煤礦項目BIM應用思考

【摘要】BIM是建筑領域的重大技術革命，給建筑業帶來了深遠的影響，目前已在民用建筑項目領域有所使用，本文在介紹BIM含義、核心理念和應用價值的基礎上，對煤礦項目應用BIM進行了需求分析，并在此基礎對煤礦項目應用BIM前景進行展望，提出了對策建議。

【關鍵詞】煤礦項目；BIM；應用

BIM是繼計算機CAD技術取代傳統手工繪圖后建筑領域的又一次重大革命，它以建筑工程項目各項相關信息數據作為模型基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性幾大特征，通過創新的信息技術和業務結構，大大消除了建筑行業中各種形式的浪費和低效，給建筑業帶來了巨大的影響。目前國內外許多民用建筑項目已采用BIM技術進行設計和施工，取得了巨大效益，如美國紐約世貿大事原址新建的自由大廈、澳大利亞墨爾本尤利卡大廈、北京水立方奧運場館等。本文探討BIM在煤礦項目中的應用需求及前景。

一、BIM含義及核心理念

（一）BIM含義

關于BIM，2007年《美國國家BIM標準》對“Building information Model （BIM）”和“Building information Modeling （BIM）”分別給出了定義：“Building information Model （BIM）”是指設施的物理和功能特性的一種數字化表達，從設施的生命周期開始它就作為其形成可靠的決策基礎信息的共享知識資源；“Building information Modeling （BIM）”是指建立設施電子模型的行為，其目標是可視化、工程分析、沖突分析、規范標準檢查、工程造價、竣工產品、預算編制和其他用途。

同時《美國國家BIM標準》在前言中又提出：BIM無論是用來指一個產品——Building information Model，還是一個活動Building information Modeling，或者是一個系統Building information Management，都是一個減少行業浪費、減少破壞、為行業產品增值、提高居住著使用性能的關鍵因素。因此BIM的含義還應該包括Building information Management。

基于此，李建成提出BIM的含義應當包括三個方面[1]：

1.BIM是建筑項目所有信息的數字化表達，是一個可以作為建筑項目虛擬替代物的信息化電子模型，是在開放標準和互操作性基礎上建立的共享信息的資源。

2.BIM是建立、完善建筑項目信息化模型的行為，項目的各個參與方可以根據各自職責對模型信息插入、提取、更新和修改，以支持建筑項目的各種需要。

3.BIM是一個透明的、可復制的、可核查的、可持續的協同工作環境，在這個環境中各參與方在建筑項目全生命周期中都可以及時溝通，共享項目信息，并通過分析信息作出決策和改善建筑工程項目的交付過程，是項目得到有效的管理。

（二）BIM核心理念

BIM的核心理念是“信息充分交流、消除浪費低效”，即通過能支持信息創建、共享和更新的中央數據庫模型，將橫向貫穿項目全生命周期各階段相互聯系的項目目標綜合起來[2]，及早引入項目參與各方，充分分享交流信息，糾正錯誤，減少浪費，節省成本，保證項目按照計劃進行并按時完工，同時為項目運營、維修提供信息支持。

二、BIM應用價值

（一）在設計方面

1.三維可視直觀設計[3]。BIM采用三維設計技術，設計成果為三維空間數字化建筑信息模型，所見即所得，一方面可以降低建筑設計理解難度，方便分析交流，另一方面可以有效地解決建筑設計中空間復雜和局促部位的設計難題。同時BIM可以滿足所有二維出圖要求。

2.智能聯動關聯設計。BIM設計數據之間建立了實時一致性關聯，源于同一模型的所有設計圖紙、圖表均相互關聯，對模型的任何修改可以及時在模型其他關聯處反映出來，智能聯動，提高效率。

3.高效準確自動統計。BIM將所有設計數據集合于中央數據庫，可以按照要求自動統計項目工料用量、投資造價等內容，方便設計者和業主分析投資、材料、建筑之間的關系，提高造價控制水平。

4.方便嚴謹協同設計。BIM以統一的信息模型為基礎，使不同專業、不同地點的設計人員可以在一個統一的信息模型上協同工作，消除溝通不暢和信息缺失帶來的問題，提高設計效率。

5.科學快速模擬計算。BIM可以提供良好的數據交換功能，可以通過分析、模擬計算軟件對設計的各個環節和系統進行各種分析和模擬計算（如碰撞檢查、節能分析等），優化設計思路和方案，提高設計水平。

（二）在建造方面

1.虛擬施工指導[4]。BIM利用三維可視功能和模擬計算功能可以提供項目施工模擬，通過虛擬施工發現施工難點，合理安排施工工序和施工進度，不斷完善施工方案，避免施工返工和材料浪費。

2.精確計劃施工材料。BIM利用自動統計功能可以快速獲得工程基礎數據拆分實物量，為材料采購提供及時準確數據，為施工現場材料領用提供時間和數量等數據支撐。

3.階段性成本控制。BIM利用自動統計功能可以實時對項目工程成本數據進行統計，可以及時了解工程成本動態變化，提高項目階段性成本控制能力，提高項目造價控制水平。

（三）在總部管控方面

BIM可以給總部管控提供一個項目管理支撐平臺，在這個平臺上可以隨時隨地快速獲得項目最新、最準確、最完整和最可靠的多維度項目基礎數據，可以實現項目投資和進度控制，提高管控能力[4]。

（四）在項目管理模式方面

BIM打破了設計階段與施工階段分離的現狀，在項目設計階段引入施工參與方，項目參與各方在建筑信息模型基礎上充分分享信息，交流溝通，協同工作，及早糾正設計中存在錯誤，減少浪費，節省成本，保證項目建設工期。

三、煤礦項目BIM應用需求分析

相比于民用建筑項目，煤礦項目建設內容更加豐富，涉及專業更加廣泛，投資金額更加巨大，建設周期也更長，對于BIM的應用需求也更加強烈。

（一）煤礦項目位于地下，無法直觀審視項目布局，需要BIM三維可視設計技術來方便項目參與各方溝通交流。煤礦項目應用BIM后，可將地質勘探報告三維數字化，在立體空間展示井田范圍地層分布情況、煤炭賦存情況、地質構造情況；可以將井田開拓開采布置三維數字化，在立體空間展示井口位置、井筒特征、大巷和工作面布置情況；同時將煤礦項目設備布置情況三維數字化，在立體空間展示礦井主要設備配置情況，方便業主和設計人員溝通交流。

（二）煤礦項目項目設計過程復雜，方案比選環節多，需要BIM智能關聯、協同設計、自動統計等技術來提高設計效率。煤礦項目設計過程中礦井設計能力、井口位置、開拓方式、首采區、采煤方法、設備選型、井下運輸、提升方式等多個環節需要進行多方案比選，比選涉及工藝技術、建設工期、技術經濟等多個角度[5]，應用BIM后，可以應用智能關聯設計、協同設計、自動統計等功能，快速完成方案比選，提高設計水平，將設計人員的主要精力集中于項目設計構思中。

（三）煤礦項目系統眾多、復雜，各系統交叉關聯，需要BIM協同設計、模擬計算等技術來提高項目建設效率。煤礦項目是一個系統工程，包括采煤系統、掘進系統、機電系統、運輸系統、通風系統和排水系統等六大系統，另外井下安全避險又包括監測監控、人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡等六大系統，應用BIM后，設計人員可以實現中央數據庫下的系統協同設計，同時可以應用模擬計算技術對各個系統設計的功能完整性、系統協同性進行模擬測試，及早發現設計錯誤，避免項目返工，提高項目建設效率。

（四）煤礦項目建設周期長，可選施工方法和支護方式多，需要BIM虛擬施工技術來指導工程建設。煤礦項目井筒施工方法有普通法和特殊鑿井，普通法分為炮掘和機械掘進，特殊鑿井法包括凍結法、注漿法、鉆井法、沉井法和帷幕法[6]；煤礦項目支護方式包括砌碹法、錨噴法和支架法。受地質條件影響，煤礦項目建設工程中需根據地質條件選擇不同的施工工藝和方法，同時采取不同的支護方式，如果遇到斜井和平硐長度較大時，還需要考慮選擇措施井縮短施工工期，應用BIM虛擬施工技術可以多次模擬，在施工前確定最佳施工路線，保證煤礦項目順利建成。

（五）煤礦項目投資巨大，施工使用設備、材料眾多，需要BIM虛擬施工技術來合理安排施工設備、材料計劃，需要BIM自動統計技術來實現項目成本控制功能。煤礦項目動輒投資幾十億，采用BIM虛擬施工技術可以將施工路線、步驟，使用的設備、材料、用量、時間等事先分析計算出來，合理安排項目施工，同時可以實行限額領料措施，嚴格控制項目施工設備、材料使用；采用BIM自動統計技術可以實現煤礦項目工程成本數據的實時搜集和獲取，可以實現從時間、工序、空間等多個維度對工程成本進行多算對比[7]，及時發現成本管理過程中的問題并予以解決，提高項目投資管控水平。

四、煤礦項目BIM應用前景及對策建議

（一）應用前景

一方面，BIM在我國還處于起步階段，相關的標準規范還沒有制定完成，建筑業界使用的基于CAD專業應用軟件數字化能力與BIM“數字化技術”要求差距較遠[8]，同時BIM目前主要應用于民用建筑領域，其他領域應用較少，煤礦項目BIM應用不可能一蹴而就；另一方面，BIM作為先進生產力，帶動建筑業變革是大勢所趨，《2011-2015建筑業信息化發展綱要》已將加快BIM應用列為發展重點[9]，《建筑工程信息模型應用統一標準》也已獲得住建部批準立項，BIM在中國的發展應用將勢不可擋，煤炭行業應緊跟建筑業發展趨勢，及時跟進，研究BIM在煤礦項目中應用。

（二）對策建議

1.轉變思想，提高認識。煤礦項目設計單位、施工單位和業主單位要清醒地認識到BIM是從二維圖紙到三維設計和建造的信息革命，BIM應用于煤礦項目必將給煤礦設計、施工和煤礦項目本身帶來深遠的影響，相關人員應從傳統的設計、建造和業主思想中跳出來，盡快完成傳統思想向BIM思想的轉變。

2.加強學習，積極探索。煤礦項目設計單位、施工單位和業主單位應積極鼓勵從業人員學習了解BIM理論知識，參加BIM培訓研討活動，實地參觀觀摩BIM項目實施案例，了解國際國內BIM發展動態，掌握相關理論知識，積極探索BIM在煤礦項目中的應用。

參考文獻

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[2]張德凱，郭師虹，段學輝.基于BIM技術的建設項目管理模式研究[J].價值工程，2013（5）：61-64.

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[4]沈江紅.BIM是項目精細化管理的核心競爭力[J].浙江建筑，2013（5）：67-70.

[5]GB 50215-2005.煤炭工業礦井設計規范[S].

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[12]何關培.中國BIM標準·2D·BIM—關于“2D實現BIM核心能力”的解讀[N].建筑時報，2013-3-4（7）.

[13]張利歌.基于BIM的工程項目造價管理研究[J].建筑科學，2013（18）：247.

作者簡介：

張克清（1978—），男，碩士研究生，經濟師，注冊咨詢工程師，中國中煤能源集團有限公司企業發展部項目主管。

郭欣旺（1979—），男，博士研究生，經濟師，中國中煤能源集團有限公司企業發展部綜合主管。