BIM技术在建筑施工安全管理中的应用

摘要：近年来，随着城市化和工业化的建设步伐加快，建筑业的生产和就业人数持续增加，建筑业的安全问题越来越突出，这些问题的出现对建筑行业从业人员的生命安全及财产安全已经构成严重威胁。现在城市建筑追求大型化建筑，其建设周期长、施工工艺也越来越复杂、并且引起很多不确定性因素，这些对城市和企业都带来一些不利影响。以此同时施工技术和信息技术的迅速发展，导致传统的安全管理模式已显得比较落后，在此背景下，我们需要探寻全新的工程施工安全管理模式。由于近些年BIM技术的推广，使得建筑业已经进入到了信息化时代。针对目前的建筑施工安全管理中存在的问题，笔者尝试在建筑施工安全管理中引入BIM技术，探索以BIM为基础的建筑施工安全管理的理论解决工程当中实际存在的问题。

关键词：BIM技术；安全管理；施工安全

　引言

作为目前一种较为先进的三维数字模拟技术——BIM技术，是当建筑业一种较受欢迎的建筑信息化技术。BIM技术的基础是三维建模技术，是多年来传统建筑业发展成三维建模技术领域的重大改变。由于大多数建筑行业具有专业化、多样性、高投资成本和建设周期长的特点，之所以BIM技术能成为今后建筑行业发展的一个重要趋势，是因为BIM技术能有效地解决这些技术问题。在工程施工安全管理中引入BIM技术，对建筑工程行业的发展将会有极大地促进作用，这标志着安全管理的信息化时代开始。

1 BIM技术概述

　　1.1 BIM概述

BIM是Building Information Modeling英文全称的简写，其中文全称是建筑信息模型。BIM中的B既能代表建筑物本体，又能代表建筑行业或领域。I代表信息的意思，包括建筑工程各个方面的信息。M表示模型，它不仅指模型对象，而且强调是以过程模型为基础的。因此，BIM技术其实是一种以建筑为基础，对建筑进行建模的一种行为方式。[1]

　1.1.1 BIM的技术优势

BIM技术具有可视化、参数建模化、风险化、信息共享化等方面的优势，这些优势使得BIM技术在全球建筑市场上已形成一种趋势。

1.BIM技术的可视化优势

BIM技术可以用三维方式展示出建筑物的特点，包括旋转、缩小、放大、改进和修正，但传统的二维图纸只能展示核心点和关键点，因此设计者很难及时发现问题和错误，从而影响到工程后期的施工进程。

2.BIM技术的参数化建模优势

运用图元构件和族库的形式来实现参数化建模是BIM技术的基本功能，通过参数引擎实现自动关联和更新原始信息，这种方法可以保留建筑工程的几何性和非几何性信息，甚至可以保留非标准的信息，事实证明这是非常可取的。

3.BIM技术的风险化解优势

可以直观地展示建筑工程的三维模型是BIM技术的另一个特点，这在降低了新风险出现的可能性的同时大大提高了建筑设计的精确度，从而使设计人员的设计也得到了极大地改进。

4.BIM技术的信息共享优势

在建筑项目设计初期，可以利用BIM技术保存各种信息，这有助于整合后期施工阶段、运营阶段的各种信息，保证建筑信息的先后一致性的同时还确保信息传送的高效性和准确性，这也为建筑工程的管理创造了良好基础和条件。

1.2 BIM技术在项目全过程管理中的作用

　　1.2.1 项目可行性研究阶段BIM的作用

可行性研究阶段是建筑工程项目的初步决策阶段，这一阶段综合的涉及到了工作的方方面面。首先，BIM技术可以在建筑可行性研究期间进行环境可行性分析。第二，BIM技术有助于对建筑项目的实现性能进行可行性分析。最后，BIM技术有助于建筑项目找到最佳方案的示范和分析。借助BIM技术，可以充分的反映方案的意图、效率和目标，并且可以不断优化，寻求最佳的可行性方案。

　　1.2.2 项目设计阶段BIM的作用

项目设计阶段是建筑工程项目的重要环节，所以在项目设计阶段引入BIM技术就显得更为重要，其主要作用表现在以下几个方面：

首先，BIM技术可以为建筑工程提供可视化设计。长期以来，我们国家的大部分建筑设计仍在使用传统的二维模式，许许多多的问题和困难会随着工程施工的过程中不断暴露出来。借助BIM技术，不仅可以直观地呈现施工进程，而且还可以提供几何信息和非几何信息，尤其是对于一些复杂的建筑工程，可以很好的展示出大量细节，这对后期的工程施工决策有很大帮助。

在建筑设计中进行碰撞检查是BIM技术的第二个作用。比如说建筑设计中涉及大量的综合性管线，传统的设计并没有清楚地反映出不同专业管线的准确体现，很难检查出错误管线的排放，这浪费了设计人员的大量时间。即便是这样，许多问题还是无法被发现，导致后续施工存在很多安全隐患。引入BIM技术以后，不仅可以用三维模型直观地把问题反映出来，而且还可以通过碰撞检测系统进行检测，使其中的安全问题得到有效解决。

给建筑工程设计提供协同是BIM技术的第三个作用。在建筑设计方面，传统设计的方式容易导致图纸杂乱无章，缺乏统一的标准，整体设计思想很难表达出来。引入BIM技术以后，可以减少了设计所需的人力和财力，标准化的实施模式可以促进各专业的设计合作。以此同时，能够在设计过程中保持适当的沟通和信息交流。

1.2.3 建设施工阶段BIM的作用

施工阶段是建筑工程所有环节中涉及管理工作量是最多的，引入BIM技术以后可以大大提高管理效率。下面将从现场管理、质量管理、进度管理等三个方面来阐述在建设施工阶段BIM技术的重要作用。

第一，在工程项目现场管理方面引入BIM技术可以发挥重要作用。借助BIM技术不仅能够创造一个真实的施工现场环境，其4D虚拟还能展示整个施工动态地过程，这个模拟环境可以帮助劳务人员进行安全疏散演习。

其次，在建筑项目的质量管理方面BIM技术也可以发挥重要作用。引入BIM技术后，我们就可以进行施工工艺的模拟，通过设置标准的施工工艺流程，达到确保工程细节的准确性和可行性的目的。

最后，对于管理建筑项目的进展方面BIM技术也可以发挥非常重要的作用。BIM技术能够统计并分析三维模型的数据信息，并同时规划人员、设备和财产方面的进展。在施工过程中，可以制定有效的进度计划，当出现设计变更时能及时调整进度计划。

　1.2.4 竣工运营阶段BIM的作用

竣工运营阶段是建筑工程项目的最后阶段，该项目能否实现其价值目标，跟项目的运营阶段有密切关系。引入BIM技术以后，我们可以将项目在设计阶段和建设施工阶段的各种信息数据进行整合，促进运营阶段的动态信息管理，从而提高运营阶段的效率和水平。

BIM技术为运营管理人员提供了更加明确的空间信息，从根本上实现了经济效益，提升了对空间的利用水平，并创造了更安全的空间环境。利用BIM技术的三维建模技术，可以为工程运营提供必要的服务管理能力，例如任务管理、知识库管理和设备管理等。

　1.3 BIM在工程安全管理中应用的必要性

　　1.3.1 效率必要性

现阶段，信息管理软件和技术在工程施工的不同主体中得到较广泛地使用，但这些管理软件和技术主要在二维层面上得到开发，少数在尝试三维开发与应用，这很难表达出房地产工程的复杂实体，特别是在安全管理方面明显存在局限性。[2]

　1.3.2 科学必要性

传统的安全管理软件的成果是无法以立体化的方式呈现出来，例如工作人员很难理解施工和设计成果，导致在随后的运营过程中会出现许多安全问题，从而降低了工作效率。那么，借助BIM技术来实现施工安全管理的科学性就显得非常必要。

　2 在工程安全管理中的BIM技术应用

　　2.1 BIM技术应用条件与步骤

　　2.1.1应用条件

BIM技术不仅可以为整个项目奠定基础，还可以降低施工周期的成本管理，与此同时，还实现了工程施工的可视化，提高现场管理和安全管理的准确率，降低危险因素的影响。BIM技术的推广需要一定的软件和硬件支持。

从软件的方面看，BIM技术需要软件系统构成，这些计算机系统是实现BIM技术应用的基础，包括建模软件以及与建模软件相关的管理配置系统，包括鲁班建模系统等。

从硬件的方面来看，BIM技术的实现必须有计算机硬件配置的支持，现阶段常见的BIM技术应用硬件配置如表2.1所示：

表2.1 BIM技术应用硬件配置表

类型	基本要求	具体配置
	装载WINDOWS 7操作系统 IE8以上浏览器	装载WINDOWS10操作系统 IE11以上浏览器
硬件配置	CPU英特尔I5以上；内存2G以上；硬盘500G以上；独立显卡；百兆以太网卡	CPU英特尔I5以上；内存4G以上；硬盘500G以上；独立显卡；百兆以太网卡
网络配置	允许共享使用	20M光纤接入

　2.1.2应用步骤

1.构建工程项目的4D/5D模型

项目设计过程中的4D/5D信息模型是以传统的3D信息模型和空间方面的结合为基础的，通过对3D信息模型和空间方面的信息进行关联，然后根据IFC标准和业主需要的数据来实现工程信息模型的构建，这种方式比传统的方式更准确、更高效。

2.建立4D/5D安全管理模型系统

构建4D/5D设计模型后，我们可以对整个工程的现场工作人员、机械控制、安全管理配置和组织方案进行明确的说明，对项目安全管理的可视化和施工现场模拟在随后的施工管理中带来积极效果。

3.对工程项目的安全管理信息实施集成

借助BIM技术包含的数据库和数据集成系统，我们可以处理一系列信息数据，包括施工信息、机械信息、劳务分包信息和模型信息等。通过BIM技术处理并整合这些信息，提高对工程安全管理的效率和准确性。

　2.2 BIM技术在安全组织管理中的应用

　　2.2.1 安全组织管理需求

长期以来很多施工企业在安全管理方面不够重视或者管理细度不够，项目管理人员安全管理上往往是根据自己经验，缺乏理论依据和系统化管理，安全管理效率较低，需要优化或改进。

工程项目安全组织管理应制度化。随着国家法制化，制度化进程不断推进，工程项目在安全组织管理中也应实现制度化，而安全组织管理制度化的前提是安全组织管理标准化，安全管理应贯穿整个工程始终，建立起安全管理制度体系，从而实现工程项目安全的标准化和规范化。

精细化是安全组织管理目标的需要，也是工程项目总体目标顺利实现的需要。在安全组织管理中，应层层分解并有效落实安全组织管理目标，同时，应将本组织的核心职能、不同岗位和主要管理职能相结合，确定每个项目管理人员的安全管理具体职责，建立明确的安全组织管理系统，包括分工、责任分工以及连带责任。

　2.2.2 BIM技术在安全组织管理的协同应用

在工程项目的精细化管理中，所有职位和专业都必须做到准确和精细。

首先，在安全组织的管理中，BIM技术应用的管理程度会明显增加。利用BIM技术可以实现深层次、大范围的安全管理，同时提高沟通效率，从根本上提高项目安全管理组织的管理效率和水平。

工程信息的普遍共享也是BIM技术在安全组织管理应用中的一个重点。因为工程项目所包含的专业多种多样。技术人员与安全管理人员之间的沟通效率低，导致安全管理出现问题。借助BIM技术可以提高彼此之间的沟通效率，及时发现安全管理偏差并制定相应的纠正偏差方案，实现安全的动态化管理和协同管理。2.3 BIM技术在现场施工冲突中的应用

　2.3.1 BIM技术在机械施工冲突中的应用

众所周知，在工程施工阶段，施工现场的动态变化很大，施工人员和机械设备都在不断变化，借助BIM技术可以收集和整理施工现场的人员和机械的分布情况，并结合定位技术进行连续监测。在这种情况下，如果施工人员接近危险区域时，通过某些手段及时向施工人员发出警告，可以大大减少安全事故发生频率。

此外，利用BIM技术可以进行与工程项目安全管理相关的碰撞检测，然后通过技术模拟方式不断优化建筑方案，从而提高施工资源利用率，降低安全风险。比如在工人和机械进入场地之前，可通过模拟设备部署机械的位置，检测到不合理的地方并及时改正，减少由施工机械引发的安全方面的风险隐患。

　2.3.2 材料装卸冲突的BIM技术应用

在工程项目的施工期间，材料的安全管理也非常重要。在大多数工程项目中，在施工现场难免会放置一些危险性材料，给施工现场带来安全风险。此外，许多材料的安放不合理、装卸不当等，都会增加施工现场的安全风险。利用BIM技术的可视化技术，可以帮助施工人员直接了解整个施工区内材料的存放和处理情况，可以有效地降低发生安全事故概率。[3]

　2.4 BIM技术在安全风险因素识别中的应用

BIM技术可以模拟建筑工程的立体施工，安全管理人员通过立体施工模拟场景，能够提前了解工程施工期间可能出现的风险因素以及安全隐患。

首先，通过BIM技术建模可以使立体模型展现出大量的现场安全信息，这种安全信息与模型的结构有关，模型的结构反映了多个安全信息，然后通过将这些安全信息的特征与标准和规范进行比较，从而突出显示相应的风险因素。

此外，将安全规划、质量计划、进展计划和工程项目资源计划与BIM建立的参数化模型进行比较，综合模拟工程项目的所有主要流程和阶段，以预测施工期间的安全风险，然后改进施工安全计划，以避免后续安全事故的发生。

　3 BIM技术在建筑施工安全管理中应用的保障策略

从当前建筑业发展趋势来看，BIM技术很有前景，对工程项目的所有阶段都有极大的作用和贡献。本章将从两个方面阐述BIM技术在建筑施工安全管理中应用的保障策略。[4]

3.1 制度保障

　　3.1.1 构建BIM技术应用的相关制度

BIM技术的应用，还应该在制度上和政策上构建BIM技术的整体结构。目前，国内BIM技术基本采用的是国外的技术，但该技术的应用效果与国内工程实际情况不符，因此，国家应制定相关制度，确保BIM技术的正确应用和快速推广。

目前我国没有对BIM技术应用制定明确的标准，现阶段使用的大部分是企业规定的标准体系。国家有关部门应对此引起重视，早日出台配套国家标准，促使工程设计单位和建筑施工企业使用BIM技术，促进BIM技术在施工安全管理的应用和推广。不断完善BIM技术的制度，才能更好地促进BIM技术在安全管理领域的应用和发展。

3.1.2 加强施工人员的全面培训体系

我国应逐步建立有效的BIM技术人员培训机制。例如，在一些工程类院校开设“BIM安全计划编制”、“BIM安全控制”、“BIM安全进度评估”、“BIM安全规则检查技术”等课程，以便使BIM技术人才在学生阶段更容易接触到BIM技术。这样可以大大弥补我国工程项目BIM技术人员短缺的问题。此外，国家应建立相应的BIM技术专业资格认证体系，工程设计、工程施工、工程监理等各环节，真正提高BIM技术安全管理人员的专业水平。

　3.2 管理保障

　　3.2.1 施工企业应加强施工人员对BIM技术的认识

第一，工程施工企业必须充分认识到BIM技术在整个项目建设过程中的重要作用，鼓励在技术应用方面进行积极试验和不断创新，使BIM技术成为一种常态化，在项目施工中积极应用BIM技术，逐步创造良好的实施环境和应用条件。

另外，BIM技术是一种较为复杂的技术，工程项目施工人员要想更好地了解BIM技术并更好的应用于生产实践，首先需要将传统的设计理念和大量的创新设计理念结合起来，然后还需要对BIM技术及其应用软件有更深的认识，这样才能够更好地在工程项目建设安全管理中选择适当的软件，以便为施工安全管理奠定更坚实的基础。

　3.2.2 加大建设单位对BIM技术的参与力度

一方面，BIM技术应得到工程项目建设单位的认可并积极地参与应用。建设单位相关人员应根据工程项目自身特点，鼓励BIM技术应用方面的创新，允许第三方单位参与BIM软件开发和推广并与之展开深度合作，从开发具体的项目技术中获得更大的投资效益和社会影响力。

另一方面，建设单位应鼓励其他工程项目参与者使用BIM技术。尤其是工程规划设计单位，以BIM的通用性模型来促进施工企业来运用BIM技术，这可以大大降低应用BIM技术过程中的沟通障碍和成本，从而减少许多中间环节简化施工流程，最终达到提高工程管理效率的目的。

4 BIM技术在工程施工安全管理中的案例应用

　　4.1 案例工程概况

某酒店配套公寓项目占地面积21765平方米，总建筑面积90934平方米，其中包括2栋五星级酒店、3栋高级公寓以及地下室等辅助建筑。提供大约160间客房，设有商业街，提供餐饮娱乐、泳池、健身俱乐部等场所。本项目具有以下特点：

（1）单层建筑面积大，需要投入的人力、物力、机械资源大，许多工程交叉较大，可能造成较大的安全隐患。

（2）本工程为五星级酒店项目，对现场质量安全管理要求极高。

　4.2 BIM技术在工程中的安全管理

　　4.2.1 施工场地规划

工程施工阶段明显的特点是平面上和空间上均存在许多交叉作业，但是，施工场地非常有限，每个工人都需要必要的工作面，因此，施工场地规划就显得很有必要，施工管理人员应在施工之前就应做好合理的现场规划，确保工作效率和施工安全。

利用BIM技术的立体施工现场模拟场景，根据本案例工程的施工方案以及施工要求，施工管理人员应合理规划各区域和设施，确保现场施工人员和机械设备的相互独立性以及充足单位工作面。在有限的施工平面和施工空间，合理布置施工机械和材料的位置，在保证施工安全的前提下，最大限度提高施工效率。

　4.2.2 工程质量控制

作为项目管理四大目标之一的质量目标，在施工过程中是很容易出现质量问题或质量事故的。借助BIM模型的可视化功能，就能构建工程现场质量缺陷和安全隐患的数据资料库，将质量隐患的问题可视化，使质量管理人员能够及时掌握质量问题可能发生的位置。通过手机或电脑浏览器快速统计和分析质量安全隐患因素，及时纠偏，确保工程顺利进行。

　5 结论

随着国家发展和社会进步，工程安全越来越引起重视，但是根据长期的施工安全管理经验，我们发现安全管理一直存在沟通不畅通、不同施工班组之间或同施工班组中工人之间的冲突和数据缺乏共享等原因，导致安全隐患很多或者管理效率低下。BIM技术的出现已经在工程实践中的推广应用有效地缓解了施工安全管理的压力。本人通过对BIM技术在工程施工安全管理中的应用研究，初步得出以下四个结论：

基于BIM技术本身具有的优势特性，其已经在全世界的建筑行业范围内形成了一种趋势。BIM技术具有的优势主要表现为可视化优势、参数化建模、信息共享优势和风险化优势等。其中，可视化优势是通过BIM技术的三维方式来反映三维建筑的特点，它不仅可以调整大小、旋转，还可以修改和补充。这与传统的二维模式有很大的不同。信息共享优势在于BIM技术比传统模式更为重要，在建设项目设计的早期阶段，就可以保留各种信息，这将有利于整合后续建设和运营的信息。风险化优势表现为BIM技术可以直接体现建筑工程的三维模型，从而提高建筑工程设计的直观性和准确性。将事故因素和施工模型等要素充分整合到工程施工安全管理中进行推演，可以实现较为全面的安全管理和质量控制。借助BIM技术将空间模拟与思维模拟进行整合，并在施工安全管理中实现项目现场资源整合，从而形成4D/5D一体化安全管理模式。通过三个主要步骤可以将BIM技术有效应用于工程安全管理中，先建立项目的4D/5D模型，然后整合项目安全管理信息，最终实现4D/5D施工安全模式管理体系的建立。第三，借助BIM技术可以实现对工程项目安全管理进行碰撞检查，通过仿真试验的方式，不断优化工程设计图纸的施工组织和施工方案，合理安排施工资源和场地规划，减少施工过程中不必要的冲突，带最大限度消除安全隐患。

第四，文中还尝试给出了BIM技术能顺利应用于工程施工安全管理的保障措施。众所周知，管理是一个工程项目能保持稳定、高效运行的前提。将BIM技术应用于施工安全管理中，对制度保障和管理保障提供必要的支持。管理保障关系到BIM技术能否深度应用于工程项目安全管理中，主要表现为两个方面，第一，从施工企业的主体意识入手；第二，加强推BIM技术广者对安全管理的参与度。另一方面，在各种制度的基础上，国家相关部门应尽早推出相关政策，在规划设计中对BIM技术进行强制性应用，通过强有力的手段和措施来促进BIM技术在工程规划设计和施工管理过程中的广泛应用。

参考文献：

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