BIM技术在高层建筑安全管理的应用

摘要:随着我国城市化水平的不断推进，高层建筑越来越成为城市建设的主要项目之一，但是由于高层建筑施工不同于一般建筑施工，其安全风险高、安全事故多发，BIM技术作为一种模型构建技术，主要应用于建筑施工技术领域，但在建筑施工安全管理领域应用尚处于起步阶段。从高层建筑施工安全管理难点出发，探索如何将BIM技术真正的应用于施工安全管理，更好地提升高层建筑安全管理水平。

关键词:BIM技术；高层建筑；安全管理

随着我国经济社会的发展，高层建筑已经成为房屋建筑工程发展的必然趋势，但高层建筑安全管理难度大，对工人的专业能力要求较高，而BIM是一项把项目从设计、施工建造到运营维护的全生命周期各个阶段的信息融合在一起的储备技术，以模型作为信息载体，通过集成工程中所有的信息实现项目管理[1]，为建筑构件或设备增加安全管理信息，可实现构件的安全检查和设备的安全监控；同时利用BIM技术的可模拟性，对项目进行模拟建造，工人通过模拟体验的方式经历事故，提升安全教育培训的效果，在一定程度上降低事故的发生。

1高层建筑安全管理难点

1.1危大工程较多

高层建筑涉及的危大工程较多，施工难度高，施工危险性大，是建筑施工领域的重大危险源。例如，高层建筑一般需要开挖超过3m的深基坑，支护结构容易受到地下水和周围荷载的影响而发生变形坍塌，深基坑支护事故屡见不鲜[2]，基坑开挖工程和支护工程都属于危大工程，易造成群死群伤等重特大事故。对于危大工程的管理重点是编制专项施工方案，但专项施工方案存在与现场的施工工序不符、计算书存在错误、专项施工方案操作性不强等问题[3]。

1.2高空作业多

附着式升降脚手架是高层建筑施工的主要设备之一，在高空中凭借提升机自行升降，可提高施工效率，加快施工进度，但由于存在较高的重力势能，一旦发生坠落，后果严重，在使用过程中往往存在安全教育培训不到位、安全检查验收不到位等问题，造成工人发生高处坠落事故[4]。

1.3安全监控难度大

高层建筑塔吊或施工升降机一般随主体建设高度升高而升高，高度越高，发生倾覆的概率越大，一般施工单位在塔吊升节前利用经纬仪对塔吊倾斜度进行测定，但在塔吊使用过程中的安全风险不能实时监测，如在使用过程中日常维护保养不到位、荷载突然增加、螺栓松动或锈蚀，标准节老化，则极易发生倒塌。

2BIM技术在安全管理中应用

2.1安全监测监控

利用BIM建立建筑三维数字模型，对模型进行参数化设置，利用Navisworks对专项施工方案进行多次模拟建造，找到最优方案，模型可自动生成脚手架和模板计算书，对安全稳定性进行验算，及时发现设计中存在的问题，在深基坑施工过程中利用BIM模型+传感器技术对基坑进行安全监测，监测数据自动上传至模型中，实时掌握支护结构的稳定性，提高专项施工方案的可操作性，同时可利用模型进行安全技术交底。在塔吊使用过程中，安装传感器，采集塔吊运行数据，及时监测载重变化，在塔身安装测斜仪监测塔吊倾斜度，并设定载重报警值和倾斜度报警值，将这些数据集成到BIM模型中，利用数据监控系统对塔吊运行数据进行实时分析，了解塔吊的运行信息。一旦模型报警，针对报警类型可对受力较大的节点进行及时修理或者保养或增加对塔吊的附着，及时调整倾斜度，从而降低塔吊倾覆概率。由轨迹交叉理论可知，事故的发生是由于人的不安全行为和物的不安全状态在同一时间和空间维度运动轨迹交叉所导致的，利用人员定位系统动态监测人的活动轨迹，将采集到的数据接入BIM模型，当系统分析出塔吊的运动轨迹将与施工人员的运动轨迹发生交叉导致事故时，系统会立即发出声光预警信号，现场相关人员立即采取措施，及时消除危险，待危险解除后系统会自动停止报警[5]。

2.2安全检查

传统的安全检查表是按照《建筑施工安全检查标准》[6]编制的，共有180个检查项目767条评分标准，有很大一部分是对安全制度、施工组织设计、专项施工方案等资料的检查，利用BIM强大的信息管理系统，逐项核对安全资料，可及时对安全资料进行查漏补缺。除了这些项目外，安全检查表中其他项目主要是建筑施工机械设备和辅助生产设施的检查，项目繁多，仅脚手架的检查表就有6个，对于规模较大的建筑体，由于不同单体的施工进度不同，导致危险源出现的时间和部位发生较大变化，利用传统方式检查一是工作量大，二是检查内容繁琐，如何实现快速准确全面识别危险源是安全检查需要解决的问题。利用BIM系列软件中的Navisworks对模型进行漫游安全检查，模拟人在实际检查过程，发现危险源，见图1、图2；同时，BIM软件具有多接口数据共享能力，利用BIM中的Revit软件和和项目施工模拟软件Project组成BIM4D模型，对本工程中出现检查项目进行快速调用并赋予构件安全管理信息[7]，模拟不同单体施工到不同的阶段，对这些项目进行时间和空间维度的危险源辨识，同时结合自己以往的工作经验，将这些危险源输入BIM数据库中，数据库会自动同模型进行关联。（1）可以实现危险源辨识的全面，避免由于辨识不全在后期施工中出现事故。（2）可以结合辨识结果提前设计安全防护措（3）可以实现风险预警。在后期施工时，若模型中该构件需要设置安全防护但实际未设置时，构件在模型中的风险级别颜色则变为红色，工程管理人员可迅速根据颜色找到未采取防护措施的部位及时进行安全管理。（4）可以生成危险源数据库，便于类似工程的安全管理。

2.3安全教育培训

建筑安全培训主要分为三级，其中班组级安全教育更加侧重对事故案例和应急处置措施的教育，传统的教育方式为多为安全讲座、事故案例视频及应急培训视频，这种教育方式的弊端是工人的参与度低，不能身临其境地体验事故，很多安全教育流于形式，不能引起对安全的足够重视，突发紧急事故时，也不能采取及时有效正确的处置方式，延误救治时机，导致工人的伤亡。建筑施工中很多工种操作过程繁琐，使工人没有耐心按照正确的操作流程进行操作，从而导致了“三违”行为的发生，从安全事故统计来看，很多“三违”行为是事故发生的原因，同时据调查，施工现场工人文化素质不高且多为男性，使用BIM与VR技术将繁琐的操作流程和“三违”导致的事故做成有趣的游戏场景，提供沉浸式体感互动，男性更容易接受游戏模式的安全教育培训，这种方式可使工人对安全教育培训产生浓厚兴趣，在场景中更容易记住正确的操作方法。工人通过可穿戴设备VR眼镜和操作手柄模拟进入施工现场（见图4），进行作业模拟操作过程，如操作不当或“三违”，则引发事故，工人在切身体验了事故的整个发生过程之后，心理会发生巨大的变化，心理状态将由“要我安全”向“我要安全”转变，从而提高对安全的重视程度和对自我的保护意识。场景可根据事故类型进行设置，可单人进入场景体验，也可多人同时进入场景，模拟作业事故场景，如模拟脚手架坍塌场景，工人选择拆除顺序时如选择错误，或将整层连墙件拆除时，则引发脚手架坍塌；如工人进入高处坠落体验场景，脚手架未系安全带或吊挂点选择错误，则引发工人发生高处坠落事故。工人可重复进入场景，场景体验结束后，系统对事故发生的原因进行教育，使工人能够深刻的记住正确的操作方法和操作顺序，在实际操作中就不会发生类似错误操作，从而很大程度上避免事故的发生。同时BIM与VR的结合也可对工人进行应急处置培训。在发生事故后正确的急救方法是非常重要的，施工现场很少有人在红十字会学习专门的急救操作，施工现场常发生的高处坠落、物体打击、触电、坍塌、机械伤害事故，通常会导致工人昏迷、失血、骨折和休克，在最短的时间内急救可大幅度挽救生命，常用的心肺复苏术、包扎、固定方法属于比较专业的急救手段，通过VR培训可使工人迅速学会正确的操作方法，及时救助伤员。

3结语

在高层建筑施工安全管理中，运用BIM技术进行专项施工方案模拟、安全监测监控，在施工前运用构件安全检查表进行危险源辨识，通过模拟事故场景对工人进行安全教育培训，可更直观的对高层建筑的安全管理实现可视化，有效的提升高层建筑安全管理水平。

[1]王江涛.BIM技术在建筑工程安全管理中的研究与应用[D].邯郸:河北工程大学，2019.

[2]罗元国.分析高层建筑工程深基坑支护施工技术[J].低碳世界，2016(2):143-144.

[3]郎志坚，周德灏，孙鹏，等.论危险性较大分部分项工程管理缺陷[J].建筑安全，2018，33(6):56-58.

[4]解金箭.附着式升降脚手架安全管理研究[D].北京:首都经济贸易大学，2017.

[5]张彬彬.基于BIM与WSN技术的塔吊安全管理实施监测与预警系统研究[J].项目管理技术，2018，16(6):46-51.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑施工安全检查标准:JGJ59-2011[S].北京:中国建筑工业出版社，2011.

[7]侯宇，周建亮.基于BIM与SCL技术的建设工程危险源管理研究[J].施工技术，2015，44(12):84-89.