黃林青 趙 馨 廖小烽

重慶科技學院建筑工程學院

基于BIM的高層建筑工程臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)構建

黃林青 趙 馨 廖小烽

重慶科技學院建筑工程學院

本文以某高層建筑工程中的臨邊及洞口為主要研究對象，在分析建筑工程施工現(xiàn)場特點的基礎上，基于BIM （Building Information Modeling）構建高層建筑工程臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)原理，分析了系統(tǒng)結構由信息存儲模塊、信息采集模塊、BIM信息交互平臺三部分組成。

臨邊；洞口；風險控制；BIM

本文學習并借鑒國內外既有的分析和研究成果，借助BIM及相關技術構建高層建筑工程臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)，用于解決目前現(xiàn)場臨邊及洞口、人員在終端模型中的定位和風險實時預警，以實現(xiàn)現(xiàn)場臨邊及洞口施工風險信息化、可視化、自動化的高效控制。

1　臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)結構

1.1系統(tǒng)原理

BIM即建筑信息模型是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，在處理工程問題中所使用任一多維度（3D或以上）的結構化數(shù)據(jù)庫技術都屬于BIM技術［1］。RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別技術，是一種通過電磁信號進行無線檢測的技術［2］。一個基本單元的RFID系統(tǒng)由標簽、讀寫器和計算機信息網(wǎng)絡組成，其中，防水、防油能穿透各種介質且具有10M以上信息存儲容量的RFID標簽，是最適合在建筑施工現(xiàn)場這種復雜環(huán)境中使用［3］。因此以BIM為基礎，RFID為輔助，互聯(lián)網(wǎng)為媒介構建臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)結構的構建

以高層建筑工程中的臨邊及洞口為主要研究對象，基于BIM構建臨邊及洞口施工的風險控制系統(tǒng)，分為信息存儲模塊、信息采集模塊、BIM信息交互平臺三個部分。

1.2.1信息存儲模塊

信息存儲模塊主要是在搭建建筑工程的BIM模型時，預先將分析所得的臨邊及洞口周邊的危險有害因素定義到BIM模型內對應的構件屬性中。

（1）風險區(qū)域識別。對高層建筑工程中臨邊及洞口的特點進行分析，基于大量基礎資料的整理與總結，現(xiàn)制定臨邊及洞口風險區(qū)域的識別規(guī)則，見表1。

表1　臨邊及洞口風險區(qū)域的識別規(guī)則

（2）信息存儲。通過將對象屬性信息轉化為BIM數(shù)據(jù)，以數(shù)字文件或數(shù)據(jù)庫的形式存儲到BIM模型中［4］。此時，BIM模型不僅包含建筑工程施工現(xiàn)場的3D模型及項目的一般屬性信息，而且還包含了施工現(xiàn)場臨邊及洞口周邊危險有害因素的信息。

1.2.2信息采集模塊

信息采集模塊主要用于施工現(xiàn)場的信息采集，通過RFID讀寫器不斷掃描現(xiàn)場臨邊及洞口、人員的標簽，實時采集對象信息，實現(xiàn)對對象的定位跟蹤［5］。信息采集的過程可以分為：RFID標簽定義、讀寫器布設、定位和跟蹤三個階段。

（1）RFID標簽定義階段。由于在施工現(xiàn)場中主要針對人員安全進行防護，且具有活動性強的特點，因此采用低成本、高利用率、可跟蹤運用的無源標簽作為RFID標簽使用。在整個風險控制過程中，不僅需要實時收集人員的安全情況，還要對整個施工過程中的所有信息進行收集，為準確的定位跟蹤以及管理人員對風險控制方案進行更為精確科學的設計提供依據(jù)，圖1為設定的RFID標簽空間區(qū)域，包含標簽集成的信息內容。

圖1　標簽集成信息內容

（2）讀寫器布設階段。將RFID讀寫器布置在施工現(xiàn)場，可根據(jù)本項目現(xiàn)場平面和臨邊及洞口風險區(qū)域的識別規(guī)則，結合標簽與讀寫器的識別范圍，劃分控制區(qū)域并確定讀寫器布設點位。其中，讀寫器的布設位置可以通過定位算法中距離估計法的原理來確定。距離估計法［6］是利用三角形的特點，通過參考點來估計待定位點位置的算法，主要有三角測量法和三邊測量法。三角測量法是通過測量不少于兩個參考點所接收信號的到達角度，形成角度的兩條直線的交點為所估計的位置，圖2為三角測量法。三邊測量法是通過測量待定位點到至少3個參考點的距離來估計待定位點的位置，圖3為三邊測量法。因此，對待定點位置的確定都至少需要三個不同的參考點，所以對施工現(xiàn)場讀寫器的布設選取平面圖中的任意三點，圖4為某標準層讀寫器布設平面示意圖。

圖3　三邊測量法

圖4　某標準層讀寫器布設平面示意圖

（3）定位和跟蹤階段。RFID技術操作便捷且系統(tǒng)簡便，標簽中存儲被識別物體的信息，通過讀寫器識別后傳送到計算機進行處理。由于一臺讀寫器可以同時識別一個或多個標簽，一臺計算機也可同時接受一個或多個讀寫器傳輸?shù)男畔?，因此將它們組合形成定位系統(tǒng)。在建筑施工現(xiàn)場，對每個樓層配備一套讀寫器，達到對每一層進行定位的目的，并且讀取本層標簽的位置。由于讀寫器只能獲取標簽到讀寫器的距離信息，因此可將一套讀寫器分為三個子讀寫器，通過3個固定的子讀寫器的坐標確定移動中的人員坐標。將RFID人員信息標簽附著于對應的安全帽上，當工作人員佩戴安全帽進入施工現(xiàn)場區(qū)域，讀寫器開始工作，將人員位置數(shù)據(jù)傳送到計算機的同時，也會將子讀寫器本身攜帶的樓層及位置信息一起傳送給計算機，計算機通過計算確定人員在現(xiàn)場中的位置，并通過BIM模型在計算機中展示人員位置及周圍環(huán)境，一旦人員進入臨邊洞口風險區(qū)域超出系統(tǒng)預設的安全等級則系統(tǒng)中BIM模型進行精準報警。

1.2.3BIM信息交互平臺

采用BIM與RFID結合，信息直接通過RFID與BIM模型進行交互，不僅及時易查找，而且在設定歷史信息與環(huán)境信息之后也能與整個項目進展關聯(lián)起來。歷史信息存儲了系統(tǒng)在整個風險控制過程中發(fā)生的一些安全隱患信息，如時間、人物、對應風險位置、處理措施等，對加強管理防范風險起到積極作用。環(huán)境信息則記錄顯示同一環(huán)境中，對象與對象之間的聯(lián)系，有利于全面完整的進行監(jiān)控，即使風險尚未發(fā)生也能知道人員與危險區(qū)域之間的距離，有助于提高警惕，預防風險的發(fā)生。在RFID與BIM進行信息交互過程中，所有標簽信息進行不斷存儲、更替并作為BIM的安全信息數(shù)據(jù)庫，BIM信息交互平臺是已有信息與采集信息的信息交互平臺，它進行數(shù)據(jù)分析與處理、更新與整合、反饋與預警。風險控制過程信息交互流程圖，如圖5。

圖5　風險控制過程信息交互流程圖

2　結束語

利用BIM及相關技術，構建建筑施工現(xiàn)場臨邊及洞口的風險控制系統(tǒng)，有利于改善目前施工現(xiàn)場安全監(jiān)控手工錄入和紙質傳遞的方式，更能夠對臨邊及洞口周圍的各類風險進行有效的、迅速的預測、分析、防范和控制。該系統(tǒng)的構建可以為以后構建多方位、多角度、多方協(xié)同的項目施工風險控制系統(tǒng)提供理論基礎。

［1］翟越，李楠，艾小芹，等.BIM技術在建筑施工安全管理中的應用研究［J］.施工技術，2015，44（12）：81-83

［2］Chae，Soungho，Yoshida，Tomohiro.Application of RFID Technology to Prevention of Collision Accident with Heavy Equipment［J］.Automation in Construction，2010，19（3）：368-374

［3］Kasi A S，Aouad G，Baldwin A.Lifecycle Management of Facilities Components Using Radio Frequency Identification and Building Information model［J］.Journal of Information Technology in Construction，2009，18（6）：238-262

［4］郭紅領，于言滔，劉文平，等.BIM和FRID在施工安全管理中的集成應用研究［J］.工程管理學報，2014，28（4）：87-92

［5］仲青，蘇振民，佘小頡.基于RFID與BIM集成的施工現(xiàn)場安全監(jiān)控系統(tǒng)構建［J］.建筑經濟，2014，35（10）：35-39

［6］韓晶.基于RFID標簽的定位原理和技術［J］.電子科技，2011，24（7）：64-67