BIM技術在工業生產線的應用

許鑫 張樂峰 楊雄英

北京首鋼國際工程技術有限公司 北京 100043

引言

BIM技術的核心理念就是收集整理建設工程的多方面信息，基于其數字化的基礎，利用BIM軟件，將所有需要的信息整合到一個三維模型中，從業人員利用其可視化、集成化的特性，在同一軟件平臺的基礎上，科學地管理建筑相關的信息。在近些年的不斷發展中，BIM技術漸趨成熟，已經在世界建筑行業廣泛應用。然而，BIM技術在工業生產線上應用較少，特別是在工程總承包這種“交鑰匙”工程上的應用更少。

我公司總包的某線材軋鋼生產線改造項目中，為了降低建設成本、減少設計錯誤、推進施工進度，利用BIM技術進行設計、施工管理和費用控制，有效地降低了施工成本和建設周期，將總的費用控制在合理范圍內，提高了總的利潤率，顯示出BIM技術在軋鋼生產線建設上發揮著重要作用。

本軋鋼項目是在原有高速線材生產線的基礎上進行改造，使其既可以生產高速線材，又可生產高速棒材。主要改造內容是在原廠房內成品跨增加西馬克高速上鋼系統、步進式9.5m冷床、850t冷剪、移鋼裝置、收集裝置、打捆機和成品臺架等設備。需要在原廠房內部分破除，并新建土建基礎，加長鋼構廠房，設備設計、供貨、安裝、調試以及公輔設施設計安裝調試等分項。在工程總承包模式下將BIM技術融入設計、制造、采購、施工、驗收、費控等各個階段，充分發揮BIM技術的優勢，最大幅度增加總包單位的利潤。在本項目中，設計人員利用BIM技術把建筑項目中涵概的多種需求要素、信息特征，在統一平臺上進行三維建模。而施工、采購人員根據三維模型可直接讀取其包含的信息，從而對施工過程、物料進行精細化管理。BIM技術以其信息完整性、可視化、可協調性的特點，把項目所需的設計部門、施工部門、投標部門以及模型建立部門有機地結合在一起，最終實現精細化管理的目標[1]。

1 BIM技術在建設項目的應用

1.1 設計階段

在設計階段，在設計經理的統一調配管理下，各個專業在同一平臺下進行各自的設計工作。棒線材軋鋼生產線土建基礎復雜，土建圖紙上涉及專業、人員較多，在傳統平面圖紙上進行表達線條錯綜復雜，設計人員難免會出現設計錯誤。在軋鋼設備不允許進行大改動的前提下，土建專業根據各個專業所提資料做出初版設計方案，流體、電氣、自動化、水道、總圖等專業在此框架下進行詳細設計。

因為BIM技術具有協同性的特點，所有專業進行的設計都能夠在三維圖上直觀地展示出來，自動求解干涉，便于設計人員查找設計錯誤，并且對設計進行優化。用更加直觀的3D圖像和圖形，對生產線進行更加形象的模擬，通過這些直觀可見的模擬，讓項目的各個參與者對項目的設計意圖進行更加有效的理解、溝通，比起傳統CAD圖紙更加容易理解，避免不必要的糾紛和設計變更。

通過BIM技術與有限元軟件相結合進行優化設計，例如土建專業可對柱、梁進行受力分析，計算安全系數，在合理范圍內減少鋼筋、混凝土的用量；設備專業對設計的設備進行強度分析，目的是減少設備重量或優化結構，在保證設備強度的同時降低加工制造的費用；流體專業根據有限元計算濁環水的使用量，通過控軋控冷等新的軋制技術保證鋼材達到合適的溫度，得到需要的金相組織；暖風專業使用有限元軟件進行廠房的通風設計，優化布置廠房天窗等通風設施，促進廠房內空氣循環，合理降低廠房內的溫度。

如遇不同專業之間的設備、管道等出現干涉問題，各專業在設計經理的協調組織下在同一模型下進行更改，保證了各專業得到的圖紙的一致性。在設計審查階段，直接將三維BIM模型呈現給建設單位來表達我們的設計意圖，包括對設計方案的廠房布置、工藝布置、土建基礎、環保能力、美觀程度進行動態演示，并按國家標準及行業設計規范進行一系列設計檢查，以確保建筑工程從設計端到施工端的良好過渡[2]。在確定設計方案后，設計師使用三維BIM模型，可實現投影出模型各個視圖以及剖面視圖，實現二維快速出施工圖，從而提高工作效率，縮短設計階段的時間，進而減少施工階段的壓力。

1.2 施工管理

BIM技術具有完備性，不僅在設計階段具有較大的應用價值，在施工現場也有著不可比擬的作用。在設計階段得到的終版BIM模型移交給現場項目管理人員，由于所有的設計信息都包含在模型中，現場人員根據設計模型隨時調用需要的數據，根據模型包含的信息進行施工組織。項目管理人員可以根據BIM模型在關門工期范圍內編制施工方案，合理調配人員、工器具、大型機具、施工材料等，保障現場正常運轉。

還可以根據BIM模型科學、合理地對施工區域進行劃分。包括施工通道的布置、現場臨時水電的布置、現場生產設施、現場辦公以及生活區等內容[3]。通過BIM軟件對現場場地的布置模擬，明確各個班組的施工區域、吊車位置、預留通道以及加工場地，如此一來，就能夠合理地處置建筑工程引發的用地緊張難題。在BIM模型上增加時間坐標后，可直接顯現項目的建設進度，以此為施工依據，與現場實際施工進度比較，若發現偏離，隨時采取措施進行糾偏，從而幫助項目經理對施工工期進行總體把控。

根據BIM模型，可以精確細化到每天的工作內容，根據BIM模型中已有的信息提前準備，預制第二天的材料使用量，保證鋼構件、鋼筋、混凝土、埋件和預制件充足，滿足現場使用。除此之外，在建立BIM模型時，土建專業根據設計標準已經在圖紙中配筋，現場需要的鋼筋規格、數量、形式可直接查看，根據實際施工情況分批次采購。這就大大緩解了施工單位用于購買耗材所使用的資金周轉的壓力。混凝土和鋼構件等材料也可由BIM模型中直接計算得出，根據本次澆筑的計算量在商混站進行購買，避免了不夠或者剩余過多的現象發生。根據本次項目現場材料實際使用情況與建立的BIM模型統計用量相對比，鋼筋和混凝土用量誤差均在2%左右，這就避免了大量材料的浪費，提高效益。

因BIM技術具有可見性，可以全面化、精準化以及形象化地模擬建設工程的各個施工流程以及施工現場。安全員利用BIM模型對施工人員進行安全交底，與VR技術相結合，使人身臨其境，從而使得工人對建設工程的實際施工狀況全面認知，在第一時間將各種潛藏的施工隱患暴露出來，找到現場的安全隱患，提前預知，未雨綢繆，保證施工人員人身以及財產安全。建設過程中所有的信息都包含在三維模型中，根據模型呈現的實際狀況，從而進行建設項目施工檢查，能夠讓各個隱蔽工程施工隱患暴露出來，得到及時解決，保證總體作業的安全性以及可靠性。

由于所有設計、施工人員都在同一平臺上進行數據輸入，電子化的數據管理、數據傳輸具有高時效性。設計人員下發的設計變更及設計洽商能夠快速地傳遞到施工現場，便于施工人員及時進行修正更改。除此之外，電子版的數據存儲既便攜，又不易丟失，存儲的施工過程資料保存完整，便于竣工時移交建設單位。

飯后，楊曉梅扶著老太太回臥室休息。高河表示要幫忙收拾餐桌，楊年豐搖了搖頭，說：“我看你沒精打采，是不是火車上的疲勞還沒有舒緩過來？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我們大伙一起去江邊玩。”

1.3 竣工結算

傳統的項目竣工驗收以內業審查和實地驗收相結合的方式。規劃驗收部門需要對建設單位提交的竣工測量報告、竣工圖紙等資料對照規劃審批時批準的《建設工程規劃許可證》及其附圖進行核查。此種審查方式存在不少問題：工業生產線往往比較復雜，涵蓋專業較多，過程資料、竣工圖、竣工資料等各種文件比較冗雜，傳統紙質版的竣工資料可能高達數十盒乃至數百盒，人為翻閱、查找、整理都極為不便，也容易丟失破損。

在傳統方式的檔案驗收工作中，通過收集紙質版施工資料進行檢查的形式很難真正掌握施工過程中的實際情況，核查人員必須要到現場結合項目實體進行溝通和指導。并且，每一項檔案資料與現場實際實體之間的關聯，需要查閱大量的施工過程文件和影像資料，聽取有關負責人口頭描述，通過這些方式得到的項目信息往往與實際情況存在一定的偏離。這就導致了項目驗收人員很難對本項目進行全面翔實的了解，同時驗收人員也很難對項目的驗收資料進行公正客觀的評判。

可利用BIM技術在工程竣工階段進行資料管理。由于BIM模型貫穿于項目的整個生命周期，整個項目進程中的所有信息都包含其中。被驗收單位將模型以及含有的信息庫作為一個整體移交，檔案驗收人員可以實現在模型中對建筑項目相關的文檔和信息進行搜索、查閱、定位和操作，有助于快速形象地掌握各檔案材料之間、檔案與實體項目之間的關聯[4-5]。

2 BIM技術應用存在的問題

2.1 BIM軟件技術不成熟

當下主流BIM軟件當屬美國Autodesk公司出版的Revit軟件，由于其出現最早，經過長時間的發展，技術最為成熟，應用也最為廣泛。國內外的BIM軟件都存在著一定的局限性：國內外政策、法規法規、人文習慣等方面的差異使得國外BIM軟件對于國人并不友好，國外軟件與國內規范標準的融合度需要進一步提高；由于國內BIM軟件廠商起步較晚，導致軟件在協同性、功能性等方面有所欠缺，需要進行進一步改良。更為主要的是模型大多不能夠重復利用，基本上一個項目對用一個BIM模型，不同的設計師設計思路與設計習慣也不盡相同，修改他人的BIM模型需要一定時間及技巧理解其建立模型的思路。且不同BIM軟件的格式不同，不同軟件開發廠家的模型不能通用或者共享，這就對多家單位的協同設計產生極大的阻礙。

2.2 BIM軟件費用昂貴

國內應用BIM軟件分為兩種情況：

第二，交由專業的BIM公司完成模型設計，由于專業的BIM公司在現階段并不多見，往往收費較高，一個項目動輒數百萬，且建模周期不能與設計單位完全同步，存在一定的滯后性。

根據以上兩點，雖然應用BIM軟件能夠對項目的所有階段都有極大的促進作用。但是由于其高額的使用費用使得許多公司望而卻步。BIM軟件的應用對電腦硬件的要求也很高，需要專業的機器才能使其發揮最大的作用。綜上，應用BIM技術的一般都是大型公司，且基本都應用于大型項目。

2.3 BIM技術人才短缺

BIM技術在國內實際應用較少，在國內的認可度并不高，雖然許多院校開展了BIM類課程，但是并沒有經歷過實際工程的檢驗，大多數的BIM工程師只有使用軟件的能力，并不具備工程建設的技術水平和管理水平，既懂技術、懂管理，又能熟練使用BIM軟件的復合型人才少之又少，這也是制約企業廣泛使用BIM技術的因素之一。

3 應用BIM技術的關鍵措施

3.1 BIM技術與項目策劃緊密結合

BIM工程師在項目伊始階段就要提前介入，在項目經理的領導下收集項目信息，開始初步建模，給投標決策提供依據。中標后，與項目設計、施工、采購同步進行，納入EPC工程總承包管理策劃。實現BIM技術應用與EPC項目管理的高度融合，最終實現以BIM技術解決技術問題為先導，通過BIM技術實現流程再造為核心，全面提升精細化管理，實現更高的現場生產效率[6]。

3.2 建立專業的BIM團隊

目前，懂技術、懂管理又懂BIM技術的人才相對匱乏，為了項目的順利實施以及保證三維模型的時效性，現場項目管理團隊應該配置專職的BIM工程師。由于EPC項目需要多個專業協同，所以應該鼓勵BIM團隊對不同EPC項目所涉及的不同專業，進行BIM技術二次研發，提高BIM技術在EPC總承包項目設計階段不同專業領域的適應性。

3.3 建立配套的激勵措施

應用BIM技術需要較高的成本，政府可以出臺一系列的政策予以支持，例如稅收優惠等，進而鼓勵EPC企業應用推廣BIM技術。國家及行業相關部門應加快出臺相關國家標準、行業標準，這樣項目的各相關單位就能統一平臺，方便內部數據的傳遞及交互，確保數據的流動性和準確性，以及模型順利對接。建立起國家及行業的統一標準，才能更好激發總承包企業采用BIM技術的積極性，實現各方共贏。

4 結束語

根據此次建設項目結合BIM技術的實際應用，體現出BIM技術對提高總包方利潤有一定的促進作用。當下，工程建設行業的不正當競爭問題普遍存在，壓價、墊資等不良風氣此消彼長，全國工程行業普遍陷入了嚴重內卷的浪潮中，工業生產線的建設工程利潤率偏低。盡管將BIM技術融入EPC總承包項目中會帶來諸多益處，由于其發展不充分，前期投資高的問題還是限制著BIM技術的廣泛應用。

綜上所述，BIM技術在EPC總承包項目各階段的合理應用了順應建筑行業的發展形勢，也會有許多問題亟待解決。在推廣BIM技術的同時還需要進一步積累實踐經驗，完善理論體系去應對實際項目建設過程中所存在的各種問題。