一种基于BIM的施工安全风险识别方法及系统与流程

本发明涉及风险识别，尤其涉及一种基于bim的施工安全风险识别方法及系统。

背景技术：

1、风险识别技术领域涉及对工程建设过程中潜在风险进行识别、分析与预警，核心事项包括风险数据的获取、风险因素建模、风险分析规则构建以及基于建模结果的动态评估机制。该技术领域在建筑施工、交通运输、能源开发等多个行业中广泛应用，尤其在施工工程中，通过对施工现场环境、施工活动流程、人员操作行为等信息的系统收集与建模，结合历史事故数据、规范规定与作业计划进行分析，从而识别出可能导致人员伤害、财产损失或工期延误的安全风险点，进一步支持安全决策与风险控制策略的制定。

2、其中，传统施工安全风险识别方法是指在工程建设各阶段通过人工审核施工图纸、查阅施工计划、依据施工规范手册、现场实地观察、以及对历年事故资料进行归纳总结等方式来识别施工过程中潜在的风险点。具体方式包括在施工前通过二维设计图纸进行平面位置分析、使用人工方式评估高处作业、临边作业、交叉作业等场景中的人员伤害风险、采用表格对照形式梳理安全管理要点与施工计划时间节点的对应关系，以及依据历史事故分类标准对类似工序进行经验推断。这类方法往往缺乏施工空间结构与时间进度之间的三维融合，难以实现对施工现场多工序、多作业面、多时间段风险交叉叠加情况的系统识别与动态更新，且受限于信息来源单一与表达形式二维化，不具备对复杂施工情境进行精准分析的能力。

3、传统识别方法依赖人工审核图纸与查阅施工计划等静态资料，仅基于二维平面视角与表格对照形式对单一工序或特定场景进行经验推断，导致施工现场空间结构与时间进度之间缺乏多维深度融合，难以系统性捕捉多工序、多作业面及多时间段交叉作业所引发的动态叠加风险，且单一维度的信息来源无法精准量化复杂施工情境下的时空冲突强度，造成风险隐患识别存在滞后性与盲区。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于bim的施工安全风险识别方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种基于bim的施工安全风险识别方法，包括以下步骤：

3、s1：获取bim信息模型与施工任务清单，提取施工任务清单作业类型与任务编号字段写入bim信息模型构件节点，排序构件节点，选取最早未完成作业类型字段，生成构件动态风险参数集；

4、s2：离散化所述bim信息模型生成体素单元集合，遍历体素单元集合调用所述构件动态风险参数集，提取作业类别编码、作业能耗级别及安全布设需求指数映射至对应的体素坐标位置，生成体素作业属性参数组；

5、s3：检测所述体素作业属性参数组交叠区，差值运算安全布设需求指数，标记超出预设安全配置差值限定标准的体素单元，生成体素高优先级风险标签；

6、s4：基于所述体素高优先级风险标签确定关键作业节点，获取关键作业节点的作业执行环境暴露等级、参与人员危险作业等级及作业期间操作强度值，并归一化加权计算，生成节点风险因子值；

7、s5：根据施工工序逻辑构建风险传导路径，用所述节点风险因子值经深度优先搜索算法聚合计算风险传导路径获取路径风险聚合值，若路径风险聚合值超出预设链路警戒阈值，则调升链路等级，输出安全风险识别结果。

8、本发明改进有，所述构件动态风险参数集包括任务时序关联指针、实时作业类别代码和构件当前风险状态位，所述体素作业属性参数组包括体素作业类型映射值、单元能耗强度标量和安全设施缺口度量，所述体素高优先级风险标签包括空间交叠冲突类型、设施配置差值超限位和局部风险优先级权重，所述节点风险因子值包括环境暴露聚合分值、人员作业风险加权项和操作强度归一化系数，所述施工安全风险识别结果包括风险传导链路图谱、路径聚合风险等级和施工安全预警序列。

9、本发明改进有，所述构件动态风险参数集的获取步骤具体为：

10、s111：获取bim信息模型与施工任务清单，对施工任务清单执行字段解析以提取关键的作业类型字段与任务编号字段，依据构件唯一标识符在bim信息模型与提取的任务数据之间建立双向索引关联，并将作业类型字段作为动态属性写入bim信息模型中对应构件节点的预留数据槽位，生成任务构件映射数据链表；

11、s112：调用所述任务构件映射数据链表，检索存在多重任务关联关系的构件节点，获取关联任务序列中每一任务编号对应的作业开始时间戳及现场反馈的任务执行状态位，依据作业开始时间戳对同一构件节点下的任务序列执行时间轴方向的升序排列处理，并利用任务执行状态位对排序后的序列进行掩码过滤以剔除状态显示为已完成的历史任务项，生成时序状态排序索引集；

12、s113：针对所述时序状态排序索引集中的每一构件节点定位位于排序序列首位的目标任务项，提取目标任务项所指向的作业类型字段并将其确认为构件在当前时间切片下的主导风险类型，依据主导风险类型对构件节点的风险分类属性进行实时更新，并组合任务时序关联指针、实时作业类别代码及构件当前风险状态位，生成构件动态风险参数集。

13、本发明改进有，所述体素作业属性参数组的获取步骤具体为：

14、s211：对所述bim信息模型执行全域几何扫描以确定施工场景的最大三维包围盒边界，调用预设的空间分辨率参数对三维包围盒边界内部区域进行正交网格离散化切割，计算模型中每个几何构件与离散网格的空间重叠关系，将与几何构件存在体积交集的网格节点标记为实体占用状态，并提取每一实体占用状态节点对应的空间三维坐标数据以及其所属构件的唯一索引编码，生成离散化体素索引集合；

15、s212：遍历所述离散化体素索引集合中的每一个体素节点并读取其携带的构件唯一索引编码，利用构件唯一索引编码作为键值在构件动态风险参数集中进行哈希查找，锁定构件在当前施工阶段对应的风险数据条目，从风险数据条目中提取作业类别编码、作业能耗级别定级值以及安全布设需求指数数值，将这三项数据按预设顺序封装为独立的特征数据包，生成单元属性提取向量；

16、s213：调用所述单元属性提取向量并解析其中存储的属性数据包与空间定位信息，将作业类别编码、作业能耗级别定级值以及安全布设需求指数作为属性载荷映射至体素空间坐标系下的对应网格位置，构建包括空间维度与属性维度的多重映射矩阵，并对矩阵中全部体素单元的属性字段执行数据完整性校验与格式标准化对齐，生成体素作业属性参数组。

17、本发明改进有，所述体素高优先级风险标签的获取步骤具体为：

18、s311：检测所述体素作业属性参数组中记录的空间坐标字段，采用坐标哈希算法对数据条目进行空间位置聚合，识别并锁定单一坐标键值下挂载多于一组作业属性数据的体素单元，提取体素单元关联的全部作业类别编码及对应的构件索引，构建包括冲突坐标位置与多重作业属性映射关系的集合，生成多源作业交叠体素集；

19、s312：遍历所述多源作业交叠体素集并解析每一体素单元内部的多重作业属性映射关系，从中分离出每个作业源对应的安全布设需求指数，构建同一空间位置下的需求指数数值序列，对需求指数数值序列执行极差计算以获取位置下多个作业间安全设施配置要求的最大差异幅度，生成设施配置差异度量矩阵；

20、s313：调用所述设施配置差异度量矩阵，并将矩阵内记录的差异幅度数值与预设的安全配置差值限定标准进行比对，筛选差异幅度超出安全配置差值限定标准的体素节点，划分节点所属的空间交叠冲突类型并分配局部风险优先级权重，并结合设施配置差值超限位信息对体素进行多维风险属性标识，生成体素高优先级风险标签。

21、本发明改进有，所述节点风险因子值的获取步骤具体为：

22、s411：解析所述体素高优先级风险标签所携带的空间拓扑索引，在bim模型与施工进度计划的映射拓扑中逆向确认存在时空冲突的关键作业节点，从项目安全管理数据库中提取关键作业节点的固有属性，通过现场部署的智能感知终端实时采集节点所在区域的当前环境照度系数、作业人员实时监测的心率变异性指数以及施工机具运行时的机械振动频率，将静态属性与动态传感数据执行时间窗对齐与数据封装，生成节点多源状态参数集；

23、s412：调用所述节点多源状态参数集，并加载预置的标准照度基准值、基准心率变异性阈值以及设备额定振动阈值，利用标准照度基准值对环境参数进行光照补偿修正，利用基准心率变异性阈值对生理指标进行疲劳度量化，利用设备额定振动阈值对机械参数进行归一化，运算获得节点风险因子值。

24、本发明改进有，所述运算获得节点风险因子值的公式具体为：

25、；

26、其中，代表节点风险因子值，代表环境维度预设权重系数，代表作业执行环境暴露等级归一化系数，代表标准照度基准值，代表环境照度系数，代表防止分母为零的微小补偿量，代表人员维度预设权重系数，代表参与人员危险作业等级归一化值，代表心率变异性指数，代表基准心率变异性阈值，代表操作维度预设权重系数，代表作业期间操作强度归一化指数，代表机械振动频率，代表设备额定振动阈值。

27、本发明改进有，所述施工安全风险识别结果的获取步骤具体为：

28、s511：根据施工工序逻辑建立节点间的有向连接关系以构建风险传导拓扑网络，将所述节点风险因子值作为权重参数加载至网络中的对应工序节点，采用栈式数据结构管理节点访问顺序并沿拓扑连接方向执行深度优先遍历，在遍历路径的延伸过程中对单一分支上全部连续节点的风险因子值执行累加聚合运算，生成路径累积风险度量值；

29、s512：调用所述路径累积风险度量值并加载预置的链路警戒阈值，对每一条链路的累积权重数值与链路警戒阈值执行差值比对，筛选差值大于零的异常链路并执行等级索引递增操作以调升其安全警戒级别，同时保留常规链路的基础状态标记，构建包括链路唯一标识符、实时比对差值以及动态等级标签的结构化列表，生成分级风险链路状态表；

30、s513：遍历所述分级风险链路状态表，提取其中的动态等级标签与链路拓扑数据，调用图形渲染引擎绘制风险传导链路图谱，统计表内链路的等级分布情况以锁定全局的路径聚合风险等级，按照风险触发的时间先后顺序对异常链路编号进行队列排序构建施工安全预警序列，将图谱、等级及序列封装为标准化的输出格式，生成施工安全风险识别结果。

31、一种基于bim的施工安全风险识别系统，所述基于bim的施工安全风险识别系统用于实现上述基于bim的施工安全风险识别方法，所述系统包括：

32、构件数据提取模块，获取bim信息模型与施工任务清单，提取施工任务清单作业类型与任务编号字段写入bim信息模型构件节点，排序构件节点，选取最早未完成作业类型字段，生成构件动态风险参数集；

33、体素属性整理模块，离散化所述bim信息模型生成体素单元集合，遍历体素单元集合调用所述构件动态风险参数集，提取作业类别编码、作业能耗级别及安全布设需求指数映射至对应的体素坐标位置，生成体素作业属性参数组；

34、体素风险划分模块，检测所述体素作业属性参数组交叠区，差值运算安全布设需求指数，标记超出预设安全配置差值限定标准的体素单元，生成体素高优先级风险标签；

35、节点风险量化模块，基于所述体素高优先级风险标签确定关键作业节点，获取关键作业节点的作业执行环境暴露等级、参与人员危险作业等级及作业期间操作强度值，并归一化加权计算，生成节点风险因子值；

36、安全风险评估模块，根据施工工序逻辑构建风险传导路径，用所述节点风险因子值经深度优先搜索算法聚合计算风险传导路径获取路径风险聚合值，若路径风险聚合值超出预设链路警戒阈值，则调升链路等级，输出安全风险识别结果。

37、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

38、本发明中，通过将作业任务数据精准映射至三维模型构件节点以构建动态关联索引，利用空间离散化手段将复杂施工场景解析为微观体素单元并提取多维作业属性，通过检测体素空间交叠区域内的设施配置差异幅度来锁定高风险冲突点，结合环境暴露等级、人员状态及操作强度等多源异构数据执行加权归一化运算，构建基于工序逻辑的风险传导拓扑网络，并采用深度优先搜索算法进行全链路风险聚合度量，实现对施工全周期动态风险的精准量化与分级预警。