BIM技術(shù)在工業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

張 勇 王 堯 黨曉偉

中國(guó)三安建設(shè)集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710043

1、前言

近年來(lái)隨著BIM技術(shù)在民用房屋建筑應(yīng)用方向上取得突破性進(jìn)展，作為BIM技術(shù)的應(yīng)用者，在工業(yè)機(jī)電安裝類項(xiàng)目中涉及化工、制造、食品等多個(gè)領(lǐng)域[1]，開始嘗試多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)、結(jié)合生產(chǎn)工藝，建立相關(guān)工藝設(shè)備、工藝二次結(jié)構(gòu)、工藝動(dòng)力輔助設(shè)備管線的BIM模型，在項(xiàng)目開工前嘗試進(jìn)行工藝布局、物流通道、操作空間等與未來(lái)生產(chǎn)相關(guān)的生產(chǎn)模擬工作，通過(guò)各專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的精細(xì)化建造，提升工業(yè)項(xiàng)目的整體建造品質(zhì)。

2、工業(yè)項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

1） 專業(yè)全面、接口眾多

工業(yè)項(xiàng)目除廠房建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)外，還包括工藝生產(chǎn)所涉及的設(shè)備，以及與生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品管道、介質(zhì)管道、動(dòng)力管道和工藝二次結(jié)構(gòu)等多專業(yè)內(nèi)容，在整個(gè)BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中不僅要考慮建筑與設(shè)備的關(guān)系、還要考慮建筑與管網(wǎng)、設(shè)備與二次結(jié)構(gòu)、設(shè)備與管網(wǎng)之間的關(guān)系，因此在工業(yè)項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中并不是單一建模軟件就可以覆蓋全專業(yè)，而需要采用多軟件進(jìn)行各專業(yè)建模工作，在目前實(shí)施的項(xiàng)目中，主要采用Revit、Tekla 、Rebro等軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)建模[2]。建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)使用Revit來(lái)進(jìn)行建模，工藝鋼構(gòu)使用Tekla軟件進(jìn)行建模及節(jié)點(diǎn)深化，工藝設(shè)備和管網(wǎng)使用Rebro軟件進(jìn)行工藝設(shè)備建模布局以及工藝管線排布，利用多軟件協(xié)同，最終解決工業(yè)項(xiàng)目相對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目特點(diǎn)。

2） 工藝鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，荷載驗(yàn)算量大

工業(yè)項(xiàng)目中工藝設(shè)備受空間或流程限制，采取豎向布置，同時(shí)工藝設(shè)備往往載荷較大，就造成了與設(shè)備相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)要考慮設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)載荷以及震動(dòng)可能引起的結(jié)構(gòu)共振。因此主裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中[3]，利用工藝設(shè)備模型和鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行不斷推演優(yōu)化，確定最優(yōu)的工藝布局，同時(shí)進(jìn)行工藝鋼結(jié)構(gòu)荷載和穩(wěn)定性的驗(yàn)算，對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)，以保證最終滿足規(guī)范和使用要求。

3） 工藝設(shè)備種類多樣、建模工作量大

在各領(lǐng)域工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)中，涉及各種類型外形復(fù)雜的設(shè)備，各設(shè)備廠家不能提供完整的設(shè)備族。而完整精確的設(shè)備建模是各專業(yè)協(xié)同優(yōu)化的基礎(chǔ)和主要參照[4]。在設(shè)備族建模的過(guò)程中在保證各類型設(shè)備外型幾何尺寸的前提下，重點(diǎn)確保各接口部位的精細(xì)化和準(zhǔn)確定位，以滿足各專業(yè)協(xié)同優(yōu)化的需求。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中一些舊設(shè)備會(huì)依然使用，由于此類設(shè)備圖紙資料不齊全，需要對(duì)設(shè)備實(shí)際測(cè)量后進(jìn)行建模，過(guò)程中為控制測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，采用多次測(cè)量取平均的方法完成設(shè)備建模數(shù)據(jù)的收集。設(shè)備建模完成后，將不同種類的設(shè)備按照類別進(jìn)行分類編號(hào)，以供后續(xù)同類項(xiàng)目調(diào)用。

部分設(shè)備模型樣例

4） 工藝管線種類多、空間受限，深化設(shè)計(jì)難度大

在工業(yè)項(xiàng)目中公用和工藝管線眾多，受工藝結(jié)構(gòu)和配套附屬設(shè)施的限制，在有限的空間中工藝管線排布難度非常大。傳統(tǒng)項(xiàng)目往往由于前期規(guī)劃或施工過(guò)程中實(shí)施方案有誤，造成工程的大量返工和工藝管線布局散亂，因此在項(xiàng)目前期利用BIM技術(shù)對(duì)各類型管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在充分了解業(yè)工藝需求的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確掌握設(shè)備的能源需求，進(jìn)行管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證生產(chǎn)需要的同時(shí)兼顧管線布局的美觀合理性，篩選最優(yōu)路徑，確定最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在施工階段根據(jù)需要出具各專業(yè)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工圖紙。

3、工業(yè)項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用流程

在工業(yè)項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，第一步針對(duì)項(xiàng)目制定符合項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)的策劃文件，包括應(yīng)用過(guò)程中所使用的主要軟件、模型精度要求、應(yīng)用過(guò)程中所需的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，前期甲方提供的資料文件。第二步根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立相關(guān)專業(yè)的模型，整合各專業(yè)模型。第三步根據(jù)生產(chǎn)工藝制作整體工藝布局方案并與相關(guān)方進(jìn)行討論，確定最終工藝方案，在工藝方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)和空間管理工作。第四步主要是應(yīng)用成果輸出，包括設(shè)備布局圖、管線布局圖、支吊架布局圖、鋼結(jié)構(gòu)加工項(xiàng)目等于項(xiàng)目實(shí)施相關(guān)的成果文件。

4、工業(yè)項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程

1） BIM技術(shù)應(yīng)用組織與分工

根據(jù)策劃文件的要求，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)，制定BIM進(jìn)度計(jì)劃并配置相關(guān)資源。

廠房建模及深化：負(fù)責(zé)廠房模型建立，按照?qǐng)D紙精準(zhǔn)建立模型，并可為后續(xù)專業(yè)建模做好定位基礎(chǔ)。

鋼結(jié)構(gòu)建模及深化：負(fù)責(zé)利用Tekla進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)模型建立及優(yōu)化修改，使用YJK軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)主框架模型建立，交由設(shè)計(jì)院進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和荷載驗(yàn)算，待驗(yàn)算通過(guò)后進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化出圖。

公用工藝管線建模及深化：使用Rebro對(duì)主要設(shè)備管線、橋架、支吊架、消防設(shè)施等進(jìn)行建模，優(yōu)化設(shè)備布局、深化管線布局，并生成的管線平面圖布置圖、剖面圖、支吊架定位安裝圖，機(jī)加工圖等。

設(shè)備建模：負(fù)責(zé)所有設(shè)備建模，1:1還原設(shè)備外形，模型準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。并協(xié)助甲方完成通用設(shè)備的選型。

2） BIM技術(shù)應(yīng)用資料收集

收集完整的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)圖紙和設(shè)備模型資料，了解工藝系統(tǒng)，把握設(shè)計(jì)意圖；收集設(shè)備信息，明確安裝方式、安裝空間、維修空間、接口方式，進(jìn)行分類整理，為深化設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備；加強(qiáng)與工藝人員的溝通協(xié)調(diào)，確定各區(qū)域工藝流程，充分理解項(xiàng)目所在地的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，明確BIM模型標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求。

3） BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

（1） 土建專業(yè)和機(jī)電專業(yè)建模。協(xié)同各專業(yè)確定項(xiàng)目基點(diǎn)及標(biāo)高軸網(wǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖制作異型構(gòu)件族并按照規(guī)范命名與賦予材質(zhì)。合理利用剖面圖與參照平面功能處理標(biāo)高變化，按建筑與結(jié)構(gòu)兩大類項(xiàng)目使用樣板文件分構(gòu)件分類別創(chuàng)建建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)模型，使用鏈接與綁定功能實(shí)現(xiàn)建筑與結(jié)構(gòu)模型的整合。以整合的土建專業(yè)模型為參照，創(chuàng)建機(jī)電專業(yè)模型，最終實(shí)現(xiàn)模型的整體聯(lián)動(dòng)與成果輸出。

（2） 工藝設(shè)備與工藝鋼結(jié)構(gòu)BIM方案初步模擬，使用Rebro軟件建立設(shè)備模型，并初步確定設(shè)備布局，再利用Tekla進(jìn)行工藝鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。過(guò)程中根據(jù)工藝需求，調(diào)整優(yōu)化設(shè)備及配套工藝鋼結(jié)構(gòu)布局，通過(guò)優(yōu)化比選確定最優(yōu)的方案。

（3） 設(shè)備布局及配套工藝鋼結(jié)構(gòu)方案確定后，使用YJK進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，待驗(yàn)算通過(guò)后導(dǎo)入Tekla進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，包括節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)、加設(shè)樓梯扶手等。

（4） 根據(jù)定案的設(shè)備和工藝結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行工藝管線和支吊架的排布等綜合設(shè)計(jì)，并形成最終的全專業(yè)整體模型。

（5） 根據(jù)最終版模型，進(jìn)行相應(yīng)的成果輸出和應(yīng)用。主要輸出成果包括：工程量統(tǒng)計(jì)；設(shè)備基礎(chǔ)平面圖、設(shè)備安裝平面圖、工藝鋼結(jié)構(gòu)的安裝圖、預(yù)留預(yù)埋孔洞圖、支吊架排布圖和加工圖、管道系統(tǒng)圖等圖紙。

5、結(jié)束語(yǔ)

1） 在工業(yè)項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)多軟件協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了工藝方案的優(yōu)化，有效減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，使項(xiàng)目各參與方能更有效的協(xié)同工作，提升項(xiàng)目管理效率。

2） 在項(xiàng)目施工階段，實(shí)現(xiàn)了工程量統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工出圖、機(jī)電管線預(yù)制加工、現(xiàn)場(chǎng)的三維可視化交底、施工進(jìn)度和成本的管控等應(yīng)用，在項(xiàng)目的安全、質(zhì)量、工期、成本等方面發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢(shì)。

3） 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中將YJK 和Tekla軟件兩者有機(jī)結(jié)合，在保證復(fù)雜工藝結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和施工安全性、可靠性的同時(shí)，減少了二次建模。

4） 為各專業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)備族庫(kù)的擴(kuò)充和開發(fā)積累了數(shù)據(jù)信息和經(jīng)驗(yàn)。

5） 對(duì)比傳統(tǒng)的“邊施工、邊設(shè)計(jì)、邊修改”的施工模式，運(yùn)用BIM技術(shù)多專業(yè)協(xié)同和三維可視化模擬，探索出一條“BIM+設(shè)計(jì)”的新模式，為工業(yè)項(xiàng)目的升級(jí)改造提供了有效的技術(shù)支撐和保障。