BIM技術在糧食加工儲藏項目中的應用研究

唐玉姣

摘要：BIM 技術通過計算機三維數字模擬將建設項目在全生命周期中各類信息整合，為參建各方提供同一個公共協作平臺，實現可視化管理、信息交互和共享。糧食加工儲藏項目具備特定生產工藝流程，配備設備設施及輸送管線，集土建安裝工程為一體，對生產環境有具體要求。本文分析了BIM技術在糧食加工儲藏項目中的應用優勢;以控制目標與控制階段為兩個管理維度，梳理BIM技術質量、成本、進度、風險管理以及項目策劃、實施、運營階段的應用功能;探討BIM技術在糧食加工儲藏項目中的推動主體。

關鍵詞：建筑信息模型技術 糧食加工儲藏 項目管理 應用研究

一、BIM技術應用優勢

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術是應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，通過對建筑的數據化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行信息共享和傳遞，協助工程技術人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，為各方建設主體提供協同工作的基礎，從而提高生產效率、節約建設與運營成本，是全球信息化時代背景下建筑業轉型推動力。BIM技術信息存儲結構具有多元化特征，以參數化建模作為創建模型的核心技術，以聯合數據庫的分類模型作為模型系統的實現方法，以通用數據交換標準作為系統間信息交換的基礎，實現技術跨組織性、內嵌高度任務相依性及外源非定制性實踐特質[1]。

BIM技術因其卓越特性，在全球范圍推廣，我國住房城鄉建設部也明確其在建筑業中發展需求及方向。“十二五”期間，基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型（BIM）、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設，促進具有自主知識產權軟件的產業化，形成一批信息技術應用達到國際先進水平的建筑企業的總體目標[2]。“十三五”時期， 全面提高建筑業信息化水平， 著力增強BIM、大數據、智能化、移動通訊、云計算、物聯網等信息技術集成應用能力， 建筑業數字化、網絡化、智能化取得突破性進展， 初步建成一體化行業監管和服務平臺， 數據資源利用水平和信息服務能力明顯提升， 形成一批具有較強信息技術創新能力和信息化應用達到國際先進水平的建筑企業及具有關鍵自主知識產權的建筑業信息技術企業的發展目標[3]。

在糧食加工儲藏項目中應用BIM技術，通過對多維模型信息集成，使建筑各參與方彼此透明的取用和更新模型信息，打破專業與主體壁壘，降低溝通障礙，減少錯誤與風險，是實現運用現代管理手段提升項目管控能力及效率的具體方式，是對國家建筑業信息化發展政策要求的切實響應。

二、BIM技術在糧食加工儲藏項目中應用維度

BIM技術利用數字模型進行項目設計、施工和運營管理，高度整合其應用牽涉到的項目參建各方主體、全目標對象、全生命周期階段、新技術方法、涉及項目全過程方方面面，信息是多維化的。糧食加工儲藏項目涉及專業面廣、專業化程度高、建設隊伍水平差異大等特點，BIM技術應用不宜復雜化。項目實施主體包括投資單位、建設單位、勘察設計單位、施工單位、監理及咨詢單位、政府監管部門等，鑒于BIM技術是資源整合的單一模型，各單位共同分享同一個模型，為降低管理難度，從實施主體上簡化維度，可將各主體視作同一主體。應用期間只需在不同控制階段下，針對不同控制目標選取對應的BIM技術使用。

基于文獻分析，本研究以管理對象與時間為線索，形成BIM技術在糧食加工儲藏項目中應用的控制目標與控制階段兩個維度。按工程管理理論將控制目標以對象屬性分為質量、成本、進度、風險四類，控制階段以時間屬性分為項目策劃、項目實施、項目運營三階段。在此二維模式下，通過文獻梳理結合糧食加工儲藏項目實際，得出BIM技術在糧食加工儲藏項目中的具體應用功能，如表1所示。

三、BIM技術在糧食加工儲藏項目中應用功能分析

從BIM技術在糧食加工儲藏項目中的應用功能表（表1）可見，BIM技術應用涉及到多方面因素，在此重點分析建筑性能與危險源辨識兩種功能。

（一）建筑性能分析

建筑性能分為熱工、噪聲、風環境、日照、能耗、舒適度等，糧食加工儲藏項目對建筑環境性中溫度環境有相應需求。倉儲糧堆因倉外環境、倉體結構及糧堆內部的生物和非生物因素的共同作用引起糧堆局部的結露、發熱、蟲害、霉變等，給糧食安全儲藏帶來大量損失，而其中蟲害和霉變是影響糧食儲藏的主要因素，造成蟲害和霉變的重要原因是糧食倉儲環境的溫度和濕度[4]。糧食儲藏過程中，由于脂肪比蛋白質和碳水化合物更易于水解，游離的脂肪酸在糧食中首先出現，使玉米的耐藏性變差，特別是環境條件適宜時，儲藏霉菌開始繁殖，分泌出脂肪酶，參加脂肪水解，使糧食中的游離脂肪酸增多;而且儲藏時間越長，溫度越高，則脂肪氧化速度越快，游離脂肪酸增加越快[5]。稻谷作為我國糧食儲備的主要品種之一，在儲藏過程中會受到儲藏環境的溫度、濕度、倉房條件等諸多因素的影響，導致其儲藏品質和食用品質下降，甚至失去食用價值[6]。

利用BIM技術，基于Ecotect模擬分析軟件中Weather Tool功能建模，或利用Revit軟件建模后導入Ecotect，可進行建筑熱環境分析。分析室外環境擾動作用下如區域氣溫、太陽輻射強度作用于建筑圍護結構后通過傳熱形成的熱環境參數;分析室內設備、散熱方式對室內熱環境的直接影響。利用Weather Tool功能可使用中國建筑熱環境分析專用氣象數據集，比對不同區域氣象數據。利用Weather Tool功能設置不同模型材質的傳熱系數、太陽吸收系數、衰減系數，再引用結構設計對模型熱環境影響數據，可為深化設計提供依據。Weather Tool功能還提供逐時溫度分析，該項模擬可以分析每個區域某一天內逐時的溫度變化，并按日期推移可作全年溫度變化分析。

經過BIM技術分析后可得出不同區域選址建廠、使用不同建筑材料及體型情況下某一時點及一段時長下的倉內環境溫度，結合糧食加工儲藏項目對糧食溫度控制的具體要求可以將溫度控制提前到項目選址階段，為項目策劃提供依據，從源頭上解決糧食環境溫度問題，從長久能耗分析上降低項目運營后的后期投入及風險損失。

（二）危險源辨識

《國務院安委會辦公室關于2018年上半年全國建筑業安全生產形勢的通報》（國務院安委辦函〔2018〕67號）指出，建筑行業事故總量連續九年排在工礦商貿事故第一位，事故起數和死亡人數連續兩年雙上升，其中房屋建筑及市政工程領域事故率較其余領域更高。企業主體責任不落實是事故發生的主要原因。建設、監理單位未嚴控監管，施工單位安全生產紅線意識不牢，建設各參與方界限不清、職責不明以致現場管理混亂均是事故的成因[7]。

糧食加工項目按內容分有面粉、大米、油脂和雜糧加工等，主體建筑按功能分有生產車間、原料庫、成品庫、辦公用房等。施工涵蓋土建及大型設備安裝，工程內容繁雜，工種交叉作業，施工人員素質參差不齊，具有安全隱患。利用BIM技術可實現危險源自動辨識與安全教育可視化。

現有研究開發基于BIM的集成框架的設計安全功能，該框架在BIM模型中包含了施工階段防止高空墜落風險的相關信息，用于BIM模型中施工計劃模擬，以優化生產和安全調度。建筑的BIM模型在Revit軟件中進行了詳細開發，設計了建筑的WBS工作分解結構并進行施工規劃模擬，這種模擬和可視化可以識別由現場限制、施工順序和臨時結構、不同活動、人力和機械共存造成的危險和風險[8]。研究開發用于BIM綜合安全風險評審的安全知識庫，提出一個結構化的基于規則的DFS（安全設計）知識庫，提出智能BIM集成風險評審系統，為設計者提供危險源辨識知識，并開發風險登記系統，用于跟蹤剩余風險[9]。

通過BIM技術的應用，為不具備施工現場安全管理經驗的設計師提供安全審查輔助，可將危險源辨識提前到設計階段。基于系統主動辨識危險源，通過在設計階段更換方案、替換危險較大構件方式消除隱患，用DFS知識庫和智能風險審查系統從根源規避風險。對剩余風險在設計模型中標識，以BIM模型共享傳遞向施工階段，使用虛擬施工技術模擬建造過程，形成可視化安全教育資料，能最大程度上保障糧食加工儲藏項目施工安全。

四、BIM技術應用推動主體

BIM技術應用關系最為密切的主體有建設單位、設計單位與施工單位。建設單位從項目策劃到項目運營終止的全生命周期時段內，均可應用BIM技術，尤其糧食加工儲藏項目建設工程投資初始階段短，后期設施管理及生產運營期長，BIM技術應用具有延續性。設計單位出圖是BIM技術應用的初始階段，掌控著BIM技術應用的初始水平，便于提供質量穩定的技術支持，在項目實施階段同時肩負變更職能，管理期限覆蓋實施期。施工單位是BIM技術應用的核心單位，需要使用實際數據及時更新模型，但其也有缺乏推動動力、介入項目階段遲、建模專業水平低的特點。為保障BIM技術有力推動及維持較高應用水平，可采取建設單位推動與設計單位推動兩種模式。

（一）建設單位推動

建設單位是BIM應用最大的受益方，這一點得到建筑業普遍認同，因此，建設單位在應用BIM技術中最具驅動力。由建設單位推動要注意適宜應用BIM技術的項目規模與承發包模式。

BIM技術需要團隊力量與資本投入，為實現BIM技術期望效益最大化，可就不同規模糧食加工儲藏項目應用BIM技術的成本與效益進行分析。通過投資額或設備價值進行測算，得出應用BIM技術效益的臨界值;通過項目類型與建筑面積進行測算，得出適用BIM技術的面積臨界值。臨界值應使用直接經濟投入外加管理費用折算為衡量基礎，作為建設單位決策使用BIM技術詳細程度的依據。

BIM技術應用要配合適當的合同關系，高透明度的BIM技術應用將降低建設單位成本同時減少施工企業利潤。在各參建方效益博弈下，建設單位應當在自身利益最大化的同時，選擇合適的承發包模式以降低施工企業負擔，形成良好的合作環境，推動BIM技術的廣泛應用。若采用成本加酬金合同模式，可通過分析應用BIM技術后建設單位成本降低額作為增加酬金額度依據。

（二）設計單位推動

建設單位專業化程度較低，缺少系統的建設知識體系，應用BIM技術易出現技術壁壘，由設計單位牽頭推動可克服專業性難題。尤其當使用EPC工程承發包模式時，采用設計施工采購一攬子合同，由于施工企業與設計單位是聯合體，有助于提升BIM技術的整合性。

由于BIM效益主要源于能效分析、設施維護、減少返工和沖突檢測，大部分由建設單位與承包商獲得，設計人員在采用新技術方面產生投入，需要培訓員工有效地操作該技術，增加工作量，設計團隊將為額外工作和交互性數字信息格式的高質量設計收取更高的費用[10]。設計單位推動模式下為實現BIM技術可持續發展，建設單位必需合理的增加設計費，以形成推動力。

結 語

BIM技術應用除直接經濟效益外，更兼具質量管理與設施管理的優越性。具有實時數據訪問、信息更新、沖突檢測、能耗分析及控制、安全與應急管理、建筑資源動態管理等多種功能，共同形成運營成本高效化，決策資源動態化，協作工作靈活化的工作環境。應用現代化管理手段BIM技術在糧食加工儲藏項目上實現高效精準的管理勢在必行。

參考文獻：

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[7]國務院安委會辦公室.國務院安委會辦公室關于2018年上半年全國建筑業安全生產形勢的通報（2018）67號， 2018.

[8]Rodrigues F， Estrada J， Antunes F， Swuste P. （2018） Safety Through Design： A BIM-Based Framework. In： Calautit J， Rodrigues F， Chaudhry H， Altan H. （eds） Towards Sustainable Cities in Asia and the Middle East. GeoMEast 2017. Sustainable Civil Infrastructures. Springer， Cham.

[9]Md. Aslam Hossain，Ernest L.S. Abbott，David K.H. Chua，Thi Qui Nguyen，Yang Miang Goh. Design forSafety knowledge library for BIM-integrated safety risk reviews[J]. Automation in Construction， 2018， 94：290-302.

[10]Dariusz Walasek，Arkadiusz Barszcz. Analysis of the Adoption Rate of Building Information Modeling [BIM] and its Return on Investment [ROI][J]. Procedia Engineering， 2017， 172（Complete）：1227-1234.

（作者單位：西南石油大學、四川省糧食學校）