奚聆萱
西安建筑科技大学 陕西西安 710055
摘要：BIM 与 VR 技术的融合，以虚拟可视化、信息交互化、管理协同化的独到优势，能够对施工过程中潜在的不安全因素进行事前预知和动态管控，为建筑工程安全管理开辟了新的思路。因此，本文以建筑工程关键部位安全影响因素的识别为切入点，分析了 BIM 和 VR 技术可切实解决的安全影响因素，研究基于 BIM 和 VR 技术的建筑工程关键部位安全管理应用方案，以期提升现场安全管理水平。
关键词：BIM 技术；VR 技术；关键部位；施工安全管理；
1 引言
我国在建筑工程安全生产和管理方面做了大量工作,取得了显著的成绩。建筑工程关键部位的安全控制要遵循科学化、精细化的原则，对施工中潜在的不安全因素要做到见微知著，综合施策，防患于未然。我国在BIM和VR技术凭借可视化、动态模拟、协同交互、虚拟仿真的优势，将“先试后建”的思想融入建筑安全生产的全过程，以信息化事前模拟和动态监管的方式，感知生产过程中的潜在隐患，提出针对性的安全控制方案。
BIM 指建筑信息模型（Building Information Modeling），利用三维可视化仿真软件建立建筑三维模型，这个三维模型包含建筑的实际数据，是一个建筑信息数据库。虚拟现实技术缩写为VR技术。虚拟现实技术具有四个重要特征：沉浸，交互，自主和多感知。指的是先进的人机交互技术，它使用各种现代技术来模拟人类行为，例如在特定环境中的视线，听力和移动。
2 工程关键部位安全管控方案
2.1 安全影响因素分类
本文将照BIM和VR的应用情况及功能，将安全影响因素划分为仿真分析类、现场监管类和无形因素三大类。仿真分析类因素主要指可以通过计算机预先仿真分析来控制各种潜在安全风险的因素；现场监管类因素是指需要管理人员到现场中进行动态监控的各类因素；无形因素是指有关人为意识所控制的抽象因素。
2.2 安全影响因素控制路径
（1）仿真分析类安全影响因素中包含了管理类的4 项安全影响因素以及受现场管理混乱与其他外部环境导致的现场作业环境复杂，这些因素可以利用BIM和VR的可视化仿真模拟功能，在模拟环境下对场地排布、施工组织、施工方案等存在的安全性问题进行优化，做到安全预控。
（2）现场监管类安全影响因素中包含安全监督检查力度不够以及由此引发的物料设备类不安全因素和安全技术交底不充分等，安全监管不严是引导此类安全因素的根源性要素，对此可要求现场监管人员将现场安全问题以链接的形式附着于BIM模型中，通过将专项评分与模型关联的方式实时反馈，强化监管落实度，应用VR技术进行安全感知分析，对现存的安全问题提出整改措施或者进行安全技术交底。
（3）无形因素主要涉及有关人的安全影响因素以及由安全意识薄弱引发的盲目压缩工期、安全投入不足和安全教育培训不足三大管理类要素，这些因素可以利用
BIM和VR 的沉浸式交互体验功能，通过安全培训教育模拟学习安全施工操作，感知体验现场违规操作所触发的安全后果，刺激现场作业人员提高安全意识，提升安全施工技能。
3. 基于BIM和VR 的建筑工程施工安全管理模型构建
3.1 模型创建方式选择
为提高BIM建模效率，主要采用各专业协同建模的方法，使用Revit 软件进行多专业协同建模的常用方式有两种。
（1）工作集模式
在工作集模式下，首先要建立一个中心文件，各专业人员将其复制到本地计算机分别建模，通过本地文件与中心文件的同步，实现各专业的实时沟通协调，但使用工作集模式需要一个集中的服务器，对硬件配置较高，建模过程中经常会出现更新反应时间较长的现象，不利于达到快速建模的效果。
（2）链接文件模式
Revit 软件提供了模型链接的方式，即各个专业设计人员分别创建本专业的模型文件，相互之间通过模型链接的方式进行专业协调。采用此模式，需要由专业的设计人员提前对项目的基点、建模规则、标高轴网的设置进行整体把控，以确保各专业模型能在后期精确合并。此外，采用链接文件的建模形式，无法对链接模型进行编辑，对各专业模型的协同管理能力较弱，无法保证建模过程的实时交流。
3.2 虚拟施工场景模型构建
（1）虚拟环境构建
虚拟环境的构建不同于以往对计算机模型生成的理解，不是简单地将二维图纸转化成为三维模型，而是在对建设项目实地考察、图纸研究等工作的基础上，整合建筑项目周边自然环境、地形走势等数据信息，分析建筑项目各建筑单元之间的联系，再借助建模软件将收集整理的建筑数据和环境信息转化为虚拟模型。同时，也可将建筑项目的地理信息、天气、日照等数据信息赋予模型文件之中，通过虚拟引擎将模型渲染，生成逼真的环境，为虚拟现实展示提供支持。
（2）虚拟现实直观展示
虚拟现实直观展示不同于以往的建筑项目设计展示，跳脱出以往单调的二维图纸展览和视频演示，通过虚拟现实显示设备将已构建完成的虚拟环境进行逼真展示，建筑项目设计效果将更为直观的展示于用户面前。沉浸在包含建筑项目自然环境、交通环境等周边数据信息的虚拟环境中，使用人员能够更为具体的观察到建筑项目与周边的联系，对可能影响建筑项目施工安全的环境因素做到提前把控。通过在项目中的动态漫游，可以更好的发现设计中存在的安全问题，提高项目安全管理水平。
4.关键部位安全管理应用
在应用BIM技术进行安全隐患部位快速锁定的基础上，借助VR技术对隐患部位进行安全技术交底，可以让现场作业人员充分了解各施工节点需明确的安全操作点，将实施方案的操作要求及安全注意事项准确的传达给作业人员，确保现场操作人员的安全，提升安全技术交底效果。BIM和VR 技术的应用，既通过现场信息反馈的方式解决了监管力度松散的问题，将管理动作落实到位，又通过信息的集成共享协同机制促进了各参与方对现场安全信息的实时传递，解决了信息的滞后性问题。借助VR技术对复杂的施工环境进行全方位体验，提出针对性的动态控制措施，使构件的不安全状态、安全防护不到位、物料不合理堆放、机械设备的不安全状态和材料质量缺陷等安全问题得以有效解决。
借助BIM技术构造真实作业场景，为施工机械和安全设施等添加由人违规操作导致的物体运动的动画效果，渲染触发现场事故的场景，关联音效和台面震动效果。然后将BIM模型导入VR引擎，操作者通过穿戴设备浸入虚拟操作情境中，用VR手柄进行交互操作体验。操作者在体验过程中若出现违规动作，便会触发相关安全事故场景，全方位、多视角动态感知整个惨痛画面，激发其自主树立安全意识，强化安全理念。
5.结束语
建筑工程关键部位所涵盖的安全影响因素众多，若要有条理地解决21项安全影响因素，则需按照BIM和VR技术的功能特性，将其归类为仿真分析类、安全监管类和无形因素三大类别，依次提出了基于BIM和VR的施工现场安全动态模拟实施管控流程、建筑工程关键部位的安全隐患的监督管理流程以及施工安全教育流程，从而对建筑工程关键部位安全问题进行系统有效的控制。
参考文献
[1]张占龙, 罗辞勇, 何为. 虚拟现实技术概述[J]. 计算机仿真, 2005(03): 1-3+7.
[2]张兆宁, 刘兵. 基于过程的管制系统运行中危险源的识别[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(11): 60-65.
[3]昝彦国, 侯学良. 基于模糊识别的建筑工程安全危险源辨识与预防[J]. 建筑经济, 2014, 35(10): 126-129.