朱森林　王國(guó)峰　付先雪　任常慶　張巖

摘要：本文從橋梁施工安全防治的角度出發(fā)，基于BIM技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建了一套針對(duì)橋梁施工安全的安全管理體系，其中重點(diǎn)分析了橋梁施工階段危險(xiǎn)源感知與識(shí)別、危險(xiǎn)防避決策制定、多維可視化安全交底與安全教育等。基于此，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了針對(duì)橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的模型，對(duì)提高施工安全管理水平有重要的作用。

Abstract： From the perspective of bridge construction safety prevention and control， based on the application of BIM technology， a set of safety management system for bridge construction safety is constructed， which focuses on the analysis and identification of hazard sources during the bridge construction phase， decision-making of hazard avoidance， multi-dimensional visualization of safety disclosure and safety education. Based on this， a model for the special design evaluation of bridge construction safety is established by the method of BP neural network， which plays an important role in improving the construction safety management level.

關(guān)鍵詞：BIM;信息化;橋梁;施工;安全管理

Key words： BIM;informatization;bridge;construction;safety management

中圖分類號(hào)：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）14-0247-03

0? 引言

當(dāng)前，我國(guó)的橋梁施工管理領(lǐng)域主要以二維的施工管理為主，而橋梁項(xiàng)目大多技術(shù)難度較大、工藝復(fù)雜、交叉作業(yè)多、異型構(gòu)件較多，在相對(duì)滯后的技術(shù)和管理水平下，長(zhǎng)期存在著安全事故頻發(fā)的突出問題。而圍繞橋梁工程的施工安全管理技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究的重要的課題。

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化發(fā)展的重要技術(shù)手段之一，已在行業(yè)內(nèi)得到越來越多的認(rèn)可，在施工安全領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用也表現(xiàn)出不俗的能力，特別是在房建工程領(lǐng)域基于BIM技術(shù)的虛擬施工的施工安全管理技術(shù)已日趨成熟。而基于BIM技術(shù)的橋梁施工安全管理技術(shù)的研究在國(guó)內(nèi)并沒有突出性的成果，本文針對(duì)現(xiàn)有的BIM技術(shù)，結(jié)合橋梁工程實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的橋梁施工安全管理體系。

1? 基于BIM技術(shù)的橋梁施工安全管理體系

從大多數(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)來說，其構(gòu)件多是大而重的，橋梁結(jié)構(gòu)又以超靜定體系居多，這就導(dǎo)致即使是外觀看起來完全相同的橋梁，若采用不同的施工方法進(jìn)行建造，成橋后結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也會(huì)截然不同的。所以，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)施工階段的受力體系，施工方法都會(huì)事先確定。

解決施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是能夠正確地認(rèn)識(shí)橋梁在施工作業(yè)進(jìn)程中的安全事故的誘發(fā)機(jī)制，并有針對(duì)性地制定有效的安全防避決策。在充分利用BIM技術(shù)帶來的過程可視化、過程全周期監(jiān)控、技術(shù)要點(diǎn)可參數(shù)化等功能，再結(jié)合相關(guān)信息技術(shù)，（譬如VR技術(shù)）可以使參與項(xiàng)目的施工建造者在施工前觀看到用BIM技術(shù)制作的三維交互式的橋梁施工建設(shè)全過程模擬動(dòng)畫，項(xiàng)目安全決策者更能在這個(gè)過程中直觀地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工條件和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，輔助其高效地進(jìn)行安全預(yù)防決策，從而提升決策水平。利用BIM技術(shù)在施工過程中可以動(dòng)態(tài)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的安全隱患，并及時(shí)調(diào)整施工方案。本文構(gòu)建的基于BIM的橋梁施工安全管理應(yīng)用體系主要由：危險(xiǎn)源感知與識(shí)別管理、安全措施制定、多維可視化安全交底與安全教育等主要模塊構(gòu)成，其構(gòu)成框架如圖1所示。

1.1 危險(xiǎn)源的感知與識(shí)別管理

危險(xiǎn)源是指可能導(dǎo)致人員傷害或疾病、物質(zhì)財(cái)產(chǎn)損失、工作環(huán)境破壞的情況或這些情況組合的根源或狀態(tài)的因素。所以它是研究施工安全管理的主要對(duì)象。

基于BIM技術(shù)，我們主要可以從兩方面對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行感知與識(shí)別管理。一方面，設(shè)計(jì)階段在定義各橋梁構(gòu)件的尺寸、材質(zhì)等參數(shù)信息時(shí)可以根據(jù)施工工序及工藝對(duì)構(gòu)件進(jìn)行排序編碼，并將相關(guān)信息備份上傳至云端平臺(tái)，若構(gòu)件為預(yù)制構(gòu)件在出廠時(shí)就可將構(gòu)件的相關(guān)信息從云端平臺(tái)導(dǎo)出并通過張貼二維碼或條形碼方式賦予構(gòu)件唯一的身份，若為現(xiàn)場(chǎng)施工可利用事先搭建的網(wǎng)頁BIM模型進(jìn)行空間定位與網(wǎng)絡(luò)電子表格對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息上傳，現(xiàn)場(chǎng)的安全員若發(fā)現(xiàn)施工安全問題，便可及時(shí)通過掃描早間布置在現(xiàn)場(chǎng)的二維碼等信息采集措施查看網(wǎng)頁端的BIM模型，并開發(fā)與子相關(guān)的標(biāo)注系統(tǒng)，以便通過手機(jī)等移動(dòng)端在模型上進(jìn)行簡(jiǎn)單的危險(xiǎn)源標(biāo)注。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)頁BIM模型需網(wǎng)絡(luò)電子表格輔助的局限性。則可用基于網(wǎng)絡(luò)電子表格的云安全員發(fā)現(xiàn)問題后，將具體的問題信息利用移動(dòng)端APP上傳至網(wǎng)絡(luò)，項(xiàng)目有關(guān)人員即可通過移動(dòng)端登陸云端平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行信息查詢和更新。

另一方面，根據(jù)橋梁的施工進(jìn)度安排，將各施工階段需要的構(gòu)件在FUZOR平臺(tái)上進(jìn)行信息建模，形成4D模型，對(duì)于結(jié)構(gòu)清晰，易于操作且具備項(xiàng)目特有信息的模擬項(xiàng)目可以提前讓參與者可以更加準(zhǔn)確地辨識(shí)潛在的安全隱患。

1.2 危險(xiǎn)防避決策的制定

根據(jù)已有的不同階段的橋梁4D施工模擬，可以整合出一套橋梁生命周期中各個(gè)階段的模型示意圖。并且在施工階段，結(jié)合現(xiàn)有的智能探測(cè)和視頻監(jiān)控等技術(shù)，施工單位、監(jiān)理、建設(shè)單位以及政府安全部門都可以進(jìn)行可視化施工安全遠(yuǎn)程管理。通過理想模型與實(shí)時(shí)監(jiān)控之間的對(duì)比，直觀的從橋梁各階段的施工進(jìn)度與構(gòu)件施工工藝進(jìn)行監(jiān)管，特別是那些對(duì)橋梁受力體系影響重大的異型構(gòu)件，進(jìn)行重點(diǎn)管理，并且以此來制定危險(xiǎn)防避決策。如果在實(shí)際施工中如果出現(xiàn)了模擬模型與實(shí)際施工條件、環(huán)境出現(xiàn)較大差異，現(xiàn)場(chǎng)安全人員可通過預(yù)先布設(shè)的信息反饋裝置，如二維碼等可將實(shí)際問題上傳至云端平臺(tái)，核心決策者可以根據(jù)實(shí)際情況制定特殊的安全防避決策。

1.3 多維可視化安全交底與安全教育

安全管理的主要傾向于減少施工人員的不安全行為，從組織行為學(xué)和工程心理學(xué)的角度來看，結(jié)合經(jīng)典的知識(shí)-態(tài)度-技能（KAP）模型，即安全知識(shí)的擴(kuò)展、安全意識(shí)的提高、安全操作技術(shù)與意識(shí)的積累。都可以通過安全培訓(xùn)來加以控制，而且這種安全教育，能巧妙地?cái)[脫傳統(tǒng)的口說手記模式，而過渡到現(xiàn)代化的多維交互式安全交底。

基于BIM的信息完備性和可視化性優(yōu)勢(shì)，可通過其進(jìn)行多維可視化安全交底與安全教育，施工人員可在多維的建筑模型中認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)、熟悉橋梁各階段的施工流程、獨(dú)特的施工工序以及現(xiàn)場(chǎng)用電安全培訓(xùn)、中大型機(jī)械使用安全培訓(xùn)等，BIM的特性將打破此前在橋梁施工安全領(lǐng)域的安全交底主要以文本或者口頭形式的安全交底的傳統(tǒng)形式，實(shí)現(xiàn)有別于傳統(tǒng)方式的可視化安全教育。這不但會(huì)提高安全教育的成效，對(duì)于安全培訓(xùn)的效率也會(huì)大大的提高，從而減少了因培訓(xùn)低效所產(chǎn)生的不必要的時(shí)間成本和資金成本，又大幅度提升了施工人員的整體素質(zhì)。安全管理人員也可以根據(jù)安全交底模型進(jìn)行有目的性的安全檢查，使安全檢查工作有據(jù)可依。此過程可以用Navisworks軟件為載體，可視化安全交底的步驟主要是用約定的特定方式從不同角度、視場(chǎng)中標(biāo)注出構(gòu)件的不同交底信息，再以鏈接等形式傳遞此信息，再根據(jù)不同的施工精度要求，用BIM相關(guān)軟件做成動(dòng)畫或漫游形式，壓縮成GIF形式上傳至網(wǎng)絡(luò)供相關(guān)參與者使用。

2? 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型

橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)的好壞需要一個(gè)詳細(xì)且科學(xué)的安全評(píng)價(jià)模型，此模型能按照特定指標(biāo)對(duì)于施工安全要素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在評(píng)價(jià)過程中收集設(shè)計(jì)的缺陷，然后用缺陷去修正設(shè)計(jì)結(jié)果，這樣才能夠得到更加精確更加安全的安全評(píng)價(jià)效果。

而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法恰好能滿足這一要求，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也叫反向傳播方法，它主要傳播誤差，并在模擬過程中收集系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差，與此同時(shí)將這些誤差作為輸出值，之后用這些誤差來調(diào)整神經(jīng)元的權(quán)重，生成一個(gè)可以描述原始問題的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體過程如下：

首先，我們將橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)元素分為以下幾點(diǎn)：危險(xiǎn)源感知與識(shí)別、危險(xiǎn)防避決策制定、多維可視化安全交底與安全教育。再使用AHP綜合評(píng)價(jià)方法生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，其步驟為，先使用層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重，一般來說，橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)指標(biāo)是安全投入和合理的施工組織設(shè)計(jì)，在確定這兩個(gè)指標(biāo)無誤之后就需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全檢查和安全意識(shí)做出要求，企業(yè)對(duì)于這些重要指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，根據(jù)實(shí)際情況確定適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，保證施工能夠安全順利的完成。其次是對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。而所謂的安全程度是比較模糊的一個(gè)概念，誰也不知道如何對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的描述，此處我們借助模糊數(shù)學(xué)工具進(jìn)行輔佐評(píng)估，再按照AHP法所得到的要素權(quán)重，建立出符合施工的安全評(píng)估模型。本模型主要分為以下幾點(diǎn)：①危險(xiǎn)源感知與識(shí)別評(píng)價(jià)集合。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)安全情況，將安全分為五大方面，分別為人員、機(jī)械、物料、法規(guī)、環(huán)境，再根據(jù)這五方面的安全評(píng)價(jià)建立安全程度的集合，按照安全程度的劃分可以分為很安全、較安全、合格、較危險(xiǎn)、很危險(xiǎn)這五個(gè)程度。②建立矩陣。將①中得到的相關(guān)指標(biāo)按照設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)安全程度登記建立出隸屬向量以及隸屬矩陣。③計(jì)算最終安全評(píng)估值。

接著我們可以通過訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過度到學(xué)習(xí)期，人為將網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)修改，使得系統(tǒng)之間輸入以及輸出之間產(chǎn)生函數(shù)關(guān)系，從而確保系統(tǒng)的輸出為期望輸出。也就是我們需要的最優(yōu)橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案。訓(xùn)練完成之后便將各個(gè)連接權(quán)限固定，待其穩(wěn)定再對(duì)于每個(gè)單元的狀態(tài)變化進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算出最終的輸出值，這一輸出值便是通過綜合計(jì)算以及處理后較為準(zhǔn)確的橋梁施工安全專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案。

3? 結(jié)語

在橋梁建造中，施工安全問題就是人身安全問題。而基于BIM技術(shù)，我們可以將項(xiàng)目的安全要素進(jìn)行細(xì)化，拆分為橋梁施工階段危險(xiǎn)源感知與識(shí)別、危險(xiǎn)防避決策制定、多維可視化安全交底與安全教育等模塊，通過多維布局與信息化的結(jié)合，建立一套基于BIM技術(shù)的橋梁施工安全管理體系，對(duì)橋梁施工安全管理的實(shí)際操作提供了一定的理論依據(jù)。

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