潘澤成 余劍英,2 蔡詩夢

(1.紹興文理學院 土木工程學院，浙江 紹興 312000；2.浙大城市學院 工程學院，浙江 杭州 310015)

0 引言

現(xiàn)代化建筑在我國國民經(jīng)濟中占據(jù)著舉足輕重的地位.隨著工程復雜程度的提高，其技術等級也不斷提高，同時安全施工風險也不斷增加.據(jù)中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部統(tǒng)計2009～2018年全國房屋市政工程安全生產(chǎn)事故及死亡人數(shù)，如圖1所示，其安全生產(chǎn)事故及死亡人數(shù)呈上升趨勢.并且在建設工程項目實施中，一方面參建單位多、專業(yè)工種多、施工交叉作業(yè)面多、協(xié)調難度大等特征，使得各類項目致險因素成為建設管理者亟待解決的重要問題.另一方面隨著數(shù)字化技術、智能建造技術的發(fā)展， 傳統(tǒng)工程項目管理方法在BIM技術的基礎上，逐步轉變?yōu)閿?shù)字化建造模式，更加有效地提高建筑性能及保障項目安全施工.同時，風險因素的有效識別可以決定安全管理的效果[1].

圖1 全國房屋市政工程安全生產(chǎn)事故及死亡人數(shù)

1 事故類型的確定

本文通過中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部網(wǎng)站搜集了2014～2018年建筑工程安全事故數(shù)據(jù)，并且整理分析了全國房屋市政工程施工階段近五年來主要事故類型、數(shù)量以及該五年內(nèi)相同事故類型數(shù)量占據(jù)總事故類型數(shù)量的比例關系，如圖2、圖3所示.其中所發(fā)生的主要事故類型包括高處墜落、物體打擊、坍塌事故、起重事故及其他事故，而其他事故包括觸電、中毒、車輛、火災等各類安全事故，并且圖2、圖3均表明高處墜落事故占據(jù)總事故類型的主要部分，并且其他事故類型發(fā)生概率較大，均有所上升擴大的趨勢，而且各事故類型發(fā)生均具有意外性及危險性等特征.基于此，本論文以該事故類型建立風險分析模型，反映出該事故類型的致險因素，并以此從技術層面建立施工場內(nèi)與場外的安全管理措施，避免或減少安全事故的發(fā)生.

圖2 全2014～2018年事故類型統(tǒng)計

圖3 全2014—2018年事故類型統(tǒng)計分析

2 建筑施工風險分析

2.1 事故樹分析方法

事故樹(Fault Tree)分析法又稱故障樹分析法，它是比較常見的風險評估方法.針對事故樹安全管理的過程，首先利用對頂層風險事件的分析與預測，其次用邏輯性關系找出導致頂層事件發(fā)生的致險因子，最后根據(jù)頂層與底層事件之間的因果關系，采取相關安全措施從事故的源頭抑制事故的發(fā)生.它因直觀明了、易分析等特點而廣泛應用于已發(fā)生的安全事故分析中，屬于事后管理的分析模型[2-3].

2.2 事故樹分析模型建立

建立事故樹模型時，應遵循以下基本原則：

(1)邏輯性原則：針對事故類型的頂上事件，按照邏輯關系循序漸進地找出該頂上事件的安全隱患，避免條理混亂等情況.

(2)獨立性原則：在梳理事故類型的致險因素時，確保各類影響因素相互獨立，互不聯(lián)系.

(3)全面性原則：針對事故類型的頂上事件，應從多角度、多層面去分析致險因素，以發(fā)生概率大的影響因素為主，且提出的安全管理辦法不可忽略小概率的事件.

基于此，根據(jù)相關原則建立高處墜落、物體打擊、坍塌事故、起重事故及其他事故的事故樹模型，如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9所示，實現(xiàn)對風險因素進行有效識別，最后根據(jù)事故樹模型得到事故風險梳理表，如表1所示.

圖4 建筑工程事故樹模型

圖5 高處墜落事故樹模型

3 工程案例分析

3.1 工程概述

2017年安徽某公司施工人員在新建廠房搬運欄桿過程中不慎墜落造成死亡，事故被認定臨邊洞口作業(yè)造成事故傷害.2019年9月26日成都一商業(yè)樓基坑局部發(fā)生坍塌致3人死亡，導致該事故發(fā)生的直接原因是基坑放坡系數(shù)不足，且因砂土地質及基坑邊緣距離施工主車道過近、場地未硬化、未設支護結構等.2020年1月5日武漢一旅游休閑開發(fā)項目高支模坍塌致6死5傷.同年4月15日襄陽一項目安全通道腳手架坍塌致7人受傷.同年5月13日廣東一建筑工地腳手架坍塌致8死1傷等.

圖6 物體打擊事故樹模型

圖7 坍塌事故樹模型

圖8 起重事故樹模型

圖9 其他事故樹模型

表1 建筑工程事故風險梳理表

本文針對上述事故，采用事故樹分析模型，建立臨邊洞口墜落、土方坍塌及腳手架倒塌事故樹分析模型如圖10-12，其具體致險因素如表2.

圖10 臨邊洞口墜落事故樹模型

圖11 土方坍塌事故樹模型

圖12 腳手架倒塌事故樹模型

3.2 BIM技術研究分析

在工程項目中，“信息”管理的作用一直被強調，而BIM技術更是將此特點無限放大，其可通過模型的可視化及信息化等特點展示項目的信息及人機交互的反饋過程.Zubaidah Ismail[4]等人通過對施工現(xiàn)場安全管理的影響因素進行問卷調查并發(fā)現(xiàn)，其中人的安全意識是影響安全的主要因素，其次是協(xié)調交流的能力.Stuart Porter[5]等人從BIM中使用的數(shù)據(jù)入手，繪制了BIM物理實體圖形捕獲它們作為節(jié)點和鏈接的關系，用以輔助分析BIM周圍環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)行為，以此來探索安全結構化設計管理.Chun Ling Ho[6]等人研究在面對多事故發(fā)生的狀態(tài)下，將傳統(tǒng)的安全教育與電子化、動態(tài)化的安全教育進行對比，發(fā)現(xiàn)新的教育培訓模式取得的效果有著巨大得提高，并且在人的行為意識上更有效地保障了施工安全.

表2 事故風險梳理表

在實際工程中，施工安全是首要目標.本文以建筑工程風險因素作為出發(fā)點，采用以“實”建“虛”，先模擬后施工，提出基于信息化技術安全控制方法，體現(xiàn)模型是對象，集成是手段，精細化安全管理才是所需的目標.由于BIM技術并不指的是一款軟件，其關注點更在于信息的有效表達.如通過品茗BIM軟件進行施工場布，實現(xiàn)外部場景可視化；利用Revit軟件主要體現(xiàn)精細化的構造；在Naviswork中導入進度計劃或漫游可實現(xiàn)施工模擬與風險識別.基于此，本文結合了品茗、Revit及Naviswork三款軟件的使用，實現(xiàn)建筑內(nèi)部或外部精細化構造及動畫模擬.

由于事故樹模型屬于事后分析方法，是較為成熟的分析模型，而BIM技術主要用于事前控制.因此，根據(jù)上文對事故類型的確定，在工程項目實施前應用事故樹模型，明確引起事故的危險因素，將事后分析轉變?yōu)槭虑胺治?，并以此提出基于BIM技術的應用管理措施，如表3所示.

表3 BIM技術的應用管理措施

因篇幅所限，本文針對表3從現(xiàn)場管理、漫游觀察、方案設計及優(yōu)化、后臺監(jiān)控等四個方面為突出安全管理的作用及相關軟件輸出成果做出簡要分析：

(1)現(xiàn)場管理：針對土方坍塌案例，圖13主要展示現(xiàn)場場布，在有限的施工空間內(nèi)，合理的場布有利于避免因基坑周邊堆載過多而造成基坑坍塌的致險因素.圖14布置安全體驗設施，讓施工人員通過自身參與高度重視安全問題.圖15顯示硬化路面及按規(guī)范設置基坑防護欄桿，并同時利用BIM技術將構件的各類屬性按照設計圖紙和規(guī)范要求進行信息集合，以便在施工過程中指導工程的安全施工.

圖13 施工現(xiàn)場場布圖

圖14 安全體驗設施布置圖

圖15 硬化路面及基坑防護欄桿布置圖

(2)漫游觀察：為了實現(xiàn)臨邊洞口的有效防護，首先利用Revit軟件精細化建模，其次將該模型和相關進度計劃導入Naviswork中，最后進行漫游或動畫模擬.如圖16所示，圖中通過第三人的真實效果進行漫游觀察實現(xiàn)視點的錄制和保存，并識別建筑內(nèi)部風險，將臨邊洞口的數(shù)量進行定量匯總，實現(xiàn)防護設施的安裝與安全標識的合理布置，并用錄制的視頻動畫向現(xiàn)場一線施工人員進行教育培訓.

圖16 漫游觀察

(3)方案設計及優(yōu)化：針對腳手架的坍塌事故，使用Revit軟件對腳手架建立精細化模型，其重點在于設置每根立桿、掃地桿的規(guī)格和距墻邊的位置以及連墻件、 剪刀撐等各類構件， 借助于腳手架安全標準圖冊規(guī)范，精確繪制腳手架模型，從中明確施工現(xiàn)場具體的施工難點并進行方案優(yōu)化.同時通過模型的建立以及智能化設備，可以有效對施工人員進行安全教育及技術交底等.

(4)后臺監(jiān)控：在施工現(xiàn)場的各重要部位或大型機械構件上布置各種傳感器，如在基坑四周選定監(jiān)測點布置傳感設備，對結構進行健康檢測[7]，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)結合BIM技術實現(xiàn)基坑變形的后臺監(jiān)控，形成預警機制.再如結合RFID技術實現(xiàn)對設備構件或施工材料運輸、進場、安裝等跟蹤檢查以及對施工場區(qū)的一線人員的實時監(jiān)控，把控材料的場布與施工人員的作業(yè)區(qū)域.同時，完善安全檢查制度，從制度層面保障安全管理措施的有效實施.

4 結論

為推進建筑業(yè)的數(shù)字化、智能化的發(fā)展，工程項目安全管理的研究需要不斷創(chuàng)新，利用新技術、新方法、新工藝來實現(xiàn)建設工程的精細化管理，降低安全風險等.因此，根據(jù)本研究內(nèi)容有如下結論：

(1)通過數(shù)據(jù)收集，明確了建筑工程施工階段發(fā)生的主要事故類型以及事故數(shù)據(jù)，為事故樹分析提供了基礎數(shù)據(jù).

(2)通過事故樹分析法找出了影響該事故類型的致險因素，以便管理者從事故源頭對安全事故采取有效措施，進行有效管控.

(3)利用BIM技術的多款軟件實現(xiàn)施工場內(nèi)與場外的可視化模擬，為管理者提供安全風險管理的決策依據(jù).

(4)在智慧化工地建設中重視安全教育，提高施工人員的安全意識.以各類電子設備及平臺為施工人員安全管理提供便捷，進而實現(xiàn)工程數(shù)字化與安全管理一體化建設.