基于BIM技术的大型水闸工程施工危险源辨识系统设计_刘永强.pdf

第4 1卷第5期2023年5月水 电 能 源 科 学W a t e r R e s o u r c e s a n d P o w e rV o l.4 1 N o.5M a y 2 0 2 3D O I:1 0.2 0 0 4 0/j.c n k i.1 0 0 0-7 7 0 9.2 0 2 3.2 0 2 2 1 6 9 7基于B I M技术的大型水闸工程施工危险源辨识系统设计刘永强1,朱 斌1,任海文2,徐超宇3,伏仲明4(1.河海大学水利水电学院,江苏 南京2 1 0 0 9 8;2.天津市政工程设计研究总院有限公司,天津 3 0 0 3 9 2;3.昆山市水事综合管理中心周市管理站,江苏 苏州 2 1 5 0 0 0;4.浙江省新能源投资集团股份有限公司,浙江 杭州 3 1 0 0 0 9)摘要:为提高大型水闸工程施工安全管理水平,改变传统人工管理模式,解决施工安全管理效率低下的问题,通过运用数据库和B I M技术,存储大型水闸工程施工危险源信息,同时将数据库与水闸B I M模型相结合,提出基于B I M技术的大型水闸工程施工危险源自动辨识流程,实现水闸工程施工危险源快速辨识的能力。利用计算机技术开发大型水闸工程施工危险源辨识系统,提高水闸工程施工安全管理效率的同时可为施工危险源信息化管理提供借鉴。关键词:B I M技术;危险源辨识;施工安全管理;大型水闸工程中图分类号:TV 5 1 2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0-7 7 0 9(2 0 2 3)0 5-0 1 7 0-0 4收稿日期:2 0 2 2-0 8-1 6,修回日期:2 0 2 2-1 0-1 4基金项目:南京市水务科技项目(2 0 1 9 0 5)作者简介:刘永强(1 9 7 0-)男,博士、副教授、硕导,研究方向为水利水电工程建设项目管理,E-m a i l:l j c 2 0 0 2h h u.e d u.c n1 引言水闸建设是水利建设的重要工作之一,水闸工程施工具有综合性强的特点1,平行施工、交叉作业多,易发生安全事故。危险源是事故的根源,辨识并排除危险源可避免事故发生。目前,关于危险源评价的研究较多2-5,但在施工前辨识危险源仍是重点难题。蒋裕丰等6运用数据挖掘技术从事故集中挖掘危险源,但数据挖掘需要大量数据,水闸工程的事故资料难以大量搜集,因此数据挖掘技术不适用于水闸工程。B I M技术以可视化、数据集成等优势,成为智能化建设研究热点。现阶段B I M在建筑领域运用较多,在水利工程安全管理方面的应用较少。鉴此,本文在构建水闸模型和大型水闸工程施工危险源数据库的基础上,开发大型水闸工程施工危险源辨识系统,以期实现在施工前快速辨识施工危险源并进行控制的目的。2 基于 BIM 技术的大型水闸工程施工危险源辨识流程 通过建立施工危险源数据库和水闸B I M模型,以数据库中危险源属性为依据识别B I M模型构件,判断构件信息是否满足危险源属性要求,满足要求表明危险源存在于构件施工现场。辨识所有模型构件后自动生成危险源列表帮助工作人员掌握施工危险源信息,方便采取预控措施,危险源辨识流程见图1。是水闸工程模型BIM系统平台危险源数据库对象识别获取构件信息是否存在危险源结束提取危险源信息输出施工危险源列表链接否辨识结束图1 基于B I M技术的水闸工程施工危险源辨识流程F i g.1 C o n s t r u c t i o n i d e n t i f i c a t i o n p r o c e s s o f s l u i c e e n g i n e e r i n g b a s e d o n B I M因为施工危险源与施工工艺有直接联系,将施工工艺信息导入B I M模型构件,将水闸工程施工危险源的施工项目类型属性信息导入数据库,通过开发脚本文件提取模型中施工工艺信息与数据库中施工危险源施工项目类型进行关键词匹第4 1卷第5期刘永强等:基于B I M技术的大型水闸工程施工危险源辨识系统设计配,匹配到相似信息会导出本条危险源信息。对全部水闸工程B I M模型构件进行信息提取、检索和导出后,对所有导出的危险源信息进行整合形成大型水闸工程施工危险源列表。3 基于 BIM 的大型水闸工程施工危险源辨识关键技术3.1 水闸工程 BIM 建模根据施工危险源辨识流程,建立的水闸模型需加载施工工艺信息,同时要与施工危险源数据库进行链接。依据 水利信息模型应用标准7,构建的水闸B I M模型要实现非图形信息加载或链接,模型粒度要达到L O D 3 5 0;针对水闸工程异形曲面多的特点,采用r e v i t创建族的方式,将水闸工程构件以族的形式设计出来,再将族构件搭建成完整的水闸模型,建模流程见图2。选择族样板创建族库框架前期构思初期设置基本参数设置及参照平面布局添加尺寸信息并进行关联创建几何形体绑定几何形体到参照平面测试族参数添加工序信息完成图2 水闸模型族库建立流程F i g.2 T h e p r o c e s s o f b u i l d i n g s l u i c e m o d e l l i b r a r y为便于建模和添加施工工艺信息,建模前,按照水利工程施工项目划分原则,将水闸工程划分到分部工程,分析分部工程确定要建立的构件。为便于构件管理,在参考I F C标准和其他水闸模型编码研究8的基础上提出能够满足本文需要的编码标准。本文建立的水闸工程构件编码包含工程划分、具体位置及序号,见图3。S Z_S H_B L_Y 1_0 1表示水闸工程闸室段右侧一号位混凝土垫层。01/02SZSHBLY101序号编码位置编码单元工程编码分部工程编码单位工程编码临时设施 主体编码/图3 水闸工程构件编码逻辑图F i g.3 S l u i c e g a t e e n g i n e e r i n g c o m p o n e n t s c o d i n g l o g i c d i a g r a m大型水闸工程模型构件建成后,分析每个构件需进行的施工活动,确定每个构件要加载的施工工艺信息。采用O D B C数据源加载的方式进行非几何信息附加,具体流程为完整的水闸模型构件导出为O D B C数据源,利用V i s u a l S t u d i o修改数据源,加入构件施工工艺信息,非几何信息附加流程见图4。Visual Studio含有非几何信息的构件数据源模型构件ODBC数据源需要赋予的构件施工工艺和工序图4 构件非几何信息添加流程F i g.4 P r o c e s s o f a d d i n g n o n g e o m e t r i c i n f o r m a t i o n o f c o m p o n e n t s大型水闸工程B I M模型中包含了大量工程信息,完整的模型会影响数据库对模型中施工信息的辨识效率,降低系统运行速率,因此需轻量化处理模型。利用模型转换器作为中间件9,通过HTML文件环境中的J a v a S c r i p t显示组件库,新建D OM元素根据v i e w T o k e n指定待显示的模型,最后设置加载模型后的回调参数。水闸工程B I M模型轻量化流程见图5。获取构件清单获取构件的参数化信息获取几何实体获取坐标信息获取施工步骤获取材质信息模型中间转换器OBJ/MTL文件JSON文件模型信息获取文件格式重组信息变换图5 模型轻量化转换流程F i g.5 L i g h t w e i g h t m o d e l t r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s3.2 大型水闸工程施工危险源数据库构建大型水闸工程的施工活动在设计文件中有详细的文字描述,依据相关安全规范1 0-1 3,挖掘设计文件危险源,能够在水闸工程施工前获取施工危险源信息1 4。基于此,整理筛选出我国现行的水利、水闸领域安全条目,据此挖掘出施工危险源。选取一些大型水闸工程设计文件,根据挑选的安全条目,从设计文件的施工作业活动中挖掘出水闸工程施工危险源1 5,整合危险源信息形成水闸工程施工危险源清单,依据 水利水电工程施工危险源辨识与风险评价导则1 0,将危险源划分为一般危险源和重大危险源,用L E C法将一般危险源划分为四个风险等级,分别为重大、较大、一般、低风险。最后将整合完成的水闸工程施工危险源清单导入数据库中,数据库存储内容见表1,文本采用S Q L s e r v e r数据库,构建的施工危险源数据库见图6。171表1 大型水闸工程施工危险源数据库属性T a b.1 A t t r i b u t e s o f h a z a r d s o u r c e d a t a b a s e f o r s l u i c e e n g i n e e r i n g字段名称数据属性说明危险源短文本施工危险源名称施工项目类型短文本危险源施工步骤重大危险源是/否超过一定限度的危险源L数字事故发生可能性 E数字暴露于危险环境频率C数字事故严重程度D数字危险性大小风险等级短文本发生风险事件概率、危害程度图6 水闸工程危险源数据库F i g.6 H a z a r d s o u r c e d a t a b a s e o f S l u i c e P r o j e c t4 基于 BIM 的水闸工程施工危险源辨识系统架构设计4.1 系统框架设计系统开发架构有C/S、B/S架构两种。C/S架构包括数据层和客户层,具有很强的整体性,但维护和升级成本较高。B/S架构有交互层、逻辑层和数据层三层,将数据处理和信息反馈分成两层,降低系统维护成本,方便对系统进行优化和扩展。采用B/S架构搭建基于B I M的水闸工程施工危险源自动辨识系统,使用浏览器作为系统界面。因为J AVA具有可扩展、易理解等优势,故采用J AVA语言开发系统,便于后期对编程语言的阅读和修改。本文设计的大型水闸工程施工危险源辨识系统框架见图7。水闸工程信息数据库危险源数据库施工信息库BIM模型参数化建模轻量化处理危险源辨识系统项目情况进度计划危险源管理人员信息数据层数据层逻辑层交互层信息录入模型链接结果对象识别信息处理展示修改反馈预监督计划书图7 系统框架设计F i g.7 S y s t e m p l a t f o r m f r a m e w o r k d e s i g n数据层是系统的基础,水闸工程施工危险源辨识系统数据层包含施工危险源数据库、水闸工程模型构件、工程项目基本信息等数据。水闸工程模型、工程基本信息和施工进度等信息可通过系统界面录入。危险源数据库在搭建系统时直接与系统连接,无需通过系统上传。逻辑层为数据判断与处理层,在逻辑层提取水闸工程模型构件的施工工艺信息,以构件的施工信息作为检索依据,与危险源数据库中危险源施工项目类型元素进行对比,在发现信息一致的信息后将危险源信息导出到工程施工危险源列表中,在辨识完所有构件后会形成一个该工程对应的施工危险源列表,列表中的危险源名称、施工项目类型和风险等级信息会映射在系统界面层,便于查看。交互层是实现用户在前端操作、系统自动处理和反馈的层级。工作人员可通过系统前端导入工程项目基本信息、施工人员信息等有关工程施工信息,便于信息出错后的修改。4.2 施工危险源辨识系统功能模块设计本文开发的大型水闸工程施工危险源辨识系统共包含项目基本信息管理模块、进度计划模块、施工危险源管理模块和施工人员信息管理模块四个模块。项目基本信息管理模块包含项目概况和分部分项工程清单子模块。项目概况包含项目设计、施工、监理单位和项目简介等信息;分部分项工程清单子模块通过读取B I M模型构件的施工信息,将施工工艺信息展示在系统界面,方便校核每个构件的施工活动是否正确,避免发生施工工艺信息出错等问题。进度计划模块中有进度计划编制子模块,通过进度计划编制子模块将施工进度计划录入系统,录入成功会在界面中显现进度计划横道图,方便控制工程施工