利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展

文｜解莎莎 金鵬飛

我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)盡管增長(zhǎng)迅速，但隨著工程不斷從高速建設(shè)期進(jìn)入運(yùn)營(yíng)維護(hù)期，行業(yè)和業(yè)主越來(lái)越關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，信息技術(shù)已經(jīng)成為了這些問(wèn)題的解決方案。

隨著國(guó)家工程信息化的快速發(fā)展，建筑企業(yè)信息化建設(shè)不斷提高，促進(jìn)了建筑技術(shù)的進(jìn)步與管理水平的日益提升，國(guó)家也在“十二五”期間，基本實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及與應(yīng)用，加快建筑信息模型技術(shù)（BIM技術(shù)）、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動(dòng)信息化建設(shè)。

對(duì)于我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)來(lái)說(shuō)，盡管增長(zhǎng)迅速，但隨著工程不斷從高速建設(shè)期進(jìn)入運(yùn)營(yíng)維護(hù)期，行業(yè)和業(yè)主越來(lái)越關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)、移動(dòng)應(yīng)用和云計(jì)算等技術(shù)已經(jīng)成為了這些問(wèn)題的解決方案。

隨著工程設(shè)計(jì)行業(yè)被市場(chǎng)倒逼，轉(zhuǎn)型到三維協(xié)同設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)的需求，需要在建造過(guò)程中融入更多的數(shù)據(jù)，為后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持與保障。作為施工企業(yè)，接遞來(lái)自設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)在建造階段加以三維化的轉(zhuǎn)化與優(yōu)化，將數(shù)據(jù)最終完整、直觀的傳遞到運(yùn)維階段。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)信息為施工企業(yè)所運(yùn)用，大大降低了施工企業(yè)的建造成本，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工起到了指導(dǎo)性的價(jià)值與意義。

基于對(duì)BIM技術(shù)的推廣與應(yīng)用，以遼寧某600m2燒結(jié)機(jī)工程為例，在該項(xiàng)目中積極探索基于ProjectWise平臺(tái)在三維建模工作流程與施工管理上的應(yīng)用。通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，完成建筑結(jié)構(gòu)、管道出圖、電纜智能敷設(shè)，機(jī)械電氣設(shè)備安裝、工程量統(tǒng)計(jì)、建模及其出詳圖，以及多專業(yè)碰撞檢測(cè)；并進(jìn)行施工過(guò)程中的安全、技術(shù)交底、施工模擬、移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用、工程進(jìn)度管理。大大節(jié)約了施工成本，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工起到了一定程度的指導(dǎo)意義。

表1 我國(guó)近10年鋼產(chǎn)量占世界鋼產(chǎn)量及比率

圖1 600m2燒結(jié)工程三維模型

工程概況

眾所周知，我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，從表1數(shù)據(jù)可以看出中國(guó)在世界鋼鐵產(chǎn)量的比重越來(lái)越大，已連續(xù)數(shù)年位居世界第一。本項(xiàng)目意在建設(shè)冶煉鐵礦的新工藝，該項(xiàng)目的建立對(duì)中國(guó)鋼鐵行業(yè)，乃至世界鋼鐵行業(yè)的影響至關(guān)重要。該燒結(jié)廠采用廢氣凈化新技術(shù)，煙塵排放濃度低于30mg/m3；可除去廢氣中的有害成分；嚴(yán)格封閉的工藝設(shè)施，循環(huán)利用廢氣以降低燒結(jié)能耗；熱廢氣循環(huán)余熱回收，實(shí)現(xiàn)了余熱發(fā)電；余熱回收利用技術(shù)，降低產(chǎn)品工序能耗。因此，無(wú)論從當(dāng)下或長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，本項(xiàng)目的建造對(duì)整個(gè)社會(huì)的資源優(yōu)化配置、燒結(jié)生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新以及社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展意義重大。

該工程位于遼寧省某市，為原料配套600m2燒結(jié)機(jī)，是全國(guó)最大燒結(jié)工程，建設(shè)規(guī)模為1臺(tái)600m2燒結(jié)機(jī)，生產(chǎn)能力為1 430t/h，采用雙側(cè)風(fēng)箱的新型結(jié)構(gòu)。臺(tái)車(chē)寬度為5.5m，機(jī)尾采用單棍破碎機(jī)，頭尾鏈輪中心距123.35m。燒結(jié)運(yùn)行速度為1.3～3.9m/min，總質(zhì)量為3 195t，其中臺(tái)車(chē)共173個(gè)，總質(zhì)量達(dá)2 048t，其有效燒結(jié)面積為600m2。圖1為600m2燒結(jié)工程三維模型。

項(xiàng)目針對(duì)建筑企業(yè)施工專業(yè)性強(qiáng)，流動(dòng)性大，工作地點(diǎn)分散特點(diǎn)，專業(yè)設(shè)計(jì)上包括了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備安裝、電氣、水暖、市政總圖等6大專業(yè)。各專業(yè)依托ProjectWise協(xié)同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立建模，區(qū)域總裝、專業(yè)總裝、工程總裝、成果交付的完整工作流。

人員組織機(jī)構(gòu)，按專業(yè)、人員進(jìn)行分工統(tǒng)計(jì)，由公司總部技術(shù)中心統(tǒng)籌管理，下設(shè)工程項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人，BIM項(xiàng)目經(jīng)理，BIM技術(shù)總監(jiān)；現(xiàn)場(chǎng)BIM技術(shù)應(yīng)用人員以及現(xiàn)場(chǎng)施工人員；專業(yè)BIM組長(zhǎng)，專業(yè)設(shè)計(jì)人員，專業(yè)協(xié)同管理員，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目人員組織機(jī)構(gòu)

配置工作空間以及模型劃分

立項(xiàng)之初，根據(jù)項(xiàng)目的具體實(shí)際需求，由施工人員根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)提出需求分析，由設(shè)計(jì)人員將這些需求“定制”到工作空間(Workspace)中，并將其件夾托管到ProjectWise協(xié)同平臺(tái)上；具體包括AECOsim標(biāo)準(zhǔn)，Bentley Raceway and Cable Management標(biāo)準(zhǔn)，OpenPlant標(biāo)準(zhǔn)以及文檔標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)編制并托管這些標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一管控該項(xiàng)目所有設(shè)計(jì)人員基于統(tǒng)一的設(shè)計(jì)要求與規(guī)范。如圖3所示。

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)需求或工藝流程，進(jìn)行分部、分項(xiàng)或檢驗(yàn)批進(jìn)行模型的劃分；該工程根據(jù)工藝流程劃分為煙囪、主抽風(fēng)機(jī)室、主電除塵器、燒結(jié)主廠房、環(huán)冷機(jī)、機(jī)尾電除塵、混合室、布袋除塵器、配料室、成品篩分室、轉(zhuǎn)運(yùn)站、成品礦槽室、附屬設(shè)施及其綜合管網(wǎng)等區(qū)域。如圖4所示。

三維標(biāo)準(zhǔn)化

經(jīng)過(guò)之前幾次項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，認(rèn)識(shí)到統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理，標(biāo)準(zhǔn)化概念的重要性。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化可避免模型組裝時(shí)兼容性的問(wèn)題，提高三維設(shè)計(jì)進(jìn)度和質(zhì)量，從而提高工作效率。在ProjectWise協(xié)調(diào)平臺(tái)建立項(xiàng)目文件夾和模型文件，統(tǒng)一配置企業(yè)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化文件，設(shè)計(jì)人員的所有操作均在ProjectWise協(xié)調(diào)平臺(tái)上，保證模型的適時(shí)更新。通過(guò)制定三維協(xié)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)具有的建模工作進(jìn)行企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化操作控制。

圖3 項(xiàng)目PW協(xié)同平臺(tái)架構(gòu)

圖4 項(xiàng)目模型劃分

圖5 PW協(xié)同平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分布

圖6 項(xiàng)目模型總裝渲染效果圖

面對(duì)異地信息管理的挑戰(zhàn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用集成服務(wù)器、緩存服務(wù)器與ProjectWise平臺(tái)相結(jié)合的方式，將ProjectWise平臺(tái)內(nèi)所有數(shù)據(jù)快速有效在公司總部、設(shè)計(jì)部門(mén)、項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)等管理者之間共享，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和傳輸速度。對(duì)于無(wú)法滿足上述兩種硬件要求的施工現(xiàn)場(chǎng)，項(xiàng)目采用ProjectWise平臺(tái)的瀏覽器客戶端，為施工人員提供了查看和下載項(xiàng)目文檔的功能。遠(yuǎn)端施工人員可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查看文件，實(shí)現(xiàn)了公司本部、設(shè)計(jì)部門(mén)、施工現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)提取、采集、上傳、發(fā)布相關(guān)工程信息的功能。如圖5所示。

ProjectWise協(xié)同平臺(tái)具備“一個(gè)統(tǒng)一，五個(gè)實(shí)現(xiàn)”的特點(diǎn)，即構(gòu)建ProjectWise協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工作環(huán)境(Workspace)統(tǒng)一托管；“五個(gè)實(shí)現(xiàn)”。一是實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)、校核、審批、交付、服務(wù)等全生命周期內(nèi)使用者權(quán)限動(dòng)態(tài)劃分。二是實(shí)現(xiàn)文件夾創(chuàng)建、文件參考、檢入及檢出，保證文件受控、唯一性。三是實(shí)現(xiàn)各級(jí)專業(yè)獨(dú)立設(shè)計(jì)，多層次、多專業(yè)相互參考無(wú)縫對(duì)接的協(xié)同設(shè)計(jì)。四是實(shí)現(xiàn)模型、工程圖紙、報(bào)表及文本、視圖、材質(zhì)等多專業(yè)軟件、多層次設(shè)計(jì)成果交付分類歸檔，查閱目錄樹(shù)管理。五是實(shí)現(xiàn)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、設(shè)備制作、施工等不同工程參與方一體化工作。如圖6所示。

項(xiàng)目應(yīng)用

利用模型碰撞檢測(cè)實(shí)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)及專業(yè)間的圖紙自審、會(huì)審，施工前技術(shù)人員借助BIM模型對(duì)設(shè)備、管線空間位置進(jìn)行校驗(yàn)，從而排除施工中的漏、碰、缺等傳統(tǒng)施工頑疾的發(fā)生，大大減少了施工環(huán)節(jié)的返工率，贏得了時(shí)間，節(jié)約了成本。

圖7 主廠房除塵管道與結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞

圖8 主廠房模型動(dòng)態(tài)切圖

三維建模實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)檢查，不僅可以解決“硬碰撞”檢查，還能進(jìn)行大量的“軟碰撞”，如安裝空間、檢修控件、人員通道、管道間距和設(shè)備間距等檢查，按規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工檢查。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這類“軟碰撞”不便于發(fā)現(xiàn)，在三維環(huán)境下，通過(guò)三維模型的直觀可視優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員可以方便地檢查方案是否合理、是否最優(yōu)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)校審發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤235處，洽商67份。如圖7所示。

通過(guò)BIM設(shè)計(jì)完成的3D模型，直接得到建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣等各專業(yè)材料的精確統(tǒng)計(jì)，材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)化，為物資采購(gòu)、工程預(yù)算、成本控制提供高效、便捷的服務(wù)依據(jù)。如表2、3所示。

通過(guò)模型切圖，直接切圖得到平面圖、立面圖、剖面圖和大樣詳圖。如圖8所示。

通過(guò)BIM信息化模型，提取各專業(yè)施工圖紙及節(jié)點(diǎn)詳圖，根據(jù)需要在任意位置進(jìn)行立體的視圖剖切，克服了傳統(tǒng)二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷和空間盲點(diǎn)。完成建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣等不同專業(yè)、不同格式的圖紙需求，包括平面、立面、軸測(cè)圖、階梯剖，實(shí)現(xiàn)施工圖紙無(wú)紙化。如圖9、10所示。

表2

表3 電纜橋架及其彎通等電氣設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表

工程應(yīng)用

對(duì)復(fù)雜的混凝土柱、梁板支模、澆筑進(jìn)行三維技術(shù)交底；對(duì)二次結(jié)構(gòu)中的砌體組砌、拉結(jié)筋留置、構(gòu)造柱施工工藝進(jìn)行三維技術(shù)交底。圖11為在現(xiàn)場(chǎng)向施工人員進(jìn)行的剪力墻結(jié)構(gòu)模板三維技術(shù)交底，形象直觀，提高交底質(zhì)量。

大型設(shè)備的運(yùn)輸和吊裝，通過(guò)在三維模型中采用動(dòng)態(tài)的碰撞檢測(cè)，可以優(yōu)化設(shè)備安裝方案，發(fā)現(xiàn)設(shè)備布置的不合理的地方。也可以通過(guò)讓運(yùn)營(yíng)管理單位對(duì)三維模型進(jìn)行審查，提早發(fā)現(xiàn)使用上不合理的布置。

本工程燒結(jié)機(jī)頭輪重54.9噸，尾輪重34.9噸，屬超重超大型設(shè)備，施工前進(jìn)行了吊裝施工模擬，為構(gòu)件運(yùn)輸、施工機(jī)具選型決策提供依據(jù)。如圖12所示為燒結(jié)機(jī)頭輪吊裝模擬。

圖9 OpenPlant出的ISO圖

圖11 剪力墻結(jié)構(gòu)模板三維技術(shù)交底

本工程主抽風(fēng)機(jī)室混凝土煙囪高120m，施工采用滑模施工工藝。主要方法：煙囪內(nèi)部設(shè)提升井架，提升系統(tǒng)包括32臺(tái)液壓千斤頂及液壓同步控制系統(tǒng)一套、輻射環(huán)梁一套。滑模控制在400mm一段，逐段滑模提升。如圖13所示。

通過(guò)BIM信息化模型，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的4D控制，全方位、全過(guò)程展示工程進(jìn)度。

BIM信息模型還可以實(shí)現(xiàn)在iPad手持設(shè)備上的瀏覽、審核、紅線批注，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模型與建筑實(shí)體的比對(duì)，指導(dǎo)和檢測(cè)施工作業(yè)質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)圖紙電子化分發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化綠色施工，節(jié)約了資源。如圖14所示。

提升項(xiàng)目協(xié)同、提高工程效率

ProjectWise平臺(tái)可快速、靈活設(shè)定組織架構(gòu)，所有流程具有可繼承性及可追溯性，互提資料和資料發(fā)布流程靈活受控，施工圖設(shè)計(jì)及其校審流程及時(shí)迅速，多種文件與信息可在各管理部門(mén)之間實(shí)時(shí)共享，具有移動(dòng)信息應(yīng)用技術(shù)。

圖10 電氣室設(shè)備布置圖

圖12 主廠房頭輪吊裝模擬

圖13 滑膜施工模擬

減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、提升質(zhì)量管理。減少了施工錯(cuò)誤，提高前方作業(yè)人員隊(duì)圖紙技術(shù)的理解能力，模型+虛擬施工的三維可視化技術(shù)交底降低了工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，施工進(jìn)度模擬，合理有效利用各種資源，降低施工組織管理風(fēng)險(xiǎn)，利用三維模型進(jìn)行的工程量統(tǒng)計(jì)，合理控制了材料的采購(gòu)價(jià)格與供用時(shí)間，降低了采購(gòu)管理的風(fēng)險(xiǎn)。

三維設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)較大減少了設(shè)計(jì)成本、管理成本，三維模擬施工減少了機(jī)械臺(tái)班數(shù)，大大節(jié)約了機(jī)械費(fèi)，由三維模型提取的材料統(tǒng)計(jì)，合理控制了材料的供需時(shí)間及采購(gòu)價(jià)格，一定程度上節(jié)省了工程材料費(fèi)用。

圖13 施工現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用指導(dǎo)施工

通過(guò)無(wú)紙化節(jié)約超過(guò)100萬(wàn)張紙，約重4t；減少樹(shù)木砍伐量5526.88kg，節(jié)約煤2036kg，節(jié)約水141.2t；減少CO2排放量14112.4kg，SO2排放量83472kg，固體廢棄物909.12kg。如表4所示。

利用BIM信息化管理實(shí)現(xiàn)了由二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的跨躍；架起設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工、監(jiān)理之間信息“孤島”的橋梁；實(shí)現(xiàn)施工前完成工程三維碰撞校驗(yàn)和施工吊裝模擬動(dòng)態(tài)檢測(cè)，最大程度減少了設(shè)計(jì)損失。實(shí)現(xiàn)了材料、設(shè)備工程量由施工人員伏案統(tǒng)計(jì)，向三維模型自動(dòng)提取的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)的三維技術(shù)交底，借助數(shù)字總圖地模實(shí)現(xiàn)施工臨時(shí)設(shè)施立體化布置。BIM技術(shù)為提升現(xiàn)代施工企業(yè)管理水平提供了強(qiáng)大動(dòng)力，是施工管理技術(shù)手段的一次革命。

表4 生產(chǎn)每噸紙消耗的資源及產(chǎn)生的浪費(fèi)