基于BIM技术的建筑工程安全管理体系思考

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论文字数:43566 论文编号:sb2021083117071937175 日期:2021-09-11 来源:硕博论文网
本文通过对基于 BIM 技术的建筑工程安全管理体系研究,主要研究结论归纳如下: (1)BIM 技术在安全管理中的优势是传统模式不可比拟的,BIM 的可视化、动态化、参数化等特性,打破了传统经验式安全管理模式,为建筑工程安全信息化管理工作的计划和安排提供科学依据。基于 BIM 技术的协同化管理,减少了返工情况,保障了施工工期,节约了项目资金,同时也提升了建筑企业安全管理的信息化水平,保障了工作人员的生命安全,在安全管理工作中发挥着极大的优势。

1 绪论

1.1 研究背景及意义
新中国成立以来,我国的社会经济、科学技术等领域都得到了迅猛地发展,建筑业的发展也不例外,产值规模与日俱增,一次又一次突破历史高点。根据国家统计局发布的数据(图 1.1),2018 年全国建筑业总产值达 235086 亿元,同比增长 9.9%;建筑业增加值占 GDP 的比重 6.87%,所占比重较上年提高了 0.14 个百分点;截至 2018 年底,建筑行业企业单位数量共计 95400 个,同比增长了 8.3%,吸纳了 5563.3 万从业人员,同比增长了 0.48%。无论从 GDP 的贡献还是就业容纳能力来看,建筑业都是无可争议的国民经济支柱产业[1]。
与此同时,随着我国经济快速发展,城市化进程也在加快,基础设施建设规模和投资越来越大,建筑工程结构和技术要求越来越复杂,安全隐患越来越多,安全事故频发。据住建部统计(图 1.2),2018 年全国共发生房屋市政工程生产安全事故 734 起、死亡840 人,与上年相比,事故起数增加 42 起、上升 6.1%,死亡人数增加 33 人、上升 4.1%[2],安全管理总体形势严峻。
图 1.1  国内建筑业总产值图                   图 1.2  房屋市政工程生产安全事故
图 1.1  国内建筑业总产值图                   图 1.2  房屋市政工程生产安全事故
由于建筑业产品的单一性、项目的复杂性、设计的多维度、团队的临时性以及工艺的多样性等特点给建筑业的精细化管理带来极大的挑战,而且建筑工程周期长、参与方众多、不确定性多,很容易造成安全事故的发生。因此,在开展建筑工程安全管理工作时,急需一种现代化的管理模式来代替传统经验式的安全管理模式。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1975 年,“BIM 之父”——乔治理工大学的 Chuck  M.  Eastman(查理.伊斯特曼)教授创建了 BIM 理念[3]。至今,BIM 的发展和研究经历了三大阶段:萌芽阶段、产生阶段和发展阶段[4]。
美国是最早开始研究 BIM 的国家,并探索建筑行业的信息化管理模式。早在 2003年美国总务署(GSA)推出了全国 3D-4D-BIM 计划,旨在提高建筑领域的生产效率、提升建筑业信息化水平[5]。2006  年美国陆军工程兵团(USACE)发布了为期 15 年的BIM 发展路线规划,以提升工程规划、设计、施工质量和效率。2010 年发布了《BIM项目实施计划指南》,实现在建筑业内 BIM 技术的推广和应用。截止 2012 年底应用BIM 的比例从 2007 年的 28%增长至 2009 年的 49%,直至 2012 年已达到 71%[6],建设、设计、施工、监理及咨询机构等的实施应用,证实了 BIM 技术的价值在不断被认可。
英国 BIM 标准委员会(ACE)基于 IFC 和 NBIMS 技术标准制定并发布了建筑业BIM 标准  (AEC BIM Standard),英国政府在 2011 年对建筑行业实施战略部署,相关文件中提到:“至 2016 年,全面实现应用 BIM-3D 技术”[7]。
芬兰对 BIM 的采用,全世界没有其他国家可以赶得上芬兰。作为芬兰财务部(  The Finn-ish  Ministry  of  Finance )旗下最大的国有企业,国有地产服务公司(  Senate Properties)早在 2007 年就要求在自己的项目中使用 IFC/BIM。
瑞典虽然 BIM 在瑞典国内建筑业已被采用多年,可是瑞典政府直到 2013 年才由瑞典交通部( Swedish Transportation  Administration)发表声明使用 BIM 之后开始推行。瑞典交通部同时声明从 2015 年开始,对所有投资项目强制使用 BIM 技术。
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2 相关理论及技术分析

2.1 BIM 技术
2.1.1 BIM 的内涵
BIM 是英文“Building Information Modeling”的缩写,国内比较统一的翻译是:建筑信息模型[27]。住建部对其定义如图 2.1 所示:BIM 技术是一种多维(三维空间、四维时间、五维成本等)建筑工程信息数据的集成技术,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[28]。BIM 在建筑的全生命周期内通过参数化建模来进行建筑模型的数字化和信息化管理,从而实现各个专业在设计建造、运营维护阶段的协同工作。
图 2.1 BIM 的定义(住建部)
图 2.1 BIM 的定义(住建部) 
国际智慧建造组织(building  SMART  International,简称 bSI)对 BIM 的定义包括以下三种解释:
(1)bS I 对 BIM 的第一种解释为“Building Information Model”,即“建筑信息模型”。“建筑信息模型”是一种工程项目设施实体和功能特性的数字化表达,在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期都能够在建筑信息模型中操作信息,并共享知识资源[29],为项目全生命周期内的所有决策提供可靠的信息支持。
(2)bSI 对 BIM 的第二种解释为“Building Information Modeling”,即“建筑信息模型应用”。“建筑信息模型应用”是创建和利用项目数据在其全生命周期内,允许所有项目参与方(包括政府主管部门、业主、设计、施工、造价、监理、运营等)通过不同技术平台之间的数据互用,在同一时间利用相同的信息。
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2.2 安全管理
2.2.1 安全管理概述
“安全”问题涉及范围广泛,安全隐患随处可见。安全管理无小事,它前事“人命关天”,后事“无可逆转”。
安全管理(Safety Management)是管理科学的一个重要分支,它是管理者对安全生产活动进行的计划、组织、指挥、协调和控制的一系列活动[32],以保护职工在生产过程中的安全与健康,保护国家和集体的财产不受损失,促进企业改善管理,提高效益,保障项目的顺利发展,以及对事故发生时的过程控制、应急预案和对安全事故的原因进行分析,制定预防措施等。
建设工程安全管理是指在项目完成过程中,根据国家法律法规和技术标准,采用各种方法控制生产要素,减少或消除生产要素的不安全行为和不安全行为。通过以上的分析可以构建出相关的建筑工程安全管理框架,如图 2.5。
图 2.5  建筑工程安全管理框架
图 2.5  建筑工程安全管理框架 
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3  建筑工程安全管理中 BIM 技术的引入 .................................... 25
3.1  我国建筑工程安全管理现状 ........................................... 25
3.2  建筑工程安全管理中 BIM 技术的引入 ............................. 25
4  基于 BIM 技术的建筑工程安全管理模型构建与实施 ............................. 34
4.1  构建安全管理 BIM 模型的原则要求与协同方式 .............................. 34
4.1.1  构建模型的基本原则 ............................... 34
4.1.2  构建模型的细致程度 ................................. 34
5  基于 BIM 技术的建筑工程安全管理体系实例分析 ............................ 44
5.1 工程背景及实施思路 ....................................... 44
5.1.1  工程背景 .......................................... 44
5.1.2  项目实施思路 ........................... 44

5 基于 BIM 技术的建筑工程安全管理体系实例分析

5.1 工程背景及实施思路
5.1.1 工程背景
本文以某大厦建筑工程为例,基于 BIM 技术在建筑工程全寿命周期的安全管理,展开具体的实证分析。首先,对此项目进行简单的介绍:
大厦地上(A、B 座)为 21 层研发楼,含 4 层裙房;地下为 2 层满堂地下车库。总建筑面积 9 万平方米,其中地上建筑面积约有 81350m2,地下建筑面积约有 10650m2。建筑主体高 88.4m,地下结构深 10.5m,基础采用桩基础。基坑总面积约 12860 m2,周长约 448m。基坑开挖深度为 9.92m。本工程结构设计使用年限为 50 年,建筑安全等级为二级,基坑设计等级为甲级,支护安全等级为二级,抗震设烈度为 8 度。工程计划总工期 2.5 年,现场施工场地狭小,施工工期紧,施工工序繁复,安全管理任务重。
5.1.2 项目实施思路
图 5.1  基于 BIM 的全寿命周期建筑工程安全管理
图 5.1  基于 BIM 的全寿命周期建筑工程安全管理
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6 结论与展望

6.1 研究结论
BIM 技术引进国内建筑领域后,在政府支持和鼓励下,BIM 技术被广泛应用于工程实践中,为我国建筑行业的整体信息化施工水平和管理水平的提高提供了宝贵经验。本论文在分析国内外 BIM 技术和安全管理研究的基础上,尝试将 BIM 技术引入到建筑工程安全管理中。通过大量实际案例分析研究,阐释了 BIM 技术引入建筑工程安全管理后从信息传递方式、组织结构、安全管理方式、施工管理模式以及安全管理收益等方面相比较于传统安全管理所带来的改变,以及 BIM 技术在安全管理中的价值体现。本论文以某大厦建筑工程项目为例,对大厦项目建立 BIM 模型,详细研究了基于 BIM 技术在大厦全寿命周期安全管理运作的详细流程,并编写了基于 BIM 技术的建筑工程安全管理软件,完整的构建了基于 BIM 技术的工程安全管理平台。利用系统动力学分析的方法,结合 Vensim PLE 软件,绘制了基于 BIM 技术的建筑工程安全管理系统内部因果关系图,制定出由组织保障、制度保障、经济保障和技术保障构成的基于 BIM 的建设工程安全管理保障体系。本文通过对基于 BIM 技术的建筑工程安全管理体系研究,主要研究结论归纳如下:
(1)BIM 技术在安全管理中的优势是传统模式不可比拟的,BIM 的可视化、动态化、参数化等特性,打破了传统经验式安全管理模式,为建筑工程安全信息化管理工作的计划和安排提供科学依据。基于 BIM 技术的协同化管理,减少了返工情况,保障了施工工期,节约了项目资金,同时也提升了建筑企业安全管理的信息化水平,保障了工作人员的生命安全,在安全管理工作中发挥着极大的优势。
(2)基于 BIM 技术的建筑工程安全管理平台,有效的对决策阶段、设计阶段、施工阶段、运营阶段的安全进行信息化管理,通过基于 BIM 技术的 4D(方案、施工、运营)模拟、动态施工检测、空间安全管理、火灾消防模拟等应用,实现了基于 BIM 技术全寿命周期安全管理,为工作人员保驾护航。
(3)基于 BIM 技术的建筑工程安全管理保障体系,需要从政府、行业协会、企业角度出发,通过组织措施、制度措施、经济措施和技术措施四方面进行保障措施的实行,从行业规范性、从业人员素质、救援机制、BIM 应用程度及 BIM 应用环境五个方面来保障安全管理平台,形成完整的基于 BIM 技术的建筑工程安全管理体系。
参考文献(略)