BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程設(shè)計中的應(yīng)用及展望

摘要：BIM技術(shù)是建筑信息化及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然產(chǎn)物，運用于工程項目的整個生命周期，糧食倉儲物流項目由于其專業(yè)性強、管線復(fù)雜及標準化程度低等特點，對于BIM技術(shù)的應(yīng)用需求更加迫切。文章對BIM技術(shù)的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀進行概述，同時對其在糧食倉儲物流項目中應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)以及應(yīng)用發(fā)展前景進行了分析，以期推動BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程設(shè)計中的應(yīng)用，進一步優(yōu)化設(shè)計流程，提高設(shè)計效率，同時為后期項目實施降低成本、穩(wěn)定運營提供有效保障。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；糧食倉儲物流；工程設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：S379.3 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240326

Application and prospect of BIM technology in grain storage and logistics project

Zheng Laining， Zhang Lixin， Liu Chunyang， Chang Zhixin

（ Beijing Guomao Dongfu Engineering Technology Co.， Ltd.， Beijing 100037 ）

Abstract： BIM technology is the inevitable product of building informatization and industrialization development， which applied in the whole life cycle of engineering project through the creation of three-dimensional building information model. Because of the characteristics of strong professionalism， complex pipeline and low standardization， the application demand of BIM technology in the grain storage logistics projects was more and more urgen. In this paper， the characteristics and application status of BIM technology were summarized， and the challenges and development prospects of its application in grain storage logistics projects were analyzed， in order to promote the application of BIM technology in the design of grain storage logistics projects， optimize the design process， improve the design efficiency， and provide an effective guarantee for the whole life cycle for the later project implementation to reduce costs and stable operations.

Key words： BIM technology； grain storage and logistics； engineering design； application

近年來，國民經(jīng)濟水平及城市化水平快速發(fā)展，建筑業(yè)作為中國的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，工程量也日益增加，年工程總量居全國首位，同時工程建設(shè)技術(shù)也在不斷進步。早在1950年，CAD（computer aided design）技術(shù)誕生，至20世紀七八十年代，隨著計算機的普及，CAD技術(shù)開始蓬勃發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各大設(shè)計領(lǐng)域[1]。CAD技術(shù)的出現(xiàn)，將圖紙轉(zhuǎn)變成了計算機中的2D數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了工程建筑領(lǐng)域的第一次革命[2]。隨著計算機信息技術(shù)的飛速進步，全球正式進入信息化時代，以物聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)用于移動終端的第三方應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、云計算等為代表的新技術(shù)逐漸步入普遍應(yīng)用階段[3]。新時代的信息化技術(shù)逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，對于建筑工程行業(yè)，傳統(tǒng)二維CAD時代的產(chǎn)業(yè)模式與理念已無法應(yīng)對社會及信息技術(shù)快速發(fā)展的各種挑戰(zhàn)。為了滿足社會高速發(fā)展的需求以及應(yīng)對各種挑戰(zhàn)，建筑行業(yè)需要將新時代的信息化技術(shù)進行應(yīng)用，并提升設(shè)計、施工及整個產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展水平，建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術(shù)應(yīng)運而生。BIM技術(shù)具有獨特的三維可視化、高模擬性以及可協(xié)同設(shè)計等優(yōu)勢，不僅可有效解決建筑工程中所面臨的各種挑戰(zhàn)，還能夠滿足多樣化以及高難度的建設(shè)要求，正在成為工程建設(shè)領(lǐng)域的第二次革命[4]。

1 BIM技術(shù)的特點

BIM技術(shù)是以建筑工程項目中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過三維數(shù)字技術(shù)仿真模擬建筑物所具有的真實信息，將核心建模軟件和分析軟件綜合利用，即將建筑工程項目的物理特性和功能特性都集成在建筑信息模型中，對整個工程進行各種模擬以及分析，從而實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)建設(shè)工程項目設(shè)計及施工一體化建造，并貫穿在整個建筑工程生命周期[5-6]。

BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)信息化、工業(yè)化融合的技術(shù)手段，具有可視化、協(xié)調(diào)性以及模擬性等特點，正在逐步成為工程建設(shè)領(lǐng)域行業(yè)轉(zhuǎn)型期提高企業(yè)生存競爭能力的重要工具。

1.1 可視化

傳統(tǒng)的工程設(shè)計模式下，施工人員需要靠設(shè)計圖紙想象設(shè)計構(gòu)件真實的構(gòu)造及形式，BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了施工人員想象力局限性的問題，通過三維數(shù)據(jù)仿真技術(shù)，將圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬娜S立體模型，更加直觀地展現(xiàn)在施工人員面前，促進工程項目的順利進行。此外，BIM技術(shù)所提供的可視化效果，能直觀地展示各個構(gòu)件的效果圖，幫助施工人員以及項目參與人員熟悉工程項目，提高工作效率，還可以幫助項目管理人員在可視化的狀態(tài)下進行項目規(guī)劃、設(shè)計、施工以及方案優(yōu)化與決策，提高設(shè)計及溝通效率，減少項目實施中的問題[7-8]。

1.2 協(xié)調(diào)性

工程項目的建設(shè)過程一般由建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位及監(jiān)理單位共同完成，各方在建設(shè)過程中的有效溝通與協(xié)調(diào)決定著工程項目的質(zhì)量和進度。除參與單位不同外，在建筑工程的設(shè)計階段，同樣涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、機電、給排水等多個專業(yè)，BIM技術(shù)將工程項目建筑全生命周期所包含的信息整合在一起，并將各個建筑構(gòu)件之間、各方參與人員之間進行關(guān)聯(lián)，解決各專業(yè)無法有效溝通及統(tǒng)籌管理的問題。BIM技術(shù)實現(xiàn)了工程項目的全生命周期及全方位模擬，各專業(yè)人員可通過BIM系統(tǒng)進行有效的溝通與協(xié)調(diào)，同時還可進行模型測試。如BIM軟件的碰撞測試，可在施工前進行統(tǒng)籌管理，檢測各專業(yè)的沖突問題，結(jié)合虛擬漫游功能，對沖突問題及時調(diào)整。BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性，可以有效減少施工過程中因各專業(yè)沖突產(chǎn)生的變更，節(jié)約建筑工程資源，縮短工程時間，提高設(shè)計質(zhì)量[9-10]。

1.3 模擬性

BIM技術(shù)是以建筑工程項目的設(shè)計、施工及運營維護等各項信息數(shù)據(jù)建立的高度集成的信息化模型，在工程項目設(shè)計及施工前，可對工程項目中的各項情況進行模擬試驗，尤其是施工過程模擬，可提前發(fā)現(xiàn)施工過程中潛在的問題，并提前做出修改或規(guī)避策略，減少損失，控制工程成本。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)以建筑信息為核心，貫穿工程項目的全周期，區(qū)別于傳統(tǒng)CAD技術(shù)的理念，對建筑施工模式進行了創(chuàng)新。中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部為進一步實現(xiàn)BIM 技術(shù)的推廣應(yīng)用，陸續(xù)發(fā)布了BIM技術(shù)應(yīng)用的指導意見和相關(guān)文件。“十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出，將BIM技術(shù)作為工程項目建筑全生命周期重要的技術(shù)應(yīng)用，加速推動我國 BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展[11]。

BIM技術(shù)應(yīng)用的全生命周期是指，建設(shè)項目從立項到設(shè)計、施工、運營、直至拆除報廢的整個過程全部采用BIM技術(shù)進行管理，應(yīng)用場景包含規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營等不同階段，而目前國內(nèi)的BIM應(yīng)用主要有三維建模、可視化演示、設(shè)計優(yōu)化、碰撞檢測、技術(shù)交底和施工模擬等方面，主要是在設(shè)計階段的應(yīng)用[12]，牽涉到的專業(yè)包括建筑、結(jié)構(gòu)、強弱電工程、給排水、暖通工程等。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，各工種工程師可將項目信息與BIM 3D模型相結(jié)合，提高設(shè)計的效率及質(zhì)量。BIM技術(shù)在我國的典型應(yīng)用案例有北京奧運場館“水立方”、昆明長水國際機場、上海中心大廈等，但由于投入資金、復(fù)雜程度和技術(shù)水平等因素，BIM技術(shù)在建筑項目的建設(shè)和運營等階段的應(yīng)用還存在一定的局限性。

3 BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)不僅可以應(yīng)用于糧食倉儲物流工程的設(shè)計階段，還可以應(yīng)用于其項目管理、實施及運營階段。首先，BIM技術(shù)在前期策劃及設(shè)計階段的應(yīng)用：區(qū)別于普通民用建筑、商用建筑對于外觀形態(tài)的注重要求，糧食倉儲物流工程設(shè)計更加注重的是其功能特性。糧食倉儲物流工程設(shè)計是在機械設(shè)備擺放的基礎(chǔ)上，建筑專業(yè)提供輔助設(shè)計，靠機械設(shè)備的動態(tài)運行模擬進行展示，單純的CAD靜態(tài)圖紙并不能直觀地展示其功能，而BIM技術(shù)則可以將建筑與機械有機地結(jié)合在一起，以高精度的3D模型來更直觀地展示項目，便于施工單位和設(shè)計單位對工程方案進行評審，提高設(shè)計效率[13]。其次，BIM技術(shù)在糧食行業(yè)的設(shè)計涉及工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、動力、消防等專業(yè)，需要同時設(shè)計出工藝設(shè)備、除塵管道、動力管道、暖通管道、電纜橋架及消防管道等，不同專業(yè)在設(shè)計過程中很難兼顧其他專業(yè)，導致施工過程中很容易出現(xiàn)碰撞問題，BIM技術(shù)的應(yīng)用，可使不同專業(yè)的設(shè)計人員在同一個模型上進行設(shè)計，設(shè)計成果也能實時展現(xiàn)在模型中，能夠有效避免不同專業(yè)設(shè)計出現(xiàn)重大碰撞沖突，減少設(shè)計的出錯率，提高設(shè)計的質(zhì)量。此外，BIM軟件的碰撞檢測功能，可在設(shè)計結(jié)束后再進行一次不同專業(yè)間的碰撞檢測，徹底避免設(shè)計中出現(xiàn)的沖突問題[10，14]，從而減少工程實施過程中的變更以及材料的浪費，提高施工工序的合理性及施工效率。再次，BIM技術(shù)在項目管理過程中的應(yīng)用：糧食行業(yè)不同于普通建筑行業(yè)，設(shè)計過程中需要工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、動力、消防等多個專業(yè)進行配合，項目的建設(shè)實施過程也具有各自專業(yè)的特點，一般的項目管理者很難掌握多個專業(yè)的相關(guān)知識，在多個專業(yè)交叉施工過程中很難協(xié)調(diào)管理。BIM技術(shù)不僅可以通過模型直觀地查看項目的實施進展，包括外觀、工期、工程量等，還可以在設(shè)計階段對各專業(yè)的施工進行模擬，提前做好工期安排，協(xié)助建設(shè)單位對項目實施過程進行管理[15]。最后，BIM技術(shù)在項目運營管理階段的應(yīng)用：在糧食倉儲物流行業(yè)，項目的關(guān)鍵信息有工藝流程、物流量、倉容、用電量等，需要通過多個不同專業(yè)的圖紙、圖表等進行展示，各專業(yè)間無法直觀地進行信息共享，而BIM技術(shù)則可以通過信息模擬技術(shù)查看項目的用電、用水、用氣、用人等經(jīng)營信息，不同經(jīng)營部門通過模型掌握所有專業(yè)的信息，降低各專業(yè)溝通決策成本，提高經(jīng)營管理效率。

如BIM技術(shù)在廣東東莞某糧食物流項目中的應(yīng)用，利用BIM進行管線分析與施工模擬安裝，利用Navisworks對模型進行碰撞檢測，減少了安裝過程中的拆除更改，提高了安裝的準確性，從而提高工程效率，降低了安裝及運營成本[16-17]。陳桂香等[18]以大直徑鋼筋混凝土地下倉為例，利用BIM技術(shù)進行虛擬設(shè)計，對倉體的建筑、結(jié)構(gòu)、施工、進出糧工藝進行模擬，建立了倉體建筑模型、4D動態(tài)施工模型和進出糧工藝模型，將BIM技術(shù)應(yīng)用在地下糧倉的虛擬設(shè)計中。

目前，各大設(shè)計院所對于BIM技術(shù)在糧食行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)高度重視，對其進行了不同程度的研究，且已有部分應(yīng)用實例。但由于BIM技術(shù)的起步較晚，BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程中尚未普遍應(yīng)用，還處于起步階段，應(yīng)用主要為三維展示方面，即對項目方案進行三維建模，并對工藝設(shè)備進行運行模擬，主要用于向建設(shè)單位更加直觀地展示項目方案。

4 BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

4.1 BIM技術(shù)認知度低

近年來，雖然BIM技術(shù)已經(jīng)有所發(fā)展，但是社會認知度仍然較低，在各行業(yè)中的應(yīng)用主要停留在理論界的研究，而對于其實際應(yīng)用較少，人們對于BIM的認知也存在一定的偏見和誤區(qū)，認為其僅是一款軟件或者模型。BIM技術(shù)目前在建筑行業(yè)中的應(yīng)用及認知度尚且不足，在糧食行業(yè)中的認知度更低。同時，由于應(yīng)用BIM技術(shù)的糧食企業(yè)及項目較少，相關(guān)技術(shù)人員接觸及感受BIM技術(shù)的機會較少，對其應(yīng)用效果存在較大的疑慮，也是造成其社會認知度低，制約其在糧食倉儲物流工程中應(yīng)用發(fā)展的重要因素。

4.2 BIM相關(guān)軟件不成熟

BIM技術(shù)理論研究較為成熟，已經(jīng)進入快速發(fā)展期，但由于相關(guān)國標、行標發(fā)展不完善，且涉及行業(yè)較多，導致BIM相關(guān)的軟件較多，缺乏占主導地位的軟件或系統(tǒng)，技術(shù)人員無法準確選擇可應(yīng)用的軟件或系統(tǒng)。此外，BIM技術(shù)創(chuàng)建的信息模型，需要在傳遞過程中保證數(shù)據(jù)的充分共享和有效傳遞，尤其是在糧食倉儲物流工程中，涉及多個不同專業(yè)領(lǐng)域，對于數(shù)據(jù)傳遞及信息共享的要求更高，但統(tǒng)一標準的缺失以及不同軟件的不兼容等問題，影響了數(shù)據(jù)及信息的有效傳遞，進而影響了相關(guān)技術(shù)的推廣。

4.3 專業(yè)人員缺乏

當前，BIM技術(shù)還處于快速發(fā)展階段，大眾認知度低，相關(guān)技術(shù)人員也存在嚴重不足的情況。BIM技術(shù)在糧食行業(yè)中的應(yīng)用主要處于翻模階段，主要用于向業(yè)主進行方案演示，并未對其可視化、協(xié)調(diào)性及模擬性進行深入地開發(fā)應(yīng)用。目前市場上會使用Revit軟件的人員相對較多，但對于BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程的整個生命周期中的應(yīng)用來說，單一的Revit軟件是不夠的，需多個相關(guān)軟件及插件的協(xié)同使用，如利用Navisworks、Fuzor、Lumion進行虛擬漫游、動畫渲染，利用dynamo進行異型構(gòu)件的創(chuàng)建，需要專業(yè)團隊共同合作方能完成[19]，而同時熟練運用多種插件的人才極少，即便企業(yè)加大培訓力度，需要承擔高昂的培訓費用，且需要相關(guān)人員投入更多的精力與時間學習。培訓費用高，產(chǎn)出比低等原因限制了企業(yè)向BIM的快速轉(zhuǎn)型。此外，軟件只是輔助工具，技術(shù)人員的專業(yè)知識和管理水平才是核心，只有將兩者進行有效結(jié)合，才能實現(xiàn)BIM技術(shù)的高效應(yīng)用，而兩者的結(jié)合又需要長時間的磨合。隨著相關(guān)技術(shù)人員素質(zhì)的提高和人才換代，信息化必然是一個大趨勢[12]。

4.4 應(yīng)用費用高

BIM的實現(xiàn)需要硬件和軟件兩個方面的支持，硬件方面包括計算機、服務(wù)器、實施設(shè)備（三維掃描儀、機器人全站儀、無人機、三維打印機、混合現(xiàn)實設(shè)備和手持移動端等[19]），價格較為昂貴；軟件方面主要包括協(xié)作平臺和專業(yè)軟件兩方面，通用性的軟件或平臺的價格相對較低，但是其針對性及專業(yè)性不強，匹配性較差，而采用軟件公司開發(fā)的專用軟件和平臺，雖然能夠保證功能對口，但費用高昂，且開發(fā)周期長，需要企業(yè)根據(jù)自身情況及行業(yè)特征進行綜合考慮。但是不管哪種方案，BIM技術(shù)的應(yīng)用對于企業(yè)的投資要求都較高，對于經(jīng)濟能力有限的企業(yè)來說難度較大，尤其是在糧食行業(yè)，設(shè)計費收費標準一般低于工程設(shè)計行業(yè)的平均標準，而BIM對技術(shù)人員的專業(yè)能力以及軟硬件的配置等投資要求又較高，導致了應(yīng)用的費用高，產(chǎn)出投入比低的現(xiàn)狀，進一步限制了其在糧食行業(yè)中的應(yīng)用。

5 BIM技術(shù)在糧食倉儲物流工程中的應(yīng)用展望

大型糧食倉儲物流項目工藝靈活、管線布置復(fù)雜，除變配電、給排水、控制、動力等通用專業(yè)的管線外，還有風管、溜管、環(huán)流熏蒸、真空清掃等工藝專業(yè)的管線和檢修操作平臺、設(shè)備支撐平臺及過梯等非標裝備。常規(guī)CAD設(shè)計手段的管線還停留在二維階段，管線之間的碰撞檢測全靠各專業(yè)人員進行圖紙會審時發(fā)現(xiàn)，僅靠口頭描述及想象，無法做到全面直觀檢測，使圖紙在施工過程中產(chǎn)生大量設(shè)計變更和返工，嚴重影響設(shè)計質(zhì)量。與常規(guī)CAD技術(shù)相比，BIM技術(shù)能夠利用計算機建立3D可視化建筑模型，利用Navisworks，進行各個專業(yè)及管線碰撞檢測。碰撞檢測完成后，各個專業(yè)針對檢測結(jié)果，根據(jù)規(guī)范強制性、管道重要性、修改難易程度等因素，制定修改計劃。如此便可消除錯漏碰缺，減少施工階段的變更量。與民用建筑等標準化程度較高的工業(yè)建筑不同，糧食倉儲物流行業(yè)存在著工藝多樣、設(shè)備種類多、標準化程度低的特點，在設(shè)計過程中需要建立大量的參數(shù)化族庫，等業(yè)主確定設(shè)備廠家后，按照提供的設(shè)備大樣圖，調(diào)整參數(shù)后達到使用要求，為工藝專業(yè)建模提供支撐。

糧食行業(yè)關(guān)乎國計民生，受國家政策影響較大，故其發(fā)展較為封閉，僅有少數(shù)科研設(shè)計單位對新的技術(shù)進行研究和應(yīng)用推廣。但正由于糧食行業(yè)關(guān)乎國計民生，所以更需要緊跟時代的進步，加強對新技術(shù)的研究和推廣[20-21]。雖然目前BIM技術(shù)在糧食倉儲物流行業(yè)應(yīng)用較少，推行較慢，但隨著 BIM技術(shù)在建筑產(chǎn)業(yè)化中的推廣和運用，專業(yè)技術(shù)人員運用BIM技術(shù)的不斷提升、族庫以及標準文件的不斷完善，BIM技術(shù)在糧食倉儲物流項目中的應(yīng)用前景也會更加廣泛。

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