基于虚拟原型(VP)思想的施工事故预防机理及应用研究

Aimed at the critical problems occurred in construction accident prevention, i.e. difficult in controlling workers' unsafe behaviors, difficult in checking the unsafe problems of design, and difficult in predicting and tracking unsafe construction environment, through the requirement analysis of information for controlling workers' unsafe behaviors, the mechanism of controlling the unsafe behaviors will be studied via using Virtual Prototyping (VP) and positioning technology; via investigating the safety rules for design and construction sites, the mechanism of autonomously checking the unsafe problems of design and that of predicting and tracking unsafe construction environment studied based on VP and the safety rules. Additionally, the application of these mechanisms in construction projects will also be studied. Therefore, from the point of view of VP, this research will provide a new idea and theory for the research and practice in the field of construction accident prevention in the future.

针对施工事故预防存在的关键问题，即难于控制工人的不安全行为、难于检测设计的不安全因素、难于预测和跟踪不安全的施工环境，通过对施工现场工人不安全行为控制的信息需求分析，采用虚拟原型（VP）思想和定位技术研究工人不安全行为全方位控制机理；通过阐明工程建设项目设计与施工环境的安全规则，研究基于VP和安全规则的工程设计不安全因素自动检测机理，及施工环境不安全因素预测与跟踪机理，并进行相关事故预防机理的应用研究；从虚拟原型的角度，为施工事故预防研究与实践提供新的思路和理论支持。

建筑业在全球范围内已成为高危行业之一。施工事故预防是减少安全事故的有效途径。本项目基于安全事故的关键致因，即人的不安全行为、物的不安全状态和不安全的环境，结合先进信息技术探索了施工事故预防机理。在人的不安全行为控制方面，首先通过对施工现场工人不安全行为的调查研究，识别了不安全行为控制所需要的基本信息，即工人及机械设备位置信息、工人属性及装备信息、工人行为动作信息等，然后结合空间坐标系构建了虚拟原型（Virtual Prototyping, VP）和定位技术的集成机制，进而建立了基于VP和定位技术的工人不安全行为实时响应与反馈机制。在环境不安全因素识别方面，通过对施工现场环境不安全因素的调研与分类，建立了施工环境的安全规则体系，包括脚手架、洞口、基坑、塔吊等方面，进而结合编码规则建立了基于VP和安全规则的施工环境不安全因素检测机制。在物的不安全状态识别方面，首先通过对工程建设项目设计不安全因素的调研与分类，即不安全的主体结构设计、不安全的临时设施设计和不安全的作业空间设计等，分别构建了设计安全规则，然后结合编码规则建立了VP与安全规则的集成机制，进而构建了基于VP和安全规则的设计不安全因素检测机制。在上述研究基础上，初步开发了施工工人不安全行为实时监控与预警原型系统，及工程设计不安全因素自动识别原型系统，并进行了应用测试。测试结果表明，本项目构建的施工事故预防机制可以有效地发挥事故预警作用，相关系统具有较好的应用前景。综上所述，本项目研究成果可为施工安全管理理论研究与实践提供新的思考方向。