为了进一步增强建筑业信息化发展能力,加快推动信息技术与建筑业发展的深度融合,有关部门出台了一系列政策措施,旨在利用BIM等信息技术建立施工现场管理信息系统,创新施工管理模式和手段。针对目前建筑业信息化程度不高,施工现场事故频发等问题,进一步提高建筑行业信息化水平,保障施工现场人员的安全、保证工程质量,有必要对施工现场环境进行信息化、动态化管理。因此,本文将HSE管理体系引入建筑业进行施工现场信息化管理研究。施工现场HSE管理的应用,是在传统对质量、进度、成本、安全管理的基础上,对施工现场进行信息化管理,事前控制与动态控制相结合、持续改进,谋求项目的经济利益与保护资源、保护生态环境相协调,与人、社会相统一,力求最大程度的项目人员与工程所在地的社会、自然环境的和谐统一。

HSE(Health、Safety、Environment)管理体系起源于荷兰石油行业,将健康、安全及环境管理的过程、资源、组织机构等要素构成有机整体,通过系统、科学、先进的运行管理模式,形成一种相互关联、相互作用的动态管理体系。近年来,国外有关HSE管理体系的研究不再局限于石油行业,海上风电行业、天然气精炼行业、抗震系统等行业逐步引入HSE管理体系。结合现有研究发现HSE在各行业均有广泛应用且成效显著,同时国内外学者和专家已经逐渐开始将HSE引入土木行业领域,但是现阶段建筑行业对HSE管理体系的引入和研究还在探索阶段,而在施工现场HSE管理方面更是鲜有研究,因此,本文针对目前施工现场管理效率低下,安全事故多发等问题,建立施工现场HSE管理体系,同时创新性的将BIM5D技术与HSE管理相结合,提高施工现场管理的动态化、信息化水平,实现人员、项目及环境的协调发展。

BIM5D是以BIM平台为核心,集成土建、结构、机电等各专业形成三维模型,以3D模型为载体,集成进度、成本、安全、质量等信息,对施工过程进行精细化管理的工具。BIM5D应用中心包含进度、成本、质量、安全等数据信息,为项目提供有效支撑,实现有效决策和精细管理,从而达到减少施工变更、缩短工期、控制成本等目的。在项目开工前,通过清单关联将成本信息赋予模型,再依据进度计划进行虚拟建造,了解各阶段中进度及物资的需求情况,使施工进度计划得到优化,让实际施工更加顺畅、便利。移动端、PC端、Web端成体系由平台联通,对于施工过程中的工程问题,施工人员及时记录、平台自动分析数据,从而形成工程问题可追溯的管理机制,责任实名制确保工程质量。管理层可以通过移动端在线查询工程信息,了解项目整体情况,把握节奏、方便决策。以下从技术适用性、经济合理性等角度分析BIM5D应用于施工现场HSE管理的优势。

在数字化建造的时代,越来越多的研发团队和软件供应商投入到绿色建筑BIM5D+的创新化、共享化、信息化研究中,其发展必然是纵深化的。根据现有的国家行业规范标准,综合建筑建造信息得到的BIM5D+HSE模型,以BIM5D为基础进行施工现场的动态施工模拟,将健康(H)、安全(S)、环境(E)添加至5D模型中,实现施工现场HSE可视化管理。首先,对于健康管理模块,通过“BIM5D+健康”系统的操作管理,收集人员健康数据,对身体、心理健康问题提前预警,HSE小组监管人员根据人员健康问题及时制定有效措施并进行决策。其次,对于安全管理模块,构建的“BIM5D+安全”系统利用BIM的可视化优势,以施工现场漫游的形式准确及时地定位出危险源;进而提前制定好相对应的安全防护和应对措施,并不断完善和优化施工路线和施工的不规范行为;总结漫游过程中存在的安全问题后,对安全问题逐个排查并指定有效的解决方案,同时有针对性地加强不同工种作业人员的安全教育培训。最后对于环境管理模块,构建的“BIM5D+环境”系统分别对施工现场的作业区、生活区以及办公区的重点区域,以动画漫游的形式综合分析出不同区域可能会出现的环境问题点;着重管理平台数据分析出的施工现场大概率出现环境问题点,提前安排管理人员通知对应区域的人员妥善处理建筑垃圾、生活垃圾及其他垃圾;对于平台数据分析出的可能小概率出现环境问题点,也应不定期安排管理人员检查。

在传统的施工现场HSE管理中,都是以事中控制、事后控制为主,从未做到从源头控制工程问题。相对于单一功能软件而言,“BIM5D+HSE”系统的使用成本会相对高些,对工程项目的信息化投入也会有更多的要求。同时,软件平台的运用对相关专业知识要求较高,需对项目HSE管理人员进行BIM5D的相关知识及操作、运用等的培训,培训需要一定的周期和费用。但是相对于人员的健康、安全及在绿色建造框架下的环境保护来说,这些费用、资源是无法与其相比较的。首先,心理疾病逐渐在社会人群越来越普遍,特别是在当代的生活压力下抑郁症等精神疾病频发,建筑行业的人员也不例外,人员健康问题也逐渐成为建筑行业的棘手问题。其次,若因安全管理没有做到位,造成人员伤亡、工期耽误、施工企业信誉折损所带来的经济损失不可估量。最后,环境问题是新时代实现绿色文明发展亟需解决的问题,如果在施工过程中环境遭到破坏,则会导致后期环境保护与恢复及污染治理费用过高、代价巨大,因此在施工过程中严格把控好施工现场的声、光、水资源、空气环境至关重要。

HSE管理体系秉持以人为本的理念,注重保障现场施工人员生命财产安全,重视现场各类资源的综合利用,最大限度的保护施工现场周围环境,实现环境、社会和经济协调共同发展。施工现场HSE管理体系的主要特点是:注重施工现场管理的基本要素(人员管理、安全管理、环境管理)的融合,将信息化管理与动态控制相结合,突出全过程、全方位控制,重点进行施工现场HSE管理效果评价与持续改进相结合,实现施工现场绿色信息化管理。

施工现场HSE管理体系的基本单元是施工现场人员健康、安全以及施工现场环境。HSE管理体系将人员、程序、过程、资源等要素通过系统化、动态化管理融合为一个整体。H(Health)指施工现场的员工的心理状态良好,并且身体健康处于良好状态,能够进行正常的生产活动工作;S(Safety)指施工现场的日常生产活动安全有序进行,现场施工人员的安全有保障,生产安全风险因素得到严格控制;E(Environment)指与施工现场密切相关的、对施工现场生产活动产生影响的各类作用的总和,包含自然环境因素以及人与自然相互作用的因素等。传统HSE管理体系是在计划(Plan)-实施(Do)-检查(Check)-改进(Action)基础上建立运行的,本文研究设计的现场施工HSE管理体系也将基于PDCA循环原则,如图1所示。

施工现场HSE管理模型包含健康管理、安全管理和环境管理三个子模块,并且根据工程项目施工特点、考虑工程项目的特殊性,添加评价管理模块。因此,本文将从健康、安全、环境及评价四个方面对施工现场HSE管理模型的功能进行研究分析,同时基于BIM5D对健康管理、安全管理和环境管理三个子模块进行深入研究。

建筑行业施工现场环境复杂,施工现场工人作业时间长、作业强度大、工作内容复杂,现场施工人员极易出现疲劳现象,长期处于这种作业环境下容易引发现场施工人员焦躁和烦闷的情绪,进而引起现场施工人员工作积极性的下降。不仅现场施工人员的安全面临威胁,同时为现场施工质量埋下巨大隐患,施工作业的质量和数量难以得到保证,直接造成工程质量和进度受到影响。目前我国对建筑行业施工现场人员身体健康与心理健康关注程度均不高,身体健康是心理健康的基础,心理健康影响身体健康,两者相互影响,有必要进行施工现场人员健康管理。

健康管理分为身体健康管理和心理健康管理两部分,如图2所示。在BIM平台中构建施工现场人员健康管理平台,通过人员健康数据采集、监测等,来进行施工现场人员健康管理。身体健康管理是对施工现场人员的基本身体状况进行监测、预警、决策及相关信息数据存储;心理健康管理是对人员从进入工程项目的人员心理情况测试登记,到施工过程中特定人员产生心理问题的捕捉,最后根据人员心理问题而提供相应的咨询服务、解决方案、后期追踪的综合管理。

由于建筑行业工作量大、现场环境复杂等原因,使得建筑行业成为了生产行业中的高危险行业。近年来,随着建筑行业的迅猛发展和建筑产品的不断增加,施工现场安全事故和死亡人数居高不下,施工管理人员安全意识不强,施工现场安全管理措施缺乏针对性等问题严重,降低了现场安全管理的成效,因此加强施工现场安全管理势在必行。本文借助“BIM5D+安全”系统进行虚拟施工仿真模拟,通过动画漫游可视化的形式在施工现场虚拟可能发生的冲突、碰撞等安全问题,从而确定出安全隐患的问题点,据此制定有效的安全预警方案,并对现场人员进行安全教育培训。在施工现场人员进行实时监测定位、危险源和危险区域识别与分析的基础上,完成信息共享、实时监测定位、危险预警及提供解决方案等功能。本文将施工现场安全管理分为HSE安全教育培训管理、施工现场布设管理、安全防护管理、施工作业安全管理四部分,功能结构图如图3所示。

施工现场环境管理包含现场施工环境、现场人员办公环境及生活环境三个方面,主要针对噪音污染、建筑垃圾处理、水污染、扬尘污染、生活环境卫生、施工现场环境布置、办公环境布置等方面进行管理等。为了更好的实现环境管理,从问题出发,建立相对应的控制目标,利用噪声扬尘监测系统等仪器进行环境监控及环境数据传输,完成施工现场环境的控制管理,将环境监测数据与Revit相结合,构建基于BIM的施工现场在线环境监测系统,实现了环境监测数据的可视化。同时运用“BIM5D+环境”系统通过漫游形式虚拟仿真实际施工现场,分别对作业区、办公区、生活区的环境进行管控,并将环境管理细分为声、光、水、空气、植被环境管理、固体废弃物管理、放射性物质管理、环境制度措施管理八部分,功能结构图如图4所示。

HSE管理评价是对施工现场HSE管理效果进行评价,具体来说是对分别对健康、安全、环境管理各模块的实施效果进行评价,最后评价HSE管理整体水平,并且针对各个模块管理存在的问题提出具体的改进措施和建议,达到提高施工现场HSE管理水平的效果。因此HSE管理评价分为健康(H)管理效果评价、安全(S)管理效果评价、环境(E)管理效果评价、HSE管理水平综合评价四个部分。如图5,为HSE评价功能结构图。通过施工现场HSE评价,能够掌握现场HSE管理的实际效果、明确整改HSE管理的目标,提出有效的改进措施,进而提高施工现场人员、材料、机具设备管理等的安全管理水平,实现建筑业建设生产与保证施工现场人员健康安全的可持续发展。

基于BIM5D的施工现场人员健康管理,是以BIM5D管理系统中的人员管理为基础,设计包含“身体健康服务”及“心理健康服务”两部分的健康管理平台,如图6所示。施工现场人员的身体健康监测主要由施工班组负责人通过“身体健康服务”组织本班组人员定期进行体检,并且进行日常的体温、血压等监测,当出现连续日期内体温、血压等偏离正常范围情况时,由班组组长通知HSE小组管理人员并组织对其进行全面体检,所出现的身体健康问题数据由专业的HSE管理人员处理并储存于健康管理平台。同时,对于施工现场人员的心理健康监测,在健康管理平台中设计构建施工现场人员心理健康服务模块,根据施工现场人员心理健康影响因素(性别、年龄、生活状况等)进行分类;外地人员由于离家远、工期长容易产生心理问题,需确定出不同的施工现场人员类别(本地人员、外地人员);通过信息服务模型平台,达到心理初步诊断和咨询服务的目的。具体过程:

(1)第一步,选用小波神经网络模型作为整体的判别方法。

(2)第二步,将能够反映施工现场人员心理健康的因素作为模型的输入量。

(3)第三步,拟将人员心理健康的初步判别、咨询服务及HSE管理小组相关决策作为系统的输出量。

(4)第四步,制定适宜的调查问卷,并建立心理健康服务平台,如图7所示。

(5)第五步,将心理健康数据进行处理,并存储于平台数据库中。

本文从施工现场模拟、施工现场施工情况实时监测与预警、施工现场问题反馈与提供解决方案三个方面入手,来进行施工现场安全信息化管理,施工现场安全(S)管理依托PC端、移动端与浏览器端同步实现对施工安全化的管理,具体的实现方式如下(图8):第一步,通过PC端建立revit模型并导入广联达BIM5D中,对施工现场进行模拟分析现场安全隐患、识别现场危险源并划定危险区域;第二步,当施工现场人员行为路径出现异常、靠近危险区域时,通过Mobile端对施工现场人员进行实时监测定位来分析事故发生的位置、时间反映给施工人员及HSE管理人员,以便即时做出预警判断和危险警报;第三步,HSE管理人员结合系统预警及解决预案作出判断,确定解决方案并发出指令;第四步,HSE管理人员通过将危险识别判断、相关人员、解决方案等数据协同展示在BIM5D模型上,通过PC端、移动端与浏览器端可同步实时查看,实现预警可视化。

针对安全隐患问题,PC端的解决办法如下:将构建的revit模型导入广联达BIM5D后,用BIM5D动画展现施工过程,演示建筑物本身每个时点的生长。创建漫游过程,展现施工现场人员穿梭场地的情景,识别危险源并划定危险区域,HSE经理通过事前的模拟预先针对安全隐患设置解决预案。

施工现场人员可查看手机端推送的标准化工艺库,根据工艺库的指导,进行规范化施工。HSE小组监管人员通过手机端收集施工现场工艺流程、实时定位监测的相关数据并上传至云端进行系统分析,得出系统预警及解决预案,如图9所示,同时将预警判断和危险警报反映给施工人员及HSE管理人员,立即规范现场施工人员的行为路径,HSE管理人员对预警数据进行检查及反馈,对于施工现场人员违反施工工艺流程的情况信息传递至相关负责人,避免出现类似的安全隐患现象。

通过用户组来控制不同人员的访问权限,浏览器主要由项目经理、总工及HSE经理等管理者来使用。HSE经理可以通过浏览器从总体来看PC端、手机端上传到云中的数据,如图10所示,可在线查看项目质量问题和安全问题的整改进度,分析质量问题和安全问题的发展趋势,实现预警可视化,改善传统管理中“质量靠经验,责任靠良心”的问题。

在移动端上,内置相应检查点以及相应的验收标准,实时记录现场的环境问题,并进行上传跟踪具体情况;在PC端上,通过对移动端上传具体的问题进行分析,制定相应的解决方案,并将方案发送至移动端,责令相关人员根据方案解决环境问题;在网页端上,实时展示相关环境问题的具体解决情况。施工现场环境(E)管理依托以下三个平台来完成,具体的实现方式主要有:第一步,将CAD总平面布置图导入广联达Revit软件中,将平面布置图转化为三维立体图,合理布置施工作业区、生活区以及现场办公区;第二步,利用监测仪器、传感器等获取环境监测数据,将环境监测数据与BIM相结合,构建基于BIM5D的施工现场环境在线监测系统;第三步,根据各监测目标内置相应监测点以及判别准则,对施工现场环境进行实时监测记录,当检测到环境问题时上传数据信息并跟踪具体情况,确定环境问题后给出解决方案;第四步,建立动态漫游动画,在模拟整个施工现场同时,在三个终端实现信息实时传输,对现场环境进行管理。

针对施工现场的环境问题,PC端的解决方法如下:将CAD总平面布置图导入广联达Revit软件中,在三维立体图中合理布置施工作业区、生活区及现场办公区,通过BIM5D技术建立动画漫游过程,模拟整个施工现场场地,展现施工过程中可能出现的噪音污染、光污染、水污染、扬尘等空气污染、固体废弃物污染、放射性物质污染、植被破坏等环境问题的区域,HSE经理通过事前的模拟对环境问题点采取相应的预防措施。

HSE小组监管人员通过手机端收集现场施工环境的相关数据,并通过监测仪器、传感器等获取环境监测数据,将收集到的区域环境等数据上传到基于BIM5D的施工现在环境在线监测系统。HSE管理人员根据实时监测的数据确定环境问题及解决方案,同时将数据反馈给施工环境管理负责人,责令相关责任人及时到施工现场整改,避免造成更大的环境污染。

HSE经理可以通过浏览器从总体上查看PC端、手机端上传到云系统中的环境问题数据,查看施工现场环境问题的整改进度,分析环境问题的发展趋势,并及时总结反馈出现环境问题的原因。

本文从建筑施工现场基本管理要素(健康、安全、环境)出发,建立施工现场HSE管理体系,将BIM5D与HSE管理相结合,对施工现场HSE管理子模块进行功能分析,通过构建基于BIM5D的信息化管理平台,实现了HSE管理子模块信息化控制,为施工现场管理优化提供参考。同时,工程项目管理涵盖了设计、施工、运营等阶段,本文仅对施工阶段的HSE管理进行了研究,而对全寿命周期内的HSE管理还有待进一步深入研究,日后应从全寿命周期角度进行HSE管理研究,实现工程项目全寿命周期HSE管理。