BIM技术和物联网技术在电缆隧道工程安全管理中的应用

BIM技术和物联网技术在电缆隧道工程安全管理中的应用

胡昱1何顺华2,周超3

中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司, 江苏 南京 211100

摘要:为了提升电缆隧道工程总承包安全管理水平，本文以无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程为范例，分析了BIM技术和物联网技术在电缆隧道工程安全管理中的重要功能和价值。通过BIM模型建立与物联网技术实现各安全模块功能，建立工程安全监控系统，构建了基于BIM的智慧工地安全管理体系，在很大程度上弥补了传统安全管理方法中存在的不足之处，实现智慧工地建设、安全智能化管理和安全信息化、数字化管理。

关键字：BIM技术、物联网技术、安全模块、安全监控系统、智慧工地建设

中图分类号：TU712+.3           文献标识码：J

0引言

长久以来，我国建筑工程传统安全管理主要依靠单纯的人工记录，并以书面或简单的报表方式上报、审批、归档。在此过程中不可避免的会发生不真实、不及时、不全面等现象，直接影响了工程参与方和建设行政主管部门对工程的监管效率和监管力度，同时也很难做到全过程、全范围实时监控。在电缆隧道工程施工过程中，由于线路路径长，施工作业点多，安全风险大，依靠传统的安全管理模式很难满足本质安全、全面安全的要求。

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程起于长江东路北侧新建电缆终端塔，止于香楠变站内对应间隔新建户外电缆终端，新建电缆隧道长约0.491km。为了提高项目安全管理水平，加强过程安全管控，确保安全管理无死角，工程实施过程将BIM技术和物联网技术结合，建立安全监管系统，并应用于现场安全管理，极大地提高了安全管理效率。

1 BIM和物联网监管系统的技术原理

（1）构件BIM模型（U3D引擎）

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程现场根据设计文件、现场实际施工情况构建BIM模型（U3D引擎），把模型中的构件与施工现场实体信息建立对应关系，包括工程实体的属性、施工工期、进度、质量、安全等信息，同时对施工项目的施工工艺、流程及施工方案进行模拟，从而直观地展示出更多建设过程中的细节；通过在虚拟模型中查看工程施工要素、主要机械设备的部署，并在模拟施工过程中比对BIM模型和数据库信息，提前发现施工中的安全风险和安全隐患。

图1 BIM技术流程

（2）建立物联网系统

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程现场建立了全场区（涵盖生产区、生活区、办公区）物联网系统，包括传感器技术，主要包括隧道支护及周边建筑物、管线位移监测传感器；深基坑及其它有限空间气体、温度、湿度等环境监测传感器、混凝土振捣轨迹传感器、混凝土浇筑养护温度跟踪传感器等；无线射频识别技术（RFID），主要包括进出场人脸识别技术、现场隐患自动抓拍技术等；定位技术（PT），主要包括现场人员安全帽定位技术、现场人员视角跟踪等；全场视频监控系统；五方参加主体联网互动系统等，主要实现隧道工程施工的安全数据采集、识别、定位、反馈、分析、警报等功能。通过物联网系统与BIM技术相结合，以虚拟仿真现实，实现了虚拟模型与现实建设的对接，。

图2 物联网技术原理

2 基于BIM和物联网技术的安全监控管理

2.1 人员行程管控系统

（1）人员进出场管控

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程通过在施工现场两个进出口大门安装无线射频识别系统，能将当天所有人员的进出场时间传输到后台安全监控系统。同时监控系统中已录入所有准入人员信息，包括身份证、工种（或具体管理岗位）、年龄、特殊工种证件、接受安全技术交底情况等，未在准入系统的人员严禁入内，同时系统会对现场实时出勤人员进行统计分析。

图3人员准入识别和分析系统

（3）现场人员轨迹跟踪

现场所有作业人员安全帽设置定位器（PT），能实时跟踪所有作业人员行动轨迹。BIM在每日的模型建立和更新过程中，会对当天的危险源进行更新，划定危险区域或禁止区域。通过结合查看人员行动轨迹和危险区域，进一步分析人员周围环境的安全状况。如能通过轨迹跟踪识别人员是否通过安全通道上下隧道基坑或通过轨道跟踪识别人员是否进入吊装危险区域等。

同时现场所有安全管理人员安全帽设置视频监控，能在安全监控系统直接查看现场安全管理人员视角的现场施工情况。

图4 人员行程管控系统

2.2 全场监控和智能抓拍系统

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程现场设置了全覆盖监控和智能抓拍系统。各监控系统位置在BIM模型上显示，监控系统采用高精度球机，通过安全监控中心或手机端能随时调整监控球机的查看角度和显示大小。

图5 全场监控和智能抓拍系统

同时，所有监控系统及后台软件分析系统能实现安全违章抓拍功能，如自动抓拍未佩戴安全劳保用品、未通过安全通道上下深基坑等违章行为。通过对现场的违章操作进行抓拍并在安全监控系统反馈、警报，达到安全监管的目的。

图6 自动抓拍系统

2.3 安全隐患整治系统

通过物联网技术把各参加方人员加入安全监控系统，管理人员可以随时在手机上检查现场安全状况，实现隐患随手拍功能。现场监管人员和手机端监管人员把发现的隐患照片、整改要求、整改期限传入系统，随手拍隐患整改信息和智能抓拍隐患整改信息会第一时间通过手机通知整改方。整改方整改结束后上传照片到安全监控系统后形成闭环，监管方也可通过实时监控系统落实隐患整改情况。

安全监控系统统计、分析每月的现场隐患情况和整改情况。通过隐患整改系统的隐患管理模式，将现场问题与BIM模型挂接，同时又通过万物互联技术实现各参加方的全员管理，极大提升现场隐患管理的及时性、真实性、智能化、系统化。

图7 安全隐患整治系统

2.4危险源控制系统

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程根据每日现场实际进度情况进行模型的推演与实时构建。所有工序的安全风险和危险源识别信息已提前输入到系统中，系统会根据进度进展情况提示当前阶段的主要安全风险和危险源。

针对风险较大的作业，通过传感器的布置将风险点纳入万物互联系统，在安全监控中心全程监控。针对电缆隧道开挖施工过程中容易发生的基坑坍塌事故安全风险，通过对基坑支护、周边管线和建筑物安装传感器，把监测的位移和变形数据实时传输到监控中心；针对电缆隧道施工过程中涉及到的有限空间作业，通过对有限空间和深基坑布置温度、湿度、可燃气体、氧气、有毒有害气体浓度监测传感器，把数据实时传输到监控中心；针对电缆隧道附近高压线下方吊装施工过程容易发生的触电事故安全风险，通过将吊车顶部限高传感器把吊车起吊高度信息传输到监控中心。出现异常情况时，系统会自动发出警报。再通过万物互联技术与BIM技术的结合，实现了危险源控制的量化管理和远程化管理。

图8危险源控制系统（气体监测界面）

2.5质量安全控制系统

现场许多安全事故的发生往往是由工程质量问题导致，而混凝土结构质量问题引发的坍塌事故尤为常见。因此混凝土浇筑、养护工序的监管也是安全管理的重点。

无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程通过传感器技术实现了对混凝土浇筑、养护过程的全程监控，传感器能传输混凝土振捣区域、振捣作用范围、振捣时间等信息传输到安全监控中心，同时也能把混凝土浇筑过程和养护阶段内部和表面的温度、温差、温降或温升情况传输到安全监控中心，再与BIM模型结合能实现质量管理的可视化和量化监督，从而实现本质安全的目的。

图9 质量安全管控系统

3 结论

电缆隧道工程项目作业环境复杂，对安全管理的要求也越来越高，因此提高安全管理水平迫在眉睫。无锡G312国道220kV电力线路迁改(香楠变至望虞河段)工程通过BIM技术与物联网技术的结合，构件工地安全管理网络，在现场建立智能化安全监控系统，加强了安全监管的力度，提升了安全监管的效率，也提升了安全管理工作的科技含量。

BIM技术和物联网技术在无锡隧道工程的应用，推进了智慧工地在电缆隧道工程实践中的探索与初步实现。通过推广基于BIM技术和物联网技术，进一步实现深度融合深度学习算法、物联网、大数据等相关技术的智慧工地监管系统的研发和应用，能大大提高输变电工程的信息化程度，对推进输变电行业的创新型改革发展具有重要的意义。

参考文献:

[1] 李佩琪. 基于BIM和物联网技术的建筑项目智慧工地施工安全管理的研究[J].项目管理技术，2022，（6）：49-52.

[2] 孔强强. BIM技术在建筑施工安全管理中的应用[J].北方建筑，2022，（8）：69-73.