大型建筑项目中基于VP安全管理的概念框架外文翻译资料

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

大型建筑项目中基于VP安全管理的概念框架

摘要

建筑安全是世界范围内的一个严重问题，特别是大型建筑项目。为了提高安全管理绩效，本研究通过识别导致事故的关键因素，建立了一个采用虚拟原型的概念框架 （VP）协助施工安全管理的技术。它由三个组成部分组成：建模和模拟、不安全因素的识别和安全培训。一个真实的案例研究来了如何实施基于VP的安全管理平台，并评估其可行性和有效性。结果表明，基于VP的安全管理平台可以有效地辅助安全管理，提高建设项目的安全绩效。

关键词：建筑业；大型建设项目；安全管理；安全性能；虚拟原型

1 引言

在大型建设项目中，由于工人较多、大型、重厂房较多、材料量多、施工操作复杂、界面多、管理活动复杂，事故率高于普通施工项目。这些事故包括那些由从高空坠落、碰撞、倒塌和电击造成的事故，其中从高处坠落和碰撞是最常见的[1][2][3]。近年来，世界范围内越来越多的[4][5][6][7]，如北京国家体育场（鸟巢）、台北101塔、港珠澳大桥、迪拜塔等。因此，提高大型建设项目的安全管理水平是非常必要和重要的。

1.1 识别事故原因

查明事故发生的原因是改进安全管理的前提。主要原因已被确定并分为两类。客观因素和主观因素。客观因素是指不安全的现场环境，即不可行的网站布局[8]，多接口[5]，大型工厂操作[9][10][11][12]，安全屏幕的错误设置和脚手架[13][14]，不可行的建设序列^[15][16]，和不足或缺乏安全培训[17][18][19]；而主观因素包括人类不安全行为[11]，和不足或缺乏安全意识[11][20][21].

1)不可行的场地布局会导致场地混乱，不仅影响施工工程，而且导致事故率高。例如，不合理的路线布局会影响材料的运输，从而影响施工进度。与此同时，这也有可能会导致交通事故 在网站上。但是，使用传统的场地布局方法[8]并不能有效地分析该布局的可行性，而且还不能识别出不安全的区域。

2)多接口是大型建设工程的特点，导致界面事故率高。这是因为仅使用传统的主程序很难协调工作界面中不同构建者的工作。

3)多大型厂房运行难以协调控制，容易引起事故。例如，两台封闭式塔式起重机在操作过程中很容易发生碰撞。主要原因是操作人员不能提前对[11][22]进行有效培训，操作过程在施工开始[11]前不能进行“演练”。

4)安全屏和脚手架设置不当是导致从高处坠落的重要因素。但是，项目经理很难对安全筛网和脚手架的设计和放置的可行性进行测试。

5)不可行的施工顺序导致不同施工活动之间的不协调或不匹配，如工作空间或设备分配[15]等冲突，可能导致事故。然而，由于每个项目的施工过程的唯一性（不可重复性），项目经理不可能使用传统的施工调度方法[15][23]来测试施工顺序的可行性。此外，由于缺乏有效的培训方法，很难让现场工人充分了解施工顺序。

6)安全培训不足或缺乏，使工人缺乏对安全知识和安全意识的认识，从而发生事故。但目前的安全培训方法并不能为现场工人[11]提供有效的培训。

7)人员不安全行为（如操作不当、无安全带等）经常会导致意外事故。这是由于缺乏安全培训或安全意识。

1.2 审查改善安全管理的解决方案

针对上述因素，人们对提高安全管理绩效进行了大量的研究。大多数研究集中在工厂操作、安全隔板和脚手架、施工顺序、不安全行为和安全培训上。

1)工业生产。在这方面，相关研究的重点是利用信息技术进行吊车电梯的电梯规划。例如，Varghese等人最初开发了一种起重机电梯规划系统，主要基于几何形状和手动操作[24]；Sivakumar等人试图在简化电梯目标、活动和搜索参数[25]的基础上，使用启发式搜索方法使路径规划自动进行；同样，Ali等人研究了应用 遗传算法(GA)对吊车[26]的自动路径规划。这些研究在理论上研究了基于计算技术的起重机电梯规划方法。虽然已经进行了一些试验，但由于缺乏有效地整合与起重机相关的详细信息，工厂操作人员很难真正使用这些方法来帮助他们的操作。为了改进这一点，在电梯规划中引入了三维建模和仿真技术。例如，Chadalavada和Varghese提出了一个参数化的三维（三维）建模-电梯规划系统，该系统集成了比[27]之前更多的信息（如建筑工地）。尽管如此，研究的主要目标仍然是提高电梯计划的效率，使电梯计划更可行，相关的很少考虑安全问题。此外，这些研究所使用的平台在支持识别和消除潜在的安全问题方面存在局限性。特别是对于对操作人员的培训不足的主要因素，仍然缺乏有效的解决方案。因此，模拟技术和游戏技术已被用于提高建筑工厂[11]的安全培训性能。本研究进一步研究了这些问题。

2)安全挡板和脚手架。相关研究的重点是[28]从高处坠落的事故模式或因素，以及工人^[29][30]的不安全操作，从而提供了一些事故预防措施。虽然这些措施已经众所周知，但相关事故仍在现场发生。这是因为它缺乏有效的方法来提前识别有关设置安全措施的问题。

3)施工顺序。为了改进与施工顺序相关的安全规划，在以往的研究中已经采用了先进的信息技术。例如，采用3D、4D（四维）、BIM（建筑信息建模）技术协助[31][32][33]施工工地的结构安全分析和控制；采用4D和GIS技术协助施工安全规划[34][35]。这些研究大多强调施工调度的结构分析或模拟，很少考虑资源的分析。因此，虚拟原型(VP)技术已经应用于施工过程的模拟，其中所有设施都考虑在内，并通过识别施工安全问题，但没有详细的[8][15]。本研究继续探讨施工过程中以VP辅助的安全管理。

4)不安全行为和安全培训。为了减少现场工人的不安全行为，相关研究[29][30][36]一方面对工人的不安全行为进行了分类，确定了导致这种行为的主要因素，然后提出了相关的安全措施。另一方面，相关研究提出了有效的安全培训方法，以提高工人的安全意识。先进的信息技术经常被提倡为安全培训提供支持，如基于计算机的安全培训方法[37][38]，以及基于网络的安全和健康监测系统[39]。这些改进了传统训练的措施，但仍然缺乏直觉。有人建议采用VP技术[15]和游戏技术[11]来辅助安全培训。在此基础上，本研究进一步研究了VP技术可用于支持安全培训的程度。

综上所述，以往的研究在一定程度上提高了建设项目的安全管理。然而，这些只涵盖了上述导致事故的因素，缺乏系统和有效的解决方案。否则，这些措施在支持安全管理方面也有其局限性。因此，不安全因素无法得到有效预测，建筑事故尚未得到有效预防。

本研究的目的是建立一个利用VP技术来帮助建设项目的安全管理的概念框架。并充分考虑了上述不安全因素。本文首先讨论了本研究中所采用的研究方法。然后，提出了基于VP的安全管理(VP-SM)的概念框架，并描述了其功能。最后，通过一个案例论证了VP-SM平台在大型建设项目中的应用，并对其有效性进行了分析。

2 研究方法

2.1 文献综述

本研究采用文献综述，找出大型建设工程中事故发生的主要原因，并回顾以往有关如何解决当前建筑业安全问题的研究。这为进一步研究提高建设项目的安全管理提供了重要的支持。

2.2 VP技术

VP技术是开发基于VP的安全管理平台的关键工具。VP是一个由计算机辅助设计和制造的公司,过程涉及数字产品模型（虚拟原型）和现实图形模拟的构建，解决了各种操作环境下的物理布局、操作概念、功能规范和动态分析等广泛问题。VP不仅广泛应用于制造业[42]，而且已应用于建筑行业，如设计分析[43][44]、现场规划[8][44]、施工项目管理的一般[45][46]、施工过程仿真与优化[8][15]等。VP技术扩展了现有的技术，例如4D，它仅仅代表了建筑进度，不仅可以模拟三个物理维度和时间，还可以模拟建筑项目的其他重要维度，如资源。因此，VP技术可以为施工过程中的安全问题的识别提供一个虚拟的实验平台。

2.3 案例研究

证明本研究提出的基于VP的安全管理概念框架的可行性和有效性是非常重要和必要的。最有效的措施是测试在现实环境中新概念框架的实施情况。这也为解释系统如何工作提供了一个方便的工具。因此，本研究采用了一个真实的案例(即TKO运动场)。

2.4 访谈

为了进一步评价利用VP技术协助建设项目安全管理的绩效，有必要收集相关项目的数据或响应。访谈是一种合适和有效的方法。本研究选取了参与案例项目的项目经理、安全经理和总工头进行访谈。

3 VP-SM的概念框架

VP-SM平台的概念框架一般分为三个部分：基于VP的建模和仿真、基于VP的不安全因素识别和基于VP的安全培训（见图1）。

图1. VP-SM平台的概念框架

可视化建模和仿真是实现基于VP的安全管理的先决条件。它提供了虚拟环境中的可视化模型和构建过程。已证明，VP技术可用于构建建筑的三维模型，并模拟施工过程[8][16]。基于三维模型和过程模拟，项目经理很容易识别出相关的潜在不安全因素。最后，针对不安全因素，在施工开始前对现场工作人员进行一系列的安全培训，防止事故发生。

3.1 建模与模拟

首先，使用VP技术将2D图纸转移到3D模型中。图2简要显示了构建这些三维模型的过程。图纸包括建筑（即建筑、结构和建筑服务(BS)）、现场布局、临时设施（如现场办公室、临时支架）、建筑设备和设备（如塔式起重机）和工人。然后将这些三维模型组合到一个虚拟的建筑工地中。在虚拟场地的基础上，将三维模型与施工进度相结合，对施工过程进行可视化模拟。图3显示了创建这样一个模拟的过程。在时间线之后，通过使用虚拟环境中的相关资源模型，一个接一个地加载和操作（或定位）建筑元素模型。这和真实的过程完全相同。从而，可以实现生动的建筑动画。

图2. 从2D图形(现实）到虚拟3D模型的过程

图3. 创建施工过程模拟的过程

3.2 识别不安全因素

在VP-SM平台中，对不安全因素的识别主要集中在上述导致事故的因素上，即现场布置、多接口、安全挡板、脚手架、工厂运行、施工作业。识别过程是基于项目（或安全）经理的经验，或由平台自动进行的，该平台集成了安全规则。该平台为项目经理或安全经理提供了一个虚拟的试验站点。通过穿越虚拟站点并检查模拟过程，管理人员可以自己识别潜在的危险因素。同时，基于集成的安全规则，可以在虚拟环境中自动检测和显示一些不安全因素。请注意，安全培训将在下一节中进行讨论。

3.2.1 场地布局和多界面设计

虚拟施工现场提供了场地布局（如路线布局）、建筑、临时设施、施工设备、厂房等准确的位置和空间信息，展示了生动的施工过程。在此基础上，项目经理可以提前有效地识别出由于场地布局而造成的潜在安全问题，如不可行的路线布局、工厂位置的布局等。图4显示，通过使用投影或轮廓，可以轻松自动识别与塔吊有关的不安全空间。这可以用来进一步分析这些危险空间是否对其他施工活动有不可避免的影响，从而调整原有的场地布局。因此，可以提前测试场地布局的可行性，清晰地显示出不安全的空间，并改善了场地布局。

图4 识别两个塔式起重机之间的不安全空间

同时，可以分析工作界面的布局，识别出相关的安全问题，即工作空间的冲突。例如，施工厂房的工作区域跨越一个工作界面，可以识别出相关的不安全空间和施工顺序（见图5）。识别这些问题有助于所有建筑商在实际施工开始前协调他们的施工方案，从而避免在实际施工过程中不安全空间可能发生的碰撞。

图5. 识别跨工作界面的不安全空间

3.2.2 安全挡板和脚手架

将建筑、资源和临时设施的三维模型结合起来，特别注意安全挡板和脚手架。在安全挡板和脚手架的三维模型组合过程中，建模者很容易发现一些相关的问题，如不正确的设计（见图6）。另一方面，将相关的安全规则整合到虚拟施工现场中。通过实施安全规则，可以自动检测到不适当的设计。例如，如果地板中的某些开口缺少安全屏幕，则会提示警告信息。此外，工人模型（数字工人）被用于在虚拟施工现场的脚手架或地板上进行行走排练。由于可以自由行走，数字工作者可以到处走动。当数字工人到达一个位置时，安全挡板或脚手架设置错误或丢失，会自动提示一条警告信息；有时，它会从脚手架或地板上掉下来。这对于测试大型建筑工程中安全筛网和脚手架的设计和放置的可行性非常有用，因此可以提前改进。

图6. 识别与安全屏幕相关的问题

3.2.3 工厂运营和建设运营

施工过程模拟包括施工工厂的运行和施工顺序。在模拟工厂运行的过程中，如安装、吊装、输送和拆卸，

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[603477]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word