BIM在潔凈廠房設計和施工中的應用

汪詩敏，朱磊森，唐國強

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

目前，現代電子產品的生產行業相比于傳統的制造工廠，其生產工藝技術對車間的環境要求更加嚴格。比如，集成微電子產品的生產必須在潔凈廠房內進行，其建筑面積大，同時需要配置純凈水、冷凍水、特氣和通風空調等系統，因此與該廠房配套的設備、管網及布線施工比較復雜。在潔凈廠房建設過程中，對相關人員做好空間管理、施工管控和掌握施工進度等工作是對建設單位管理能力的挑戰。BIM模型本質上是數據收集、處理、分析的工具，該模型包含工程建設全過程的各類信息，通過對數據進行處理和分析后，進一步實現三維展示、虛擬情景演示、綜合能源規劃、能耗分析等，有利于各參建方協同合作、數據共享、溝通交流、成本控制。提高了項目工程物料、人力及設備的使用效率和經濟效益，提高了工程的生產效率，同時達到了節約項目成本和縮減施工工期的目的[1]。

2 BIM技術應用原理

在建筑工程進行設計時，傳統的建筑設計基本采用CAD繪圖軟件，通過該軟件對建筑、結構和暖通以及通風空調系統進行設計，之后生成二維平面圖紙，可視化效果較差，如圖1。建筑項目中應用BIM技術，可以對整個建筑行業的管理流程進行優化，加強整個建筑管理系統的各上下級、各平行工序之間多維信息溝通和數據流處理的效率，進而使整個項目工程的管理趨向數據化、可視化、具體化[2]。

圖1 CAD軟件建筑圖紙

2.1 項目的設計階段

目前，常見的集成微電子產品的生產廠房建筑布局為回字形，建筑四周一般為配套設備區域，包含空調系統機房、變配電設備區域、材料倉庫、制氣設備區、廢棄和污水處理區域等功能，建筑的中央區域為廠房的核心生產車間，主要包含各種技術工藝生產和產品核心制作區域等。在微電子產品的生產運行過程中，建筑四周的不同配套系統設施為建筑中央核心生產區域提供了輔助服務，進而滿足核心區域日常生產的各類物資供應。

建筑項目中，機電配套系統相對復雜，因此在設計階段需要統籌協調各個系統，確保各個系統的匹配性，為其相互協調工作提供保障。通過BIM技術的應用可以對管網配套系統進行深化設計，實現各個系統協作運營的目的?；贐IM技術，設計人員對建筑的結構、電氣、水、通風空調等多個系統進行參數化建模，并通過所建立的模型對各系統進行數據分析，例如，對建筑的節能環保設計、照明設計、潔凈送風設計等環節進行分析研究，對各個系統的運行參數進行預測，判斷其是否符合相關設計標準。經過上述操作，相關設計人員可以對設計方案進行檢查，對設計中可能存在的缺陷和沖突之處進行快速定位，并對相關專業設計進行調整和優化，確保設計方案與設計理念的一致性，提高整套系統的設計質量和效率[3]。同時，通過BIM技術搭建的參數模型，以三維立體模型的方式向業主和施工單位進行可視化展示，并提出相關設計需求和建議，提高設計效率。

2.2 項目施工的安裝階段

項目的機電安裝工程是潔凈廠房的重點施工內容，主要包含管網施工、電氣布設、通風空調和潔凈送風系統的施工等內容，其施工的主要環節有設計方案交底、設備采購和倉儲、現場交叉作業、竣工驗收和現場總協調等。以集成微電子產品生產廠房標配的萬級凈化施工為例，該類凈化廠房工程施工的主要流程為：對現場施工作業班組設計進行技術交底→施工物資材料預算及采購→現場所需物資材料進場→各個專業現場測量、放樣→預制風管構件的制作→施工現場墻面及屋頂涂刷→電氣、管道、風管橋架等系統的安裝→地面涂刷工程的施工→彩鋼板組立及安裝→吊頂安裝→電氣、照明、智能控制、排風送風、消防系統的制作安裝→天花板和墻壁裝飾工程施工等。潔凈廠房工程在不同施工階段相互交叉作業，需要多個專業協同配合，同時基于BIM技術可以對現場施工過程進行模擬預演，實現宏觀整體的可視化，實現對現場施工過程的管控。

2.3 項目施工的關鍵環節

2.3.1 施工現場技術交底

項目施工前，施工單位會組織相關專業人員進行施工圖紙的設計研究，并且結合其專業優勢熟悉施工設計方案，之后對其存在的問題進行匯總。該類潔凈廠房的施工重點主要在于機電安裝部分，機電工程的安裝主要是各系統的電氣布置和管道空間的管理，例如電氣管網（弱電控制布線、強電電路），水路管網（冷凍水、純凈水和消防噴淋水管網），特制氣體管網（特氣、壓縮空氣、PN2、GN2）等施工環節[4]。在對機電工程的管網環節進行施工時，相關人員應嚴格按照相應的施工規范進行現場作業，并且對管網的施工空間和預留空間做好后期的規劃設計，方便現場施工及后期的建筑運維工作。基于BIM技術搭建的三維可視化模型，可以直觀形象地展示整套系統的管網走向分布，還可以動態化地對機電工程管網施工的全過程進行模擬預演（如圖2所示），進而及時發現設計和施工方案中的缺陷。

圖2 BIM技術管網模型建立

2.3.2 施工進度計劃管控

施工進度計劃管理是工程項目管理內容中最重要的環節，基于施工進度計劃管理可以更好地執行相關物資計劃、設備材料進場、資金計劃等內容。傳統的施工進度計劃管理一般采用甘特圖流程管理方法，以BIM技術所搭建的項目參數模型，將進度計劃與現場生產數據相結合，并加入時間參數，實現現場施工進度的模擬展示，之后，通過數據分析得出資源配置圖，指導現場的工序搭接、材料供應等施工，不僅可以掌握現場實際進度，還可以實現施工進度的偏差管理，并對偏差進行糾錯。

2.3.3 項目施工現場管理

在潔凈廠房的施工現場，多專業施工環節交叉或同步進行施工，同時，大量的機械設備系統需要同時作業，通過采用BIM技術可以更好地對現場施工方案進行研究，并合理調配現場中人、料、機等施工資源，提高施工現場的資源利用率?；贐IM技術的可視化和動態模擬功能，可以進一步對項目工程的施工過程、場地布置進行可視化模擬，實現對施工現場的加工制作區、材料進場區、辦公及生活區域的路線、場地等需求的合理布置[5]。同時，施工現場中各個專業需要交叉或同時進行施工作業，因此，基于BIM技術進一步協調好施工現場各參建方的進度安排和管網工程的施工作業，例如對電力管線、消防管道系統進行施工時，通過采用BIM技術建立相關參數模型能夠直觀展示各個工程的作業空間，避免出現現場施工環節相互沖突的現象，造成二次返工或者停工，加大了項目的成本投入。此外，通過BIM技術搭建的現場參數模型，可以直觀展示現場施工的各個細節，精準識別施工現場的安全隱患和質量問題，并且為相關質量和隱患安全給予治理優化建議，為建筑的施工安全和質量安全提供保障。

2.3.4 項目成本計劃管理

基于BIM技術所搭建的模型不能直接生成數據，而是基于對項目中相關參數進行分析和計算后，生成各種工程成本的明細表，例如根據參數模型可以生成工程量的明細和設備材料的明細表，之后通過關聯相關設備材料的定價目錄，實現項目工程的造價預算。在項目的施工過程中，經常會出現施工方案及各類施工計劃的動態調整和部分變更，因而，通過BIM技術可以實現對各種信息數據的采集，之后將其與施工進度計劃進行對比，對不合理的現場及時進行改正，提高項目的成本控制效率。

2.4 竣工驗收階段

在項目進行竣工驗收的過程中，傳統的做法就是施工單位將各類文檔、圖紙、報告等項目資料移交給業主，但是由于項目數據的資料較多，該方法效率較低。而BIM技術作為一種先進的信息參數模型，涵蓋了整個工程建設施工全過程的數據信息，具有明顯的技術優勢。相關施工單位將現場相關數據，以及工程簽證、設計變更等文件錄入模型系統，可以進一步提高工程竣工結算的效率。在工程進行交付時，BIM技術具備整個建筑建設過程中的設計圖紙、文檔資料、模型文件等數據，并且業主還可以將其他相關信息錄入BIM信息平臺，實現數據、資料的無紙化、節約化管理[6]。項目工程的運維階段不僅可以直接查閱工程信息，還可以記錄運維檢修信息，形成一個項目查閱、變更及信息共享的完整數據庫。

3 結語

綜上所述，潔凈廠房項目在建設施工中，通過采用BIM技術，提供三維可視化模型、動態模擬預演，可實現對整個項目從勘察、設計、施工到竣工的全過程數字化管理。此外，還可以在項目的工程造價預算、工程量和清單統計、工程質量和竣工移交，以及后期運營、維護、管理等多個施工方面為業主提供高效率的增值服務。