把握安全營造的新契機-瞭解營造安全衛生管理導入BIM技術之可能性

撰文者:育沛研創設股份有限公司 周慧瑜總經理
發佈時間:2019/09/01    瀏覽次數:900

一、建築資訊模型化(BIM)技術之基本觀念介紹

營建業長期以來使用2D形式說明設計成果與發展施工圖說,當3D的實體設施設備必須被分層、分向、分系統解構為大量的平面、立面與剖面圖,且基於2D視角的侷限性,再將實體轉化為抽象的圖形、圖例與標註之下,所有專案參與者包含業主、設計者、施工者、監造者、專案管理者、設施使用維護者乃至各層面利害關係人等,如果要理解設計或施工內容,進而作為工作執行、溝通、管控與檢核上的依據,能否將2D資訊正確而完整的轉譯重組為3D圖像,便成為關鍵的障礙門檻。

不過,建築資訊模型化(Building Information Modeling,以下簡稱BIM)技術的出現,為營建業帶來了降低上述門檻的嶄新契機。首先,BIM讓設計成果與施工規劃,回歸到3D擬真表達的模式。如圖1所示,因為從抽象回到具象,大幅改善了所有專案參與者與利害關係人的溝通基礎;因為從片面回到全面,顯著強化了各系統專業介面整合的容易度與可檢核性。於是過程中的相互理解與資訊透明化,讓設計與施工成果,更容易符合業主與使用者的需求與期望。

資料來源:育沛研創設股份有限公司
圖1 BIM技術的3D視覺化特性示意圖

再者,BIM的3D視覺化,並不等同於以AutoCAD® 3D、SketchUp®、3ds Max®、Maya®等3D設計軟體所產出的立體模型。關鍵差別在於BIM軟體背後的物件導向資料庫本質,使模型建置不只是一種繪圖加上圖塊或圖層定義,而是在建構出所有設施設備構件的同時,賦予其各自所有的屬性參數,同時將彼此間的空間定位與接合關係也清楚定義的3D資訊模型。不僅如此,模型中所包含的資訊,還可與其他應用軟體進行連結或傳遞,使3D再伸展出4D、5D等更多維度的資訊意涵與用途,應用縱深甚至可以貫穿全生命週期,為實現數位管理與智能或智慧化發展鋪設了一條大有可為的道路。

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圖2 BIM模型的物件導向特性示意圖
二、現行營造安全衛生管理作業的侷限與問題

現行工程專案安全衛生管理工作的制度規劃,從設計階段開始要求設計單位應於工法選擇時納入施工安全衛生考量,奠定工程的本質性安全衛生基礎;同時應基於風險評估與災害預防目標,於招標文件中訂定安全設施設置基準與施工建議圖說,並據以量化編列安衛費用。進入施工階段時,則要求施工廠商於提出施工計畫書的同時,同步訂定職業安全衛生管理計畫、墜落災害防止計畫等,且應依計畫落實執行。如工程專案符合丁類危險性工作場所的條件定義,則要求施工廠商針對主要危害作業另行提出施工安全評估報告,並於使勞工作業三十日前,向當地勞動檢查機構申請審查。

然而,上述所有安全衛生管理措施,在危害辨識、風險分析、風險評估、改善對策研擬、以及施工計畫基於危害預防目的之回饋調整等過程中,目前同樣在憑藉2D圖說與文字描述的作業環境中,存在下列各方面的侷限與問題:

  1. 在確認各作業節點因人、機、料、方法、環境所形成的作業情境,以及該情境下存在何種可能誘發災害的因素時,評估人員僅能憑經驗與想像在腦中建構出情境與作業的動態性,不易察覺作業間潛在的空間與時間重疊,以及因此所衍生的危害風險。
  2. 風險分析與評估用表格雖有標準化的優點,卻也因2D作業不易察覺個案特有的作業情境與風險,長期下來逐漸有評估內容通案化甚至流於形式的隱憂。
  3. 分項作業災害預防對策的研擬,遵循現行相關法令規範本是必然;但受到前階段未能針對個案個別情境分析與評估風險的影響,風險對策也同樣存在以法規彙整替代個案分析的問題。
  4. 缺乏前述各風險分析評估階段的個案資訊做為參考依據,導致個案不易掌握職安衛設施設備的實際需求量,當然也無法進一步考量許多臨時性安衛設備的動態調度與流用的可行性,結果便是安全衛生費用的預算編列合理性不足,以及施工單位在安全衛生管理上需承擔較高的成本變異風險。
三、BIM能如何輔助安全衛生管理成效的強化

BIM基於其3D視覺化特性,在安全衛生管理程序中具有多方面的輔助功效。以一空橋型鋼構露臺的鋼梁吊裝作業為例,圖3是分項工程作業計畫中常見的吊裝機具平面配置圖(左)及吊裝機具立面配置圖(右);圖4則是鋼構吊裝作業的作業流程及各階段安全衛生設施的規劃內容。兩圖所呈現的全區平、立面配置與選單化文字等表達形式,呈現了起重機作業位置、機具荷重能力評估結果、基於機具位置與機種所圈出的吊臂最大作業範圍、各作業流程所牽涉職災類型的安全衛生管理對策等內容。

資料來源:安康市場公營住宅統包工程【分項工程作業計畫】
圖3 鋼梁吊裝機具平面配置圖(左)及立面配置圖(右)例示
資料來源:安康市場公營住宅統包工程【分項工程作業計畫】
圖4 鋼梁吊裝作業流程及各階段安全衛生設施規劃例示

然而,就吊裝作業的實際操作而言,吊臂需要三維向度的轉動與伸縮,加上吊鍊的上下收放來帶動吊放物(此例主要為鋼梁)的移動與轉動。而吊放路線上,吊臂與鋼梁的周遭,圍繞有結構體與施工架,且施工架上可能會出現若干施工人員,正進行與鋼梁吊裝平行作業的其他工項(例如外牆磁磚等)。究竟此情境需要參照施工計畫中的哪些資訊才能正確而完整地呈現出來?此情境下的吊放過程中潛在著哪些危害?又應採取何種危害預防措施?若在僅能憑藉2D圖說與文字描述的情況下,就必須倚賴風險評估者的專業與經驗。不過,在藉助BIM技術後,施工情境可擬真呈現如圖5所示。當評估者可如臨實境地觀察施工作業的分解動作與情境元素後,風險辨識與分析、風險致災程度評估與職災預防對策等課題的研討,即使在評估者專業角色與背景各異的情況下,也得以在共同的認知上明確聚焦,並且增進介面溝通與協調效率。

除此之外,BIM模型所具備的物件導向資料庫特性,使得任何如同圖5的情境模擬與施工風險預防措施研擬,都能同步掌握各類設施構件、機具與所佈設安衛設備的規格明細與數量,並可進一步評估不同施工方案、不同災害預防措施的成本效益。無論從評估作業的完整性還是方案決策的經濟效率而言,BIM的導入都能成為強而有力的輔助工具。

資料來源:108年度「營造業職業安全衛生管理制度促進計畫」建築工程施工風險評估導入BIM技術示範案例
圖5 鋼梁吊裝作業施工情境及風險預防對策運用BIM擬真效果例示
四、勞動部職業安全衛生署啟動BIM導入營造安全衛生管理第一步

為強化營造工程專案的安全衛生管理,勞動部職業安全衛生署於今年啟動BIM導入的可行性驗證計畫與基礎建置工作。可行性驗證從施工風險相對較大的丁類危險性工作場所的施工安全評估作業開始,以一項符合丁類危險性工作場所條件的建築工程案例,示範如何運用BIM技術找出潛在於主要危害作業施工過程中的特有災害,以及研討出危害預防措施的適宜方案。至於基礎建置工作,則是以降低營造業界運用BIM模擬施工風險情境時所需的人力時間成本負擔為目的,一方面建立國內營造業常用安全衛生設備的BIM元件庫及供情境模擬使用的BIM建模樣板,另一方面分別依循國內現行「公共工程綱要及細目編碼」與國際通用度高的「OmniClass編碼」,為所有安衛元件庫中的BIM元件研訂出有助於識別與統整的兩套編碼。上述所有成果,將呈現於今(108)年底正式上線的「營造業職業安全衛生管理系統資訊應用平台」上,免費供業界下載使用,再搭配示範案例操作手冊的出版,以及今(108)年11月份即將於北、中、南三區舉辦的宣導說明會與專題研討會議,期望BIM技術對營造產業帶來的革新契機,透過認識、學習、運用與分享,能夠在營造安全衛生管理工作的推動上,同樣激發出向上改變的能量。