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利用BIM技术建立安全预警机制
发布时间：
2021-03-01 14:32
来源：
利用BIM技术建立安全预警机制
论文作者：刘艳玲
演讲者：刘艳玲
【摘要】 通过分析施工现场人的不安全行为，明确人的不安全行为的信息控制需求，结合BIM技术和智慧工地中的“智能定位”技术，将人的不安全行为和现场环境的不安全性结合起来，构建人的不安全行为预警机制，以更好的预防施工事故的发生和提高施工管理水平。
【关键词】 建筑； 不安全行为； 建筑模型信息（BIM）；
引言
建筑施工现场环境复杂多变，一方面是生产要素密集，涉及人、机、材料等；另一方面高空作业、露天作业较多，工人流动性大，同时大、中、小型机械设备运行较为集中。这些特点决定了建筑施工现场不可预测因素较多，也是建筑行业高事故率且难控的主要原因。因此，研究并建立安全预警机制，提高施工现场安全管理水平，降低事故率，对建筑业健康发展具有重大意义。
建筑施工安全事故中，具有高发性的主要为以下4大伤害：高处坠落、物体打击、机械伤害、触电。造成这些安全事故离不开人-机-环的原因，即人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全性。其中，人作为生产活动的主体，是安全事故的主要激发因素，由于人的不安全行为导致的安全事故总数占比最多。因此，人的不安全行为是安全事故预防的重点，作为本论文的主要研究对象。
本论文主题主要围绕对施工现场中人不安全行为的预防和控制来阐述。现目前的施工企业大多是采用：（一）入场教育、三级教育等安全培训教育来提高工人安全意识；（二）制定相关的安全制度来规范工人行为；（三）加强安全监督和管理；（四）加大安全投入，改善施工环境。虽然这些措施已经很大程度上降低了安全事故发生的风险，但在动态、复杂的施工作业环境中，人的不安全行为仍难以控制。
BIM（building Information modeling，建筑信息模型）是以三维数字技术为基础，集成建筑项目各种相关信息的工程数据模型，涵盖工程项目各种相关信息，可直观地对建筑工程进行表达和描述，并对事前各项问题进行提前预警，使工程施工方能够对各种建筑信息做出正确的应对，能广泛应用于工程建设中。
全文通过分析施工现场人的不安全行为，明确人的不安全行为的信息控制需求，结合BIM技术和智慧工地中的“智能定位”技术，将人的不安全行为和现场环境的不安全性结合起来，构建人的不安全行为预警机制，以更好的预防施工事故的发生和提高施工管理水平。
1 人的不安全行为类型
1.1 人的不安全行为引发事故类型分析
根据《企业职工伤亡事故分类标准》的定义，不安全行为指能造成安全事故的人为错误。从现场施工来说，体现在施工从业人员任何直接或间接导致安全事故的行为，包括从业人员的违规行为、引起安全事故发生的不安全动作以及没有按照安全规程去做的行为。
根据海因里希得出的“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为导致的。大多数的人的不安全行为引发的安全事故中，原因为以下几类情况：
1、接近危险源。指作业人员在施工现场所处的位置存在危险，包括处于危险场中或接近危险源。
2、安全用品使用不当。指作业人员在施工现场中个人防护用品未佩戴或使用不正确，穿戴非安全性的服装，或进行危险工种时没有使用安全保护装置和对安全装置使用不恰当。
3、违章操作。指作业人员没有按照规定的操作流程进行作业，或无意识下做出不安全的行为，包括错误作业、忽视安全警告、未按操作流程施工等。
1.2 安全预警机制信息收集
1、作业人员行为信息
首先根据施工方案利用BIM技术建立建筑模型，进行施工模拟，选定施工中所需要的作业人员种类，编制作业人员操作方案，方案涵盖人员属性、劳保用品佩戴信息等。
2、作业人员位置信息
根据智慧工地系统作业人员所录入信息和机械设备信息数据，追踪作业人员位置信息和机械设备位置信息进行动态匹配，在BIM建筑模型中显示出是否符合位置规范。
2 安全预警机制的建立基础
根据作业人员不安全行为预警的信息需求分析，构建基于BIM技术的人的不安全行为预警机制框架，包括：信息收集、信息录入、信息分析计算、信息输出。
信息收集通过人工输入或证件系统自动录入，收集整个施工现场的信息，涵盖施工方案、施工进度计划等项目信息以及管理人员、作业人员及机械设备整体信息。项目相关信息的建筑模型，在与定位系统相连接后进行信息录入。
相关信息录入后，得到作业人员工作属性和位置定位，分析其安全装备佩戴情况，并与施工现场机械设备位置定位进行复核，判断距离是否符合规范要求。针对人员及机械设备位置定位采用GPS和Zigbee定位系统，GPS系统主要作用于露天施工区域，ZigBee系统主要作用于封闭施工区域（类似隧道、地下施工），进入现场的人员只需佩戴有定位芯片的安全帽或者胸卡，后台会自动采集GPS或Zigbee定位的数据并回传到BIM模型中。
信息分析通过多种动态模拟实验，监测作业人员存在位置是否安全，劳保用品是否佩戴完好且正确，动态识别施工现场内危险区域变化方向，通过安全预警系统实时显示人员的位置，预设好安全作业范围。
信息分析计算，判断是否达到安全临界状态或临界值，并根据不安全行为的预警等级，通过智能工地系统直接向作业人员或周围施工管理人员发出预警信号，对于走出安全范围的劳务人员进行自动警告提示并报告相关管理者，并监测危险区域内是否存在非作业人员或非安全状态机械设备，并在安全帽或胸卡上配一键呼救及双向通话系统，方便作业人员在紧急情况下使用，并及时向作业人员传送整改措施或应急措施，还可根据高危性或频发性增大预警频率，从而达到消除事故隐患的目的。
3 安全预警机制的项目级应用
在项目应用中，施工之前可根据施工方案或专项施工方案进行模拟，技术人员则将复杂的工作过程在计算机上模拟出来，并制成多媒体文件，在入场安全培训中，通过BIM模型演示动画进行讲解和培训，使作业人员了解施工操作要求、程序、步骤、注意事项以及危险源和危险隐患。
系统收集作业时间内作业人员的位置信息，判断出作业人员进出施工现场的时间，从而计算作业人员的作业时间及作业量。实时更新的位置信息能形成作业人员的行动路径，有效判断作业人员的作业行为。
通过检测作业人员佩戴劳保用品中的标识标签，现场出入口能检测出是否按照规定佩戴符合要求的劳保用品，能有效避免作业人员不戴安全帽、不穿劳保服等不安全行为。
在机械设备操作上，机械管理系统判断该作业人员是否具备操作该机械设备的权限，若未有权限将发出预警信号，并记录违规行为。
通过分析定位作业人员与机械实时位置，保护其作业人员始终与各类机械保持安全位置，发现小于安全值时立即发出预警信号，要求其作业人员立即离开该区域。
4 未来发展趋势
随着BIM技术的发展，与其相结合的安全预警机制在未来的建筑施工中可升级成为一个针对人-机-环三个因素可控的安全预警平台，通过更全面的信息收集以及复杂系统运算能力，进行更多元化、更全方位化的预警，及时反馈现场信息，防止事故发生。
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