工建设团队进行及时有效的沟通提供保障，全方位综合评估施工进度、施工质量以及危险源，将可能出现的问题提前暴露出来，并解决存在的问题，只有这样，才能减少事故的发生，保障工程的顺利进行。在 BIM 模型中，根据要求，对现场的生产要素与生产环节进行详细的绘制，获取尽可能多地获取现场的生产信息。然后，利用纳维斯工作室（Navisworks）等软件对模型中获取的数据进行精准分析，快速辨别出中可能存在的危险源，借助 BIM 模型的分析，精准且快速地找出项目中的所有危险源，然后对危险源进行分析，然后与现场的安全工作人员和其他人员一起，对这些危险源进行逐个排查。对于无法确定解决方案的危险，应借鉴其他项目的解决方法，结合当前工程的特点，制定出令人满意的安全方案，把暴露的危险逐步解决，进而确保整个工程的安全管理。2 基于 BIM 的危险源识别系统设计众所周知，在水利工程中潜在发生的事故种类是多样化的，不同种类的事故具有较高程度的危害和广信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第12 期60泛的覆盖范围。由于缺乏先进的安全管理技术，导致水利工程以较高的频率发生事故。通过对国内外现有资料的分析，发现先进的安全管理技术，能够精准、快速地对危险源进行辨别，并对这些危险源的安全状态进行实时监控，以便对潜在的事故采取有效的防御措施，从而最大限度上使事故发生的概率大大降低，提高了安全性。因此，本文基于 BIM 技术，对水利工程的危险源辨识系统进行研究。2.1 水利工程施工危险源识别系统方案设计在基于 BIM 技术的水利工程系统设计中，识别水利工程危险源的基础保障是危险源信息数据库。在该识别系统中，使用 BIM，欧特克雷维特（Autodesk Revit）、欧特克纳维斯工作室（Autodesk Navisworks）等 BIM 系列软件是提供信息交互的基础平台，它们把危险源信息数据库和富佐尔（Fuzor）技术紧密结合起来。通过各个业务模块对数据进行处理，逐个对比数据库里面所涉及的安全指标，从而实现对水利工程的危险源进行自动识别。基于 BIM 技术的水利工程危险源辨识系统流程如图 3 所示。图 3 基于 BIM 技术的水利工程危险源辨识系统以上系统设计能够达到实时监控与动态更新数据的效果，安全管理人员能够从中实时获取相关危险源信息，并能够得到相应的防护措施，从而使安全事故发生的概率最大程度上得到有效降低。2.2 危险源信息采集模块1）由数据库提供的危险源信息，本文中指的是阿克赛斯（Access）数据库，这些危险信息源包含危险源的评价方法、安全施工标准、已发生的安全事故、解决对策等多个方面的内容。2）数据采集终端提供的实时数据，这些数据是由视频监控以及传感器实时获取到的数据，及时上传给系统进行分析。在信息交互模块，Navisworks 是监控已采集数据信息的主要工具模块，它通过结合 BIM 模型，分析对比全规范信息与已采集信息，找出存在的危险，并确定其位置，及时对危险源进行处理，防止危险的发生。在信息交互、数据采集和模拟模块中，对数据进行监控与更新，保障数据的实时性，确保安全管理人员能够得到最新的安全管理信息，并为其提供安全有效的防护措施，从而使安全事故发生的概率得到有效降低。3 结束语在水利工程建设的任何阶段，安全都是不容忽视的问题，是关注度非常高的一个话题。在当前水利高质量发展的今天，安全更是发展的底线要求。目前，水利工程项目的安全生产处于一个新的发展阶段，人们在不断探索新的安全管理的方法。人民对安全的要求越来越高，对生产安全事故近乎零容忍。本文通过构建 基于 BIM 技术的数据模型，整合危险源信息，实现模型与数据库的交互，建立危险源辨识的数据基础。通过虚拟现实（virtual reality，VR）技术等能够自动识别对危险源进行识别，使得危险源的识别效率得到了提高。防止施工中发生安全事故，保障水利工程的施工安全，更有利于工程的安全管理，保障水利施工的顺序进行。4 参考文献1 张珍.基于水利工程施工安全标准化体系构建与评价分析 J.大众标准化,2023(13):63-64,67.2 张健.水利工程施工中的质量控制与安全隐患管理 J.水上安全,2023(5):173-175.3 邵勇,陶飞飞,皮妍玲,等.基于改进 LEC 法的水利工程安全风险分级评价 J.江苏水利,2023(6):60-65.4 范志永,胡丽媛.内蒙古自治区水利工程安全运行存在问题及对策 J.内蒙古水利,2023(5):56-57.5 喻臻.农村水利工程与饮水安全工程建设存在的问题及解决方法研究 J.水上安全,2023(4):128-130.6 戴领,李少林,彭绍才,等.基于模板定制的水利工程安全监测报告自动生成技术 J.水利水电快报,2023,44(5):117-121.7 张维杰,王少峰,崔魁.山东省水利工程建设安全隐患分析及对策 J.山东水利,2023(3):52-54.8 宋亮亮,张劲松,杜建波,等.基于云模型的水利工程运行安全韧性评价 J.水资源保护,2023,39(2):208-214.