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实例分析基于VR技术的建筑工程施工安全管理体系

2021-04-30 95 上传者：管理员

摘要：受到外界环境、施工工艺以及管理不当等因素影响，建筑工程的安全问题愈发突出。VR技术实现了建筑细部施工的虚拟可视化管理，利用可交互的信息管理模式能够预知和消除建筑工程中的安全隐患，完善了建筑工程施工安全管理体系。重点概述了建筑工程施工安全事故的原因，以BIM技术和VR技术为核心对建筑施工安全管理体系进行完善。

关键词：
BIM技术
VR技术
安全管理
工程施工
建筑工程
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1、概述

根据住建部有关统计数据表明，近年来我国建筑工程的安全状况不容乐观，虽然从总量来看呈现缓慢好转趋势，但随着建筑工程规模、建筑面积、建筑高度的增高，安全事故和伤亡人数都出现了反弹增长。VR技术能够将采集到的环境信息构建成符合人体五维体验的虚拟环境，实现了对环境信息的动态仿真模拟和协同交互。这项技术与BIM技术在建筑领域的融合应用，可以将建筑工程的信息以数字化的形式仿真模拟出来，使得管理者更直观的识别各类潜在安全风险，为建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路径。

2、基于VR技术的建筑工程施工安全管控方案

2.1 识别建筑工程施工阶段安全管理关键点

作为安全事故的高发行业，建筑工程大多属于露天高空作业，施工现场人员、设备、材料密集分布，且人工操作项目繁多，使得安全风险始终处于动态变化当中，具有安全事故发生频次高，安全管理难度大等特点。根据常见的安全事故类型分析来看，高处坠落、物体打击以及起重伤害等建筑工程施工阶段常见的事故类型，占比超过总安全事故的76.4%。因此，在建筑工程施工安全管理阶段，必须重视以上关键部位的安全管理制度的落实和措施的执行。基于住建部37号令《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》，常见施工不安全管理关键点如图1所示，这些不安全关键点具有以下特点:

1)高风险、高事故率:图1所示的不安全管理关键点涉及到建筑工程的基坑施工、模板施工、脚手架工程以及机械安拆等细部施工，大多属于高空露天作业环境，施工空间狭小且属于人、机械、材料的交叉作业集中区域，极易发生安全事故。2)事故关联性强:事故的发生大多并非受到单方面的环境、人员等影响，往往因为某个环节不到位关联其他影响因素发生，不同因素之间形成因果联系，且发生的时间、地点差异化，这些都会影响安全事故致因的分析，不利于建筑工程的施工安全管理。

2.2 建筑工程施工安全管理控制路径及实施框架

VR技术又称为虚拟现实技术，在建筑领域，可以运用BIM技术来获取建筑工程的关键信息，再由VR技术生成建筑工程管理者可以看到、听到和触摸到的逼真虚拟建筑环境，让管理人员可以预先感知整个建筑工程的实际情况，从而识别出潜在的安全风险，采取有效的管理手段弥补传统安全管理中存在的缺陷，提升项目安全管理的效率。具体路径如下:

1) 利用VR技术对建筑工程的现场布置、作业环境、施工组织、施工方案以及管理范围进行模拟分析，找出以上存在的安全问题并制定安全防控预案。

2) 将建筑工程安全管理人员发现的安全问题输入到BIM模型当中，关联对应的建筑模型，输入安全监管类措施，利用VR技术的安全感知功能，查看安全问题的整改效果，并优化安全监管措施。

3) 为了降低因为人的“安全技能”“安全意识”“安全投入”等不达标造成的安全事故，可以运用VR技术沉浸式的交互功能，让相关施工人员、安全管理者可以在安全培训中掌握必要的安全技能，同时还能亲身感受违反安全管理制度后产生的安全后果，进而提高相关人员的安全意识和安全技能。

基于以上管理路径，在建筑工程施工安全管理体系中，运用VR技术对重点的安全隐患进行动态管理，建立符合安全管理要求的管理框架，如图2所示。

3、实例分析基于VR技术的建筑工程施工安全管理体系

某商业建筑工程，建筑总面积约为7.8万m2，其中地面建筑面积约5.4万m2，地下建筑面积约2.4万m2。作为城市的地标性建筑，本商业建筑工程项目具有施工规模大、周期长、作业面交叉频繁等特点，为了确保按进度、按质量完成工程的交付，在建筑施工现场应用了BIM技术和VR技术实现建筑工程施工的动态化模拟，以降低安全风险。

3.1 安全动态模拟

结合本工程的总施工要求，在平面图的基础上，利用BIM技术将整个工程的所有建筑信息进行可视化输入，实现了施工现场布置的三维模型建立，包括车辆流线、施工区域、材料储藏区、材料加工区、机械设备区域。然后利用VR技术对三维模型进行动态模拟(见图3)，查看不同机械设备作业过程中是否存在相互影响，材料的流线运输是否会与施工人员产生交叉。一方面优化整个工程的现场布置，另外一方面通过优化作业顺序和作业分布，对施工方案进行安全优化，从而避免安全事故的发生。

3.2 安全监督反馈

由于本工程施工规模大、协同安全管理难度高。因此，在落实安全管理过程中，首先安全管理部门明确了施工安全管理的安全评分表，并对不同类型的安全风险进行等级评定，以此作为安全管理的监督反馈评价体系。然后相关安全管理者在现场监督过程中，将对应的安全评分制输入到BIM模型中，可以获得对应的安全评分结果。对于存在安全风险的施工区域，最后，运用VR技术对安全警示区域进行模拟分析，找出安全事故发生的具体原因，并制定对应的整改措施，并以文字、视频等方式存储到系统中并关联到对应的施工工序，标注具体的安全风险内容、处理情况以及时间等要素信息(见图4)，形成本工程的安全管理细项，为后期的安全控制提供参考。

3.3 安全教育培训

以VR技术为核心，创建的互动式模拟安全培训教育体系，有效的加强了本工程管理人员和施工人员的安全意识和安全技能。具体表现如下:

1) 安全关键点施工模拟学习:对于本工程安全风险较大的施工工序，运用BIM技术获取了关键施工工序的构件、设备信息，通过模拟该工序施工，并辅助以语音、图片、文字等安全指导，让施工人员可以学习正确的施工操作，避免安全风险的发生。如图5脚手架工程在安装过程中，为避免发生高空坠物风险，运用VR技术模拟脚手架安装施工，让施工人员掌握了横杆与各立杆之间的施工要点。

2) 警示案例教育学习:在安全教育过程中，为了提高施工人员的安全意识，本工程还运用VR技术对常见的安全事故场景进行了还原，让施工人员可以直观的感受到安全施工的重要性。如图6所示，通过沉浸交互式体验，施工人员不仅能够了解违规施工的后果，而且还会学习到安全事故发生的具体原因以及如何规避安全事故发生的操作事项，实现了安全警示和安全教育的融合。例如:因为依靠栏杆导致的高空坠落安全事故，就明确了施工过程中严禁依靠栏杆，并重视对栏杆的检修与维护。

4、结语

建筑施工安全问题是社会各界关注的热点话题，传统安全管理措施仅是从安全风险的识别和管控方面控制安全事故发生，存在安全信息判断滞后、管控存在盲区等问题。本文以VR技术为切入点，建立了安全动态模拟、安全监督反馈、安全教育为核心的安全管理体系，在实践中取得了良好的应用效果，为建筑工程施工安全管理提供了全新的管理路径。

参考文献：

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