1 工程概況

南寧至昆明鐵路橫貫桂、黔、滇三省區(qū)，其中南昆線南寧至百色段增建二線七標(biāo)（NBSG-7）主要工程位于廣西壯族自治區(qū)百色市，氣候條件屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，起止里程為K83+100至K208+700，長(zhǎng)127.422km，主要包括里程范圍內(nèi)的全部站后工程（通信、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、房建）等專業(yè)施工。其中房建施工主要包括站后生產(chǎn)辦公用房和生活用房等，設(shè)計(jì)年限為50年。

田東綜合基地為該工程中重要工區(qū)之一（見(jiàn)圖1），位于田東縣內(nèi)，里程為K144+000～K146+409.6。北臨營(yíng)業(yè)線、南靠既有村鎮(zhèn)及耕地，主要包括間休樓、綜合樓、軌道車棚、10KV變電所、防洪備料庫(kù)等房屋，總建筑面積為10834m2，其結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。其施工區(qū)域臨近站前單位和既有營(yíng)業(yè)線，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。總體而言該施工工區(qū)具有總建筑面積大、參與單位多、資源集中、施工區(qū)域狹小、多工種交叉施工等特點(diǎn)。

圖1 田東綜合工區(qū)平面布置圖

2 現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理重難點(diǎn)

在施工準(zhǔn)備階段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合BIM技術(shù)，認(rèn)真分析田東綜合基地施工中存在的安全隱患及施工重難點(diǎn)。該工程具有工程量大、工期緊、參建單位多、參建專業(yè)多且部分施工內(nèi)容需天窗點(diǎn)內(nèi)施工等特點(diǎn)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)管理難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)大（見(jiàn)表1）?，F(xiàn)場(chǎng)主要事故類型具體表現(xiàn)在：

表1 現(xiàn)場(chǎng)施工存在的主要安全隱患

2.1 工程量大、場(chǎng)地狹窄

施工現(xiàn)場(chǎng)占地面積較大約32000m2（含場(chǎng)地硬化），各房屋鄰近且既有線數(shù)量多而散，地下管線及路徑較為復(fù)雜（主要為鐵路通信、信號(hào)光纜，電力電纜及鐵路相關(guān)的供水、電管線等）。施工總平面布置區(qū)域劃分緊湊和復(fù)雜，包括臨時(shí)辦公區(qū)、住宿區(qū)、材料堆放區(qū)、鋼筋加工區(qū)、車輛運(yùn)輸?shù)?。此外該區(qū)域存在站前單位與站后單位同步施工，導(dǎo)致安全隱患進(jìn)一步增加，安全管理難度進(jìn)一步提高。但區(qū)域整體布置要求必須滿足施工使用功能又要本著合理節(jié)約的原則進(jìn)行布設(shè)。

2.2 鄰近既有線、安全管理難度大

田東綜合基地間休樓、綜合樓、軌道車棚等房屋需鄰近既有線進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，周邊環(huán)境不利因素（鐵路營(yíng)業(yè)線、既有營(yíng)業(yè)線舊房屋、村鎮(zhèn)等）導(dǎo)致安全卡控風(fēng)險(xiǎn)難度大。在各專業(yè)交叉作業(yè)層面上的“三寶、四口、五臨邊”安全管理措施要求較高。

2.3 環(huán)水保管理難度大、安全隱患多

施工過(guò)程階段，現(xiàn)場(chǎng)土方開(kāi)挖范圍大且工程量大、周期長(zhǎng)，對(duì)施工區(qū)域布置要求較高。與之對(duì)應(yīng)的場(chǎng)內(nèi)土方存放、揚(yáng)塵治理、材料堆放、現(xiàn)場(chǎng)文明施工、基坑支護(hù)、漂浮物侵限營(yíng)業(yè)線等方面安全管理要求高。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)部分地段需鄰近接觸網(wǎng)、高壓線進(jìn)行鋼筋籠吊裝等施工，存在觸電、列車停運(yùn)、紅光帶等風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于BIM的安全管理優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)安全管理主要針對(duì)人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理缺陷等方面開(kāi)展安全管理工作，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)存在無(wú)法預(yù)估的隱患漏洞及施工過(guò)程中不可避免的安全隱患。而B(niǎo)IM技術(shù)具有可視化、動(dòng)態(tài)化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)表2），現(xiàn)將其與安全管理工作相結(jié)合能夠更加直觀地辨識(shí)安全隱患、預(yù)估潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，更有利于開(kāi)展安全管理工作。

表2 基于BIM技術(shù)與傳統(tǒng)安全管理對(duì)比

4 基于BIM技術(shù)安全管理

建筑施工中存在較多的危險(xiǎn)環(huán)節(jié)，其發(fā)生概率及事故的危險(xiǎn)性均較高，因此現(xiàn)場(chǎng)管理人員需在機(jī)械管理、勞務(wù)管理、環(huán)境管理以及空間管理方面等進(jìn)一步加強(qiáng)。此外施工單位還要進(jìn)一步提升建筑工程安全管理力度，提前部署安全防控工作，積極創(chuàng)新全周期安全管理措施，從而為整個(gè)工程的施工安全提供保障。

4.1 建立BIM模型

通過(guò)設(shè)計(jì)圖參數(shù)編制信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立數(shù)據(jù)層；依據(jù)仿真施工及工序模擬建立模型層（土建模型、機(jī)電安裝模型、平面布置模型等）；基于風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)及隱患整改、安全教育培訓(xùn)、碰撞測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)布置等目標(biāo)建立應(yīng)用層，同時(shí)根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)一步完善和優(yōu)化。模型流程見(jiàn)圖2。

圖2 建立BIM模型

4.2 現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地規(guī)劃及動(dòng)態(tài)模擬

本工程鄰近營(yíng)業(yè)線及村鎮(zhèn)居民區(qū)且與站前單位存在交叉作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域集辦公、生活、生產(chǎn)為一體，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，布局較為困難，安全風(fēng)險(xiǎn)增加。為合理利用有限空間進(jìn)行作業(yè)且考慮到施工的安全性，結(jié)合現(xiàn)有條件并利用BIM技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃及模擬，為實(shí)際施工提供指導(dǎo)。

①根據(jù)模擬結(jié)果明確可能存在的所有危險(xiǎn)源，對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行區(qū)域劃分，并合理設(shè)置安全防護(hù)結(jié)構(gòu)，確保危險(xiǎn)源處于日常安全監(jiān)測(cè)中。同時(shí)將危險(xiǎn)源及不安全因素反應(yīng)到BIM模型中，不斷監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)源的變化，定期評(píng)估并劃分等級(jí)。

②明確各房屋主體工程位置，施工機(jī)械安放位置及運(yùn)行路線，在建立BIM模型后進(jìn)行模擬作業(yè)，要充分考慮到材料堆放、吊裝等問(wèn)題，避免運(yùn)輸機(jī)械和水平運(yùn)輸路線之間的沖突。

③確定主體工作位置后，明確材料堆放和鋼筋加工棚等位置，制定場(chǎng)內(nèi)交通路線圖，避免機(jī)械作業(yè)給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員帶來(lái)機(jī)械碰撞傷害，及時(shí)消除因材料堆放及機(jī)械停放位置不合理造成的不安全因素。

圖4 水平洞口防護(hù)構(gòu)件的制作圖

圖5 水暖管井洞口防護(hù)效果圖

圖6 腳手架BIM模型

圖7 根據(jù)已建模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)

④確定施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施、合理布局現(xiàn)場(chǎng)臨水、臨電的走向及消防安全設(shè)施。此外以房建主體施工場(chǎng)地位置為核心，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求和進(jìn)度，動(dòng)態(tài)優(yōu)化不同階段的施工機(jī)械、行進(jìn)路線、作業(yè)范圍、臨建布置等，可有效減少施工過(guò)程中機(jī)械傷害、物體打擊、起重吊裝等安全隱患發(fā)生概率。

4.3 危險(xiǎn)源辨識(shí)及檢查

高處墜落是房建施工安全管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其中主要體現(xiàn)在臨邊洞口未防護(hù)或防護(hù)不到位導(dǎo)致。基于這種情況，利用BIM技術(shù)可視化、仿真化等特點(diǎn)對(duì)本項(xiàng)目前期建立整體主體模型，還原出貼近現(xiàn)場(chǎng)的三維場(chǎng)景并在場(chǎng)景中利用視角方式進(jìn)行漫游操作，主要包括VR模式和人物控制模式，即利用人物第一視角和方向進(jìn)行漫游模擬，從而對(duì)所建主體模型中的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)和分析，找到和預(yù)估出存在的電梯口、樓梯口、預(yù)留洞口、通道口等臨邊洞口，并記錄好危險(xiǎn)源部位制定安全防護(hù)措施。（隱患與防護(hù)措施見(jiàn)圖3～圖8）。

圖3 未增加防護(hù)措施的水平洞口

圖8 隱蔽工程中現(xiàn)場(chǎng)安全隱患與模型對(duì)比

利用BIM虛擬仿真技術(shù)可以提前辨識(shí)很多隱蔽性、不可預(yù)見(jiàn)性的安全隱患，能夠從人、機(jī)、料、管理、環(huán)境等方面找出缺陷，實(shí)現(xiàn)安全方案的最優(yōu)化。對(duì)于腳手架搭設(shè)不僅能夠計(jì)算出鋼管扣件的用量而且可以分析交叉位置、疑難位置搭設(shè)的可行性。

4.4 碰撞測(cè)試

4.4.1 管線及構(gòu)件碰撞測(cè)試

田東綜合工區(qū)房屋為四電設(shè)備房屋，作業(yè)環(huán)境限制及參建專業(yè)較多，其設(shè)備管線及布置錯(cuò)綜復(fù)雜，往往由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制導(dǎo)致設(shè)備之間、管線之間、管線與設(shè)備之間、管線與結(jié)構(gòu)物之間在施工過(guò)程中出現(xiàn)空間上的碰撞和沖突，為施工帶來(lái)潛在的安全隱患?，F(xiàn)場(chǎng)利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維管線綜合設(shè)計(jì)及建立綜合模型進(jìn)行管線碰撞或沖突測(cè)試，可有效地改變這一狀況。BIM模型可看作一次施工“預(yù)演”，預(yù)演過(guò)程可進(jìn)行設(shè)備管線與結(jié)構(gòu)件因設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的碰撞沖突?；贐IM技術(shù)可從整體上的宏觀及微觀角度進(jìn)行提前管控。首先將管線與構(gòu)件進(jìn)行碰撞測(cè)試，將碰撞結(jié)果進(jìn)行反饋，然后調(diào)整數(shù)據(jù)和參數(shù)，如此反復(fù)碰撞沖突測(cè)試，最終得出合理的管線設(shè)備布置方案，為后期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝施工與安全管理提供指導(dǎo)。

4.4.2 消防管道碰撞測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)四電房屋中給排水、消防、噴淋管線進(jìn)行碰撞測(cè)試（見(jiàn)圖9～圖11），將碰撞結(jié)果進(jìn)行反饋。會(huì)同機(jī)電安裝、土建主體等相關(guān)專業(yè)結(jié)合圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行會(huì)商和研判，制定并優(yōu)化空間布局和施工方案，本著“小管讓大管、有壓讓無(wú)壓、支管讓主管、水管讓橋架、非重力讓重力管”的空間布置原則，采用合理避讓方法如：平移、下移、打彎等。同步根據(jù)優(yōu)化方案調(diào)整模型參數(shù)，確保施工安全可控、施工順暢，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)交互式、可視化、信息化的施工安全管理模式。

圖9 消防管與結(jié)構(gòu)碰撞優(yōu)化前

圖11 消防管與結(jié)構(gòu)碰撞優(yōu)化后

4.4.3 施工機(jī)械與建筑物碰撞測(cè)試

機(jī)械傷害事故往往發(fā)生在機(jī)械碰撞、傾覆、擠壓等方面，基于施工機(jī)械的幾何尺寸大、活動(dòng)范圍廣、旋轉(zhuǎn)半徑大等特點(diǎn)。依據(jù)施工區(qū)域及塔吊安裝位置等進(jìn)行模擬塔吊碰撞事故。采用機(jī)械幾何特征、運(yùn)行特性、安裝位置及與樓座間距等因素，建立動(dòng)態(tài)模型，模擬出塔吊工作時(shí)可能存在的軌跡如：前進(jìn)與旋轉(zhuǎn)半徑、運(yùn)行特性、回轉(zhuǎn)與結(jié)構(gòu)件之間的沖突、機(jī)械之間的交叉作業(yè)等。機(jī)械傷害事故模型可隨著機(jī)械作業(yè)、現(xiàn)場(chǎng)施工辨識(shí)出潛在的安全隱患（見(jiàn)圖12）。

圖12 塔吊與塔吊之間、塔吊與建筑物之間碰撞

4.5 安全教育培訓(xùn)及應(yīng)急演練

區(qū)別于傳統(tǒng)的安全管理，BIM技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)中的安全管理存在的優(yōu)勢(shì)較為突顯。充分利用BIM技術(shù)所展現(xiàn)的三維布置及虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展安全教育培訓(xùn)和應(yīng)急演練更為直觀，能夠起到身臨其境的效果，有利于增強(qiáng)作業(yè)人員熟知周圍作業(yè)環(huán)境、辨識(shí)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隱患，降低高風(fēng)險(xiǎn)傷害的概率。其BIM技術(shù)的原理是利用3D模型，將安全管理操作規(guī)程、人機(jī)料法環(huán)等因素布置到BIM模型中，以“第一人”視角進(jìn)行漫游，直觀影視化的進(jìn)行“真實(shí)”的施工場(chǎng)景，從而提高作業(yè)人員的安全意識(shí)。（圖13～圖15）

圖13 水平洞口部位動(dòng)態(tài)漫游示意圖

圖15 安全教育講平臺(tái)實(shí)際效果圖

圖10 消防管與框架柱碰撞參數(shù)優(yōu)化

圖14 臨邊洞口動(dòng)態(tài)模擬

建立BIM數(shù)字化安全培訓(xùn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，能有效地貼近施工實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，具有較高的相似度，可以更為直觀的傳遞現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，明確各專業(yè)工作范圍及存在何種風(fēng)險(xiǎn)，從而針對(duì)性的制定安全管控措施，對(duì)于一些復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)施工效果比較顯著。此外安全教育模型也可以作為實(shí)際安全教育進(jìn)行指導(dǎo)，并以此反映到實(shí)際安全管理中。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代建筑工程安全文明施工要求不斷提高，利用BIM技術(shù)模擬對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行安全管理，能夠有效辨識(shí)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的安全隱患，從而實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)死角的動(dòng)態(tài)管理，確保建筑施工經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)、高效完成、安全可控。目前BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域中逐步成為一種趨勢(shì)。但BIM技術(shù)與安全管理相結(jié)合仍處于探索階段，在深度及廣度上仍存在一定的局限性，不能完全反映出現(xiàn)場(chǎng)具體實(shí)際，還需進(jìn)一步的應(yīng)用和探究。本文將BIM技術(shù)引入安全管理中，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)安全管理起到一定的輔助作用，從而有利于施工前風(fēng)險(xiǎn)源的準(zhǔn)確辨識(shí)、施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制和隱患整改，為提高安全管理再上新臺(tái)階。