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    利用BIM技術建立安全預警機制


    論文作者:劉艷玲

    演講者:劉艷玲


    【摘要】  通過分析施工現場人的不安全行為,明確人的不安全行為的信息控制需求,結合BIM技術和智慧工地中的“智能定位”技術,將人的不安全行為和現場環境的不安全性結合起來,構建人的不安全行為預警機制,以更好的預防施工事故的發生和提高施工管理水平。

    【關鍵詞 建筑; 不安全行為; 建筑模型信息(BIM);

    引言

        建筑施工現場環境復雜多變,一方面是生產要素密集,涉及人、機、材料等;另一方面高空作業、露天作業較多,工人流動性大,同時大、中、小型機械設備運行較為集中。這些特點決定了建筑施工現場不可預測因素較多,也是建筑行業高事故率且難控的主要原因。因此,研究并建立安全預警機制,提高施工現場安全管理水平,降低事故率,對建筑業健康發展具有重大意義。


        建筑施工安全事故中,具有高發性的主要為以下4大傷害:高處墜落、物體打擊、機械傷害、觸電。造成這些安全事故離不開人-機-環的原因,即人的不安全行為、物的不安全狀態、環境的不安全性。其中,人作為生產活動的主體,是安全事故的主要激發因素,由于人的不安全行為導致的安全事故總數占比最多。因此,人的不安全行為是安全事故預防的重點,作為本論文的主要研究對象。


        本論文主題主要圍繞對施工現場中人不安全行為的預防和控制來闡述。現目前的施工企業大多是采用:(一)入場教育、三級教育等安全培訓教育來提高工人安全意識;(二)制定相關的安全制度來規范工人行為;(三)加強安全監督和管理;(四)加大安全投入,改善施工環境。雖然這些措施已經很大程度上降低了安全事故發生的風險,但在動態、復雜的施工作業環境中,人的不安全行為仍難以控制。


        BIM(building Information modeling,建筑信息模型)是以三維數字技術為基礎,集成建筑項目各種相關信息的工程數據模型,涵蓋工程項目各種相關信息,可直觀地對建筑工程進行表達和描述,并對事前各項問題進行提前預警,使工程施工方能夠對各種建筑信息做出正確的應對,能廣泛應用于工程建設中。

    全文通過分析施工現場人的不安全行為,明確人的不安全行為的信息控制需求,結合BIM技術和智慧工地中的“智能定位”技術,將人的不安全行為和現場環境的不安全性結合起來,構建人的不安全行為預警機制,以更好的預防施工事故的發生和提高施工管理水平。


    1  人的不安全行為類型

    1.1 人的不安全行為引發事故類型分析


        根據《企業職工傷亡事故分類標準》的定義,不安全行為指能造成安全事故的人為錯誤。從現場施工來說,體現在施工從業人員任何直接或間接導致安全事故的行為,包括從業人員的違規行為、引起安全事故發生的不安全動作以及沒有按照安全規程去做的行為。


        根據海因里希得出的“88:10:2”模型,指出100起施工安全事故中,有88起是由于人的不安全行為導致的。大多數的人的不安全行為引發的安全事故中,原因為以下幾類情況:


        1、接近危險源。指作業人員在施工現場所處的位置存在危險,包括處于危險場中或接近危險源。


        2、安全用品使用不當。指作業人員在施工現場中個人防護用品未佩戴或使用不正確,穿戴非安全性的服裝,或進行危險工種時沒有使用安全保護裝置和對安全裝置使用不恰當。


        3、違章操作。指作業人員沒有按照規定的操作流程進行作業,或無意識下做出不安全的行為,包括錯誤作業、忽視安全警告、未按操作流程施工等。

    1.2 安全預警機制信息收集

    1、作業人員行為信息


      首先根據施工方案利用BIM技術建立建筑模型,進行施工模擬,選定施工中所需要的作業人員種類,編制作業人員操作方案,方案涵蓋人員屬性、勞保用品佩戴信息等。


    2、作業人員位置信息


        根據智慧工地系統作業人員所錄入信息和機械設備信息數據,追蹤作業人員位置信息和機械設備位置信息進行動態匹配,在BIM建筑模型中顯示出是否符合位置規范。

    2  安全預警機制的建立基礎

        根據作業人員不安全行為預警的信息需求分析,構建基于BIM技術的人的不安全行為預警機制框架,包括:信息收集、信息錄入、信息分析計算、信息輸出。


     

        信息收集通過人工輸入或證件系統自動錄入,收集整個施工現場的信息,涵蓋施工方案、施工進度計劃等項目信息以及管理人員、作業人員及機械設備整體信息。項目相關信息的建筑模型,在與定位系統相連接后進行信息錄入。


        相關信息錄入后,得到作業人員工作屬性和位置定位,分析其安全裝備佩戴情況,并與施工現場機械設備位置定位進行復核,判斷距離是否符合規范要求。針對人員及機械設備位置定位采用GPS和Zigbee定位系統,GPS系統主要作用于露天施工區域,ZigBee系統主要作用于封閉施工區域(類似隧道、地下施工),進入現場的人員只需佩戴有定位芯片的安全帽或者胸卡,后臺會自動采集GPS或Zigbee定位的數據并回傳到BIM模型中。


        信息分析通過多種動態模擬實驗,監測作業人員存在位置是否安全,勞保用品是否佩戴完好且正確,動態識別施工現場內危險區域變化方向,通過安全預警系統實時顯示人員的位置,預設好安全作業范圍。  


        信息分析計算,判斷是否達到安全臨界狀態或臨界值,并根據不安全行為的預警等級,通過智能工地系統直接向作業人員或周圍施工管理人員發出預警信號,對于走出安全范圍的勞務人員進行自動警告提示并報告相關管理者,并監測危險區域內是否存在非作業人員或非安全狀態機械設備,并在安全帽或胸卡上配一鍵呼救及雙向通話系統,方便作業人員在緊急情況下使用,并及時向作業人員傳送整改措施或應急措施,還可根據高危性或頻發性增大預警頻率,從而達到消除事故隱患的目的。


    3  安全預警機制的項目級應用

        在項目應用中,施工之前可根據施工方案或專項施工方案進行模擬,技術人員則將復雜的工作過程在計算機上模擬出來,并制成多媒體文件,在入場安全培訓中,通過BIM模型演示動畫進行講解和培訓,使作業人員了解施工操作要求、程序、步驟、注意事項以及危險源和危險隱患。


        系統收集作業時間內作業人員的位置信息,判斷出作業人員進出施工現場的時間,從而計算作業人員的作業時間及作業量。實時更新的位置信息能形成作業人員的行動路徑,有效判斷作業人員的作業行為。


        通過檢測作業人員佩戴勞保用品中的標識標簽,現場出入口能檢測出是否按照規定佩戴符合要求的勞保用品,能有效避免作業人員不戴安全帽、不穿勞保服等不安全行為。


        在機械設備操作上,機械管理系統判斷該作業人員是否具備操作該機械設備的權限,若未有權限將發出預警信號,并記錄違規行為。


        通過分析定位作業人員與機械實時位置,保護其作業人員始終與各類機械保持安全位置,發現小于安全值時立即發出預警信號,要求其作業人員立即離開該區域。

    4  未來發展趨勢

        隨著BIM技術的發展,與其相結合的安全預警機制在未來的建筑施工中可升級成為一個針對人-機-環三個因素可控的安全預警平臺,通過更全面的信息收集以及復雜系統運算能力,進行更多元化、更全方位化的預警,及時反饋現場信息,防止事故發生。



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