BIM技術在集裝箱制作過程中的應用研究

□ 費 楊 韓寧寧 鞠詩卉 李國文

1 引言

隨著信息化水平的不斷提高，數字化設計在各類工程中扮演著越來越重要的角色，近年來，BIM技術憑借獨特的優勢在行業中脫穎而出[1]。自BIM技術引入中國以來，其功能被國內從業人員不斷開發，到現在被廣泛地應用于實際項目中，然而它在一些小型工程項目中的應用還存在許多不足。本文通過BIM技術在集裝箱項目中的實際運用，研究在模型設計、施工管理方面行之有效的BIM技術路線，為更多集裝箱項目工程的設計應用提供參考[2]。

2 工程概況及特點

2.1 工程概況

某公司批量制作集裝箱，以其中一集裝箱項目為例，該集裝箱屬于陸運集裝箱，箱體外尺寸為15400mm×2900mm×3170mm，箱體內尺寸為15240mm×2810mm×2995mm，箱體側板為1.2mm、屈服強度700MPa的高強鋼波紋板，箱體頂板由1.2mm的鋼壓型板組成，以保證頂部的強度及良好的排水功能、防腐性能；箱體地板是21mm純竹地板。

2.2 工程特點

集裝箱具有環保性、易拆卸運輸、堅固耐用等特點，在如今的快節奏時代，集裝箱行業的發展前景可觀。公司將集裝箱與運輸車的底盤進行組裝，根據需求方的需要，提高集裝箱的質量，使集裝箱內部使用空間最大化。同時，為了能夠讓購買方直觀地了解所購買的產品，從集成各種數字化模型的數據庫中選取類似的集裝箱二維圖紙創建三維模型，并將其運用于項目的全生命周期。公司同時作為集裝箱項目的設計方、施工方以及建造方能夠更加有效地實現協同管理，發揮BIM技術更大的優勢，高效地完成作業，實現利潤的增加。

3 BIM技術的應用

3.1 BIM技術路線

3.1.1 BIM概述

BIM技術以數字仿真虛擬化系統為基礎，集成建筑工程項目的大量數據信息的工程數據模型，也稱建筑信息模型，能夠對工程項目各個階段功能特性進行數字化表達，為模型提供完整的建設工程信息數據[3]。BIM可以用于建筑物的各個階段，包括設計、施工、運營等方面，貫穿工程項目全生命周期過程。

3.1.2 設計流程

本工程的BIM應用與項目的設計共同推進，在設計開始前需要有清晰明確的設計目標。作為BIM設計人員，應全面了解圖紙，熟悉項目的各個階段流程。隨后，利用BIM建模軟件完成BIM基礎模型的設計，在設計過程中要求完成定期碰撞檢查以使模型更加完善。最后，通過軟件呈現模型全貌，完成模型的圖紙及工程量的輸出，并借助專業軟件對模型進行動態漫游，交底投圖，最終完成模型的交付，見圖1。

3.2 BIM設計

3.2.1 三維模型的建立

將數字化建模與已有的項目相結合，具體落實到集裝箱項目中，把已有的集裝箱項目二維模型轉化為三維模型。由于集裝箱箱體包含許多較為復雜的構建，應用Revit軟件（BIM技術建模軟件之一）在族中創建模型更為簡便。先在Revit軟件中創建族，隨后在常規模型中開始繪圖。

（1）箱體圍護結構各個構件的三維模型創建。箱體圍護結構包括瓦楞板、箱門、底板。

圖1 設計流程

瓦楞板的繪制。運用拉伸命令，依照構件外形設置不同的參數繪出板的形狀輪廓，在編輯輪廓時應注意輪廓線是否處于閉合狀態，編輯完成后對其進行拉伸，如圖2所示。

集裝箱門構建較為復雜，門上附有各種零件，在沒有專門的模型塊的情況下，運用拉伸、放樣等命令構建形狀輪廓較為煩瑣的零件（如螺絲鋼板，把手等），實現參數化控制，以得到真實清晰的模型外觀。創建時依照要求設置相應構件的材質及外觀顏色，如圖3所示。

圖2 瓦楞板

圖3 集裝箱門

底板（梁、地板等）的構建。集裝箱底板主要由若干縱、橫梁以及地板組成，應用拉伸及空心拉伸的命令創建鋼梁、地板及地板上的螺栓孔模型。要求在屬性設置無誤的基礎上，保證數量的正確，以確保能夠從精確的模型中提取工程量[4]。如圖4所示。

圖4 集裝箱底板

（2）箱體的裝配。在繪圖過程中，將模型中定量數據信息變量化，可任意調整其屬性中的參數，賦予其不同的數值，從而能夠得到各種大小、形狀不同的零件[5]。在模型創建的整個過程中，觀看者可以隨時從不同的視角觀察模型。與傳統的二維繪圖軟件相比，使用Revit軟件時，操作更加簡便流暢，且其呈現的三維模型更為真實，表現效果更加直觀，如圖5所示。

圖5 箱體

3.2.2 Revit動態漫游與交底投圖

Revit軟件為三維模型提供了可視化功能，它是BIM平臺展示設計成果的重要形式之一。我們可以通過動態漫游直觀地看到集裝箱的主體外觀，查看箱體的各個轉角處以及箱體內部，以此來判斷模型是否存在缺陷，從而實現可視化管理。

在創建漫游時，我們需要在平面視圖內繪制適合的路徑，以便更好地觀察模型。我們可以創建兩個模型的動態漫游，以分別觀察模型的內外兩個部分。在繪制內部漫游路徑時，需要將關鍵幀放置到箱體內部轉角處，以集裝箱后門為入口，調整相機角度，有利于直觀地展示箱體內部結構。外部漫游路徑也同樣，設置合理的相機角度，由遠及近，由上而下，環繞箱體設置關鍵幀[6]。

通過漫游發現問題并對模型修正后，在軟件中創建剖面、立面二維圖紙，完成圖紙修訂。技術人員根據圖紙內容對施工人員在工作技術、質量要求、工作方法及措施等方面進行技術指導，施工人員隨之依照二維圖紙下料制作。如圖6、圖7所示。

圖6 集裝箱剖面圖

圖7 集裝箱立面圖

4 施工管理

接到訂單后，設計師會根據客戶意愿進行BIM數字化模型創建，以此模型為基礎與客戶進行深入交流，達成共識，形成書面修訂意見。根據修訂意見，進一步深化設計，優化模型，并經用戶最終確認。依據確認模型進行投圖、輸出集裝箱全套加工圖，以便工廠的施工人員進行加工。

4.1 質量控制

對于集裝箱加工項目而言，關鍵節點的安裝尤為重要，一旦安裝質量出現問題，導致關鍵節點預應力不達標，鋼結構受力不均勻，則會破壞箱體整體結構的穩定性。基于此，可以利用BIM的預建造技術，將箱體各個關鍵構件進行組裝模擬，并進行受力分析，確保各個構件的加工質量及箱體組裝質量。在構件加工及箱體組裝過程中，相關技術人員借助BIM數字化模型適時提供指導，從而有效控制關鍵節點的安裝質量[7]。

4.2 成本控制

傳統的項目建造，在設計階段無法預判各個構件圖紙設計偏差，因此難免造成各個偏差累計，從而造成無法修訂的錯誤。應用BIM技術的Revit建模軟件，對模型的各交叉點進行碰撞檢查，在施工前發現問題，及時修正，從而減少設計變更，有效地節約成本[8]。同時，BIM模型豐富的參數信息能夠在不同的階段實現多維度的成本分析，由此實現有效的、具有針對性的成本管控。可將含有成本信息的BIM模型導入BIM5D平臺中，應用BIM5D對整個工程成本進行動態分析與管控[9]。

4.3 工期控制

BIM技術運用參數化設計理論，在規劃以及設計階段建立數字化信息模型，有效提高施工技術水平。設計者通過BIM技術對箱體進行參數化建模，根據參數化模型給施工人員提供更加科學的施工方案。施工時以BIM技術作為指導，能夠大大降低工作量，不僅避免了資源的浪費，同時達到了縮短工期的效果。

5 BIM技術應用于集裝箱項目中的前景展望

目前大型集裝箱項目全壽命周期中不確定因素較多，為克服這些缺點，在項目的設計、建造和運營中應用BIM技術進行管理。利用計算機技術建立BIM數字化模型，對集裝箱的幾何信息、功能信息、管理信息以及相關數據信息進行數據集成與一體化管理。

應用BIM技術檢查交叉點碰撞，提前發現存在的問題，可以有效地減少圖紙的變更，從而在節約時間和材料的基礎上，完成模型的優化，使時間和材料得到最大化地的利用。BIM技術在集裝箱上的應用，將為運輸業的發展帶來巨大效益，使規劃設計、工程施工、運營管理乃至整個工程的質量和管理效率得到顯著提高。

6 結語

應用Revit創建各類構件，輔以Sketch Up（草圖大師）完成所有模型的創建，并應用ESCAPE進行產品的渲染。在設計過程中，針對BIM技術各個軟件之間模型互導困難問題進行多次探討和嘗試，最終采取利用中間格式實現不同數據的轉換。可見，BIM技術與集裝箱項目生產相融合的實踐為集裝箱的快速生產以及集裝箱行業的良性發展提供了新思路[10]。