BIM技術在工業工程設計中的應用

于桂芝

（中國中輕國際工程有限公司）

BIM技術在工業工程設計中的應用

于桂芝

（中國中輕國際工程有限公司）

根據工業工程設計項目的特點，在BIM技術全專業應用上進行了探索，結合工程實例就BIM的應用作了歸納。

1 引言

近年來，隨著BIM應用在國內工程設計界的逐漸普及，精細化設計是必然選擇，也是市場競爭的需要。“實施并推動信息化與工業化深度融合”是改造和提升傳統產業的突破口，在各項建筑新技術中，BIM作為新興技術脫穎而出，未來BIM技術成為建筑行業的基礎技術和標準配置已經成為一個非常明顯的趨勢。

2 工程概況

江蘇某表面活性劑有限公司烷基苯裝置項目，廠區總用地面積為357880.65m2；項目總建筑面積為16018.52m2；建筑系數為53.17%；工廠容積率為0.57。本項目共建兩套生產裝置，均為10萬t/a烷基苯生產裝置，分兩期建設，總產能為20萬t/a。本項目的主裝置由脫氫裝置、烷基化裝置、熱油加熱系統、裝置變配電所及主控部分組成。生產裝置工藝流程，包括以下3個工段：脫氫工段；烷基化及HF再生工段；分餾工段。本工程中的設計難點主要包括總圖布置、結構設計、環保安全3個方面，在設計過程中全專業嘗試應用三維設計軟件進行，對BIM設計流程進行了探索，項目整體效果圖見圖1。

圖1 項目整體效果圖

3 項目BIM流程及成果

項目BIM設計，工藝專業采用Autoplant軟件進行模型搭建，建筑、結構、水、暖、電、儀表等專業采用Revit軟件進行模型搭建。

3.1 建筑專業

該項目建筑專業有6個子項，分別是主控室及綜合樓三、主變室、壓縮機房、冷熱水房、搶救室一、搶救室二。建筑專業設計流程如下。

1）項目整個場區較大，子項較多，在運用BIM進行設計時多個子項目無法進行統一定位，最后經過討論，確定將所有的子項在總圖模型當中定位準確，再進行設計時以統一的定位點為基準進行設計，這樣能更好地解決各專業未來協同的定位問題。

2）在進行BIM設計時，建筑專業對模型進行拆分，將所有結構部分剝離，只負責搭建建筑相關部分的砌塊墻、墻體面層、樓板面層、門、窗、雨棚、散水等。這種搭建方式方便建筑和結構專業在進行模型整合時達到完美鏈接，更好地規避建筑與結構之間的一些問題。

3）各專業模型搭建完成以后統一鏈接在一起，核查各專業模型整合情況，將問題反映出來，并及時與各專業設計師溝通協調。建筑專業部分子項模型見圖2、圖3。

圖2 主控室及綜合樓三建筑模型

圖3 主變室建筑模型

3.2 結構專業

該項目結構共12個子項，分別為：管架管廊；框架1；框架2；框架3；框架4；框架6；冷熱水站；搶救室1；搶救室2；壓縮機房；主變室；主控室及綜合樓三。下面就Revit在各個子項結構模型建立過程中的問題及優勢做詳細介紹。

3.2.1 管架管廊

工藝管道繁多復雜是工業項目的一大特點，建立在二維基礎上的結構管架圖紙與工藝管道圖紙，無法在項目建造之前進行協調碰撞檢查。Revit軟件以三維模型的方式實現與工藝Autoplant模型的結合（見圖4），各專業同步設計并檢查各專業之間錯漏碰撞問題，管架管廊構件的標高、位置與管道及建筑、機電設備之間的相互關系變得一目了然。

圖4 管架管廊

3.2.2 框架

對于框架1、框架2、框架3、框架4、框架6這些子項，Revit軟件還可以進行子項在全廠區的定位（見圖5），以及特定標高樓層的構件詳情檢查。

3.2.3 其他子項

在冷熱水站、搶救室1和搶救室2、壓縮機房、主變室、主控室及綜合樓等子項模型建立的過程中，呈現了Revit軟件的另一特色。對于結構專業，Revit軟件可以實現結構計算軟件盈建科、PKPM模型的無縫鏈接轉換，轉換后的Revit模型精準性與結構計算模型精準性一致，且可以第一時間檢驗與建筑專業的協調錯漏等問題。

3.3 機電專業

廠區管線縱橫交錯，重力管道沿程標高難以精確確定，極易發生碰撞，且廠區工程耗時耗資巨大，返工代價難以估量。廠房內移動設備比較多，靜態

沖突檢測方法無法對工藝設備移動線路中的沖突碰撞問題進行檢測。為很好地解決上述問題，在項目中采用BIM技術，使用Autodesk Revit系列軟件進行各專業的三維模型創建。通過基于BIM的Revit軟件平臺建立的三維模型具有區別于傳統二維圖形的特點，它的信息量更多，數據的傳遞也更準確、更廣泛，很好地解決了本項目的問題。

圖5 框架1、框架2、框架3、框架4、框架6在廠區定位圖

3.3.1 軸網定位

由于本項目的子項目較多，機電專業主要涉及的子項有冷熱水站、搶救室、壓縮機房、主變室、主控室等，我們首先為整個項目在總圖中做整體定位，然后再對每個子項進行軸網定位。

3.3.2 模型建立

機電專業分水、暖、電3個專業，根據各子項目軸網定位建立各專業模型。工作流程如下：

1）確定各專業設計方案；

2）鏈接建筑定位軸網進行軸網繪制；

3）鏈接各專業模型，進行機電專業模型搭建。

機電各專業部分模型見圖6、圖7。

圖6 主變室電纜橋架和電氣柜模型

圖7 冷熱水站暖通專業模型

3.4 工藝專業

項目工藝專業采用Autoplant軟件進行模型搭建，模型截圖見圖8。

3.5 專業整合

全專業模型完成后，導入Navisworks進行碰撞檢查。通過BIM軟件在三維空間上的優勢，將工藝、建筑、結構、給排水、暖通和電氣專業的模型結合起來，借助BIM平臺將各專業方案優化，并進行更好的各專業性能分析，充分發揮BIM的設計優勢。

4 項目總結

本項目工藝專業采用Autoplant軟件進行模型搭建，建筑、結構、水、暖、電、儀表等專業采用Revit軟件進行模型搭建，碰撞檢查和管線綜合采用Nawisworks軟件進行整合，最后采用Lumion3D軟件進行展示。

最終形成的BIM設計成果包括：烷基苯裝置項目的全專業模型文件；核查報告一份；漫游視頻一份；全專業施工圖。其中，模型文件里包含項目的所有族庫文件和樣本文件，可以當做標準模型為今后的項目所用。

4.1 項目主要收獲

本項目BIM設計的收獲主要有以下幾個方面。

1）探索了化工類項目如何將工藝專業和其他專業進行高度地三維整合，從而為今后此類項目應用BIM技術打好基礎。

2）通過該項目的實踐，對此類項目的BIM設計形成了一套全專業、可行的BIM流程。

圖8 工藝專業模型截圖

3）建立了化工類項目樣板，尤其是烷基苯裝置類項目的BIM資源庫，為今后的烷基苯裝置類項目的BIM設計提高效率，利用本次成果的標準化模型進行資源的深度整合，為今后的項目所用。模型文件即為成果文件，所有族庫資源包含在項目的樣本文件當中。

4）鑒于現階段AutoPLANT、PDMS等工藝軟件沒有開發與主流BIM軟件如Revit、MicroStation等直接的接口，本次項目設計也只能運用第三方軟件平臺，將各專業設計模型在Navisworks中進行整合，但由于工藝軟件沒有直接輸出導入的接口，所以此方法存在一定的項目信息丟失。

4.2 項目的改進和加強

今后，在工業項目進行BIM設計中，需要改進和加強以下幾個方面。

1）在BIM設計中，建筑施工圖設計能完成90%，結構施工圖設計能完成80%，機電施工圖設計能完成60%。在機電設計中，由于各種專業計算無法在BIM模型中反應，所以需要大量進行二維設計和三維設計，不斷地互補來進行設計工作，增加了機電專業設計難度與工作量，未來這也是軟件廠商需要積極面對的問題。

2）工藝設計軟件PDMS、AutoPLANT等，現階段沒有直接與主流的BIM、Revit、MicroStation等軟件進行輸入輸出的接口，在BIM設計工作中增加了專業跟專業之間溝通的難度，降低了設計效率，對于這一問題，還應積極與軟件廠商進行溝通。

3）BIM設計是一種三維的工作方式，在工作當中它的可視化、信息化，極大地加強了設計師對項目的控制力度，但是設計師由二維設計轉為三維設計，在施工圖出圖過程中又由三維設計轉為二維設計，這一過程無形中給設計師增加了巨大的工作量，這對未來普及BIM設計是不可取的。針對這問題，應不斷嘗試如何提高繪圖的速度和效率，利用現有的一些BIM插件來提高設計效率。

5 結語

未來工業設計項目采用BIM技術，需要逐步地標準化、系統化，編寫相關的工業工程設計信息模型標準來指導工作。目前，國家正在進行《制造工業工程設計信息模型應用標準》編寫工作，由于工業三維設計起步較早，AutoPLANT PDMS等軟件在專業上的應用發展較為成熟，所以對于工業設計可以采用兩條腿走路：工藝設計采用PDMS、AutoPLANT平臺；建筑、結構、機電專業設計采用Revit、MicroStation平臺。這樣能極大發揮各專業三維軟件的優勢，而未來重點考慮的就是如何將兩個平臺信息更有效地整合。工業項目設計以工藝為主導，與民用設計有著很大差異，未來開展工業項目設計需要加強工藝專業與建筑、結構、機電等專業的聯系，將工藝設計BIM軟件和民用BIM軟件更有機地結合，一起發揮BIM更大的優勢。

According to the characteristics of industrial engineering design project, the application of BIM technology is explored, and the application of BIM is summarized.

BIM；工業工程；烷基苯裝置；三維軟件；三維模型；工作流程

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