大慶油田工程有限公司

BIM 技 術(shù)（Building Informanion Modeling）即建筑信息模型技術(shù)，何清華、王寶令等[1-4]對(duì)BIM 技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。BIM 技術(shù)對(duì)建筑的全壽命周期[5]（設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和維護(hù)）的各個(gè)過程進(jìn)行數(shù)字模擬管理，這個(gè)過程體現(xiàn)了信息及數(shù)字化[6]在建筑業(yè)中的應(yīng)用。BIM 模型是動(dòng)態(tài)的，為了滿足工程的各類需求、提高建筑業(yè)整體管理水平，可以把工程各個(gè)階段中各類相關(guān)的工程信息增加到建筑模型中。BIM 在建筑業(yè)中的應(yīng)用，體現(xiàn)了信息在建筑業(yè)利用價(jià)值的擴(kuò)大化。如果說CAD 在建筑設(shè)計(jì)方面的推廣，把工程師從手工繪圖中解放出來是建筑行業(yè)的第一次革命，則BIM的推廣就將掀起建筑業(yè)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)及管理層次上的第二次革命。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用前景

大慶油田工業(yè)廠房數(shù)量多，使用功能分類明確，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)程度高，構(gòu)件及工程做法統(tǒng)一性高，但存在與油、水、氣、電、控等多專業(yè)銜接密切，穿墻、留洞資料復(fù)雜等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)二維CAD模式下存在大量重復(fù)性繪圖工作，且各專業(yè)提資、驗(yàn)證、校審流程繁瑣并易出現(xiàn)錯(cuò)誤。這些特點(diǎn)為BIM 技術(shù)在油田工業(yè)廠房的推廣提供了極大的可能性。Autodesk Revit 軟件提供完全參數(shù)化、構(gòu)件化、協(xié)同化的設(shè)計(jì)平臺(tái)，廠房各構(gòu)件可以做成參數(shù)化構(gòu)件族庫，設(shè)計(jì)人可以方便調(diào)用、修改族庫，省去了大量的重復(fù)性繪圖工作。Revit 中建立的模型可以導(dǎo)入PKPM、YJK、Midas 等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果返回至模型中，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，提升了工作效率。Revit 還提供了成熟的管綜校審功能，可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)管線與建筑本體間的碰撞檢查，極大地減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤發(fā)生的可能性。

因此，BIM 技術(shù)在大慶油田站場廠房設(shè)計(jì)中有極大的應(yīng)用前景，也是未來數(shù)字化站場交付的需要。

2 應(yīng)用實(shí)例

以大慶油田某站場污水泵房為例，探討在Autodesk Revit 環(huán)境下門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房BIM 模型的建立。該污水泵房長度55.2 m（軸線），跨度15 m（軸線），采用鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，Q235B 鋼材，屋面及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用預(yù)制壓型彩鋼夾芯板。

在Autodesk Revit 軟件環(huán)境下建立三維模型。Autodesk Revit 屬于完全參數(shù)化的三維建模軟件，在模型建立之前，需要建立完全參數(shù)化的構(gòu)件族庫，這可以大大簡化以后的建模工作。

通過建立參數(shù)化三維模型，使建筑單體構(gòu)件化、參數(shù)化。通過三維設(shè)計(jì)確定建筑每個(gè)構(gòu)件的建筑單體、每個(gè)構(gòu)件的位置、相對(duì)關(guān)系以及數(shù)量，便于后期各項(xiàng)模擬工作的開展，以及各類材料表的生成。

本建筑單體的構(gòu)件主要包括鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、門式剛架、冷彎薄壁型鋼檁條系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等單元，連接各構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化螺栓及其他構(gòu)件。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本廠房采用鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)屬于異型基礎(chǔ)，可通過Revit 的建族工具對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，在Revit 族編輯環(huán)境中，使用拉伸命令創(chuàng)建基礎(chǔ)形體及相應(yīng)屬性，并通過注釋對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)定，使基礎(chǔ)的各邊尺寸、材質(zhì)均參數(shù)化。對(duì)其進(jìn)行配筋信息加注，完成設(shè)計(jì)后的基礎(chǔ)具有完整的信息，并可進(jìn)行參數(shù)化調(diào)整（圖1～圖3）。

圖1 基礎(chǔ)平面圖Fig.1 Foundation plan

圖2 基礎(chǔ)立面圖Fig.2 Foundation elevation

圖3 基礎(chǔ)三維模型Fig.3 Foundation 3D-model

2.2 門式剛架設(shè)計(jì)

門式剛架的模型建立基于國標(biāo)04SG518-1《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)》，本單體選用型號(hào)為GJ15-4b。

門式剛架可通過Revit 建族工具建立，在Revit族編輯環(huán)境中，導(dǎo)入已有的門式剛架CAD 圖形文件，使用拉伸命令創(chuàng)建門式剛架形體。對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐一細(xì)化設(shè)計(jì)，比如柱腳、加強(qiáng)肋、螺栓等構(gòu)件，并賦予相應(yīng)構(gòu)件材質(zhì)。將建立好的門式剛架模型與鋼筋混凝土基礎(chǔ)通過螺栓連接，建立一榀完整的門式剛架體系。

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足廠房模塊化設(shè)計(jì)、模塊化施工的需要，本廠房屋面及外墻均采用了預(yù)制輕型壓型彩鋼夾心板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。外墻采用雙層0.6 mm 彩色壓型鋼板夾160 mm 超細(xì)玻璃絲綿（圖4），屋面采用雙層0.6 mm 彩色壓型鋼板夾120 mm 巖棉（圖5）。夾芯板完全采用模數(shù)化、模塊化設(shè)計(jì)。夾芯板寬度依據(jù)模數(shù)或按設(shè)計(jì)要求，一般為1 200 mm、960 mm 等，長度可連續(xù)成型，依據(jù)設(shè)計(jì)制作不同長度的板塊，彩鋼夾芯板四周設(shè)置插入式企口，具有安裝方便、省時(shí)、省材、平整度好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。制造商可以根據(jù)Revit 模型確定預(yù)制夾芯板的分割尺寸及安裝順序，生產(chǎn)出完全符合要求的產(chǎn)品。施工現(xiàn)場通過螺栓或鉚釘與檁條連接，可以做到快速、精準(zhǔn)施工，即節(jié)省時(shí)間，提高了工作效率，又提高了施工準(zhǔn)確性及施工質(zhì)量。

圖5 壓型彩鋼板復(fù)合墻面構(gòu)造模型Fig.5 Construction model of profiled color steel plate composite wall

2.4 建立整體模型

將建立好的構(gòu)件依據(jù)基礎(chǔ)—門式剛架—拉結(jié)系統(tǒng)—檁條系統(tǒng)—維護(hù)結(jié)構(gòu)（包括門窗）的順序裝備成整個(gè)信息化的建筑模型（圖6、圖7）。

圖6 結(jié)構(gòu)框架完成模型Fig.6 Finished model of frames

圖7 增加外圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型Fig.7 Model after adding claddings

3 BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）三維設(shè)計(jì)可更好地配合站場整體設(shè)計(jì)。首先在設(shè)計(jì)階段，與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比，通過BIM 技術(shù)可以形成整體化、可視化、信息化的三維模型，設(shè)計(jì)人員可以直觀地審視整個(gè)設(shè)計(jì)有無遺漏，水、暖、電、信等各專業(yè)之間有無碰撞，空間設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留足夠的操作空間等，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)完成后，帶有完整信息的三維模型可以同時(shí)發(fā)布給施工方以及預(yù)制工廠。

目前大慶油田站場工藝設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)PDMS（工廠設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)）三維化設(shè)計(jì)，油、氣、水等工藝專業(yè)管線碰撞檢查需在PDMS 環(huán)境下進(jìn)行，各專業(yè)工藝管線穿墻繁多，預(yù)留洞口復(fù)雜，BIM 技術(shù)可以使廠房更準(zhǔn)確地參與PDMS 環(huán)境下的碰撞檢查，減少錯(cuò)誤的產(chǎn)生（圖8）。

圖8 PDMS 環(huán)境下土建單體與工藝管線穿墻關(guān)系Fig.8 Relationship between civil single bodies and through-wall process pipelines under PDMS environment

（2）BIM 技術(shù)在門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)工廠化預(yù)制中的優(yōu)勢(shì)。預(yù)制工廠可以在拿到廠房模型后，依據(jù)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)輸?shù)纫?，將整個(gè)廠房構(gòu)件化，在工廠預(yù)制完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行組裝。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式建設(shè)模式是設(shè)計(jì)—工廠制造—現(xiàn)場安裝，相較于設(shè)計(jì)—現(xiàn)場施工模式來說，雖節(jié)約了時(shí)間，但這種模式依然存在弊端。一方面因?yàn)樵O(shè)計(jì)、工廠制造、現(xiàn)場安裝三個(gè)階段相分離，設(shè)計(jì)成果可能不合理，在安裝過程中發(fā)現(xiàn)不能使用或者不經(jīng)濟(jì)，造成變更和浪費(fèi)，甚至影響質(zhì)量；另一方面，工廠統(tǒng)一加工的產(chǎn)品比較死板，缺乏多樣性。BIM技術(shù)的引入可以有效解決以上問題，它將設(shè)計(jì)方案、制造需求、安裝需求集成在BIM 模型中，在實(shí)際建造前統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)、制造、安裝等各種需求，盡可能減少問題的出現(xiàn)。BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)建模過程中將鋼結(jié)構(gòu)廠房各配件、部件、主材等信息加載至模型中，進(jìn)行統(tǒng)一分類和編碼，協(xié)調(diào)制造方、運(yùn)輸方、安裝方的時(shí)間，分析并總結(jié)項(xiàng)目各階段需要的信息，可以精確指導(dǎo)制造、運(yùn)輸、安裝的全過程。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)廠房建設(shè)數(shù)量在大幅度地增加，而隨著社會(huì)生產(chǎn)節(jié)奏的加快，對(duì)工業(yè)廠房的建設(shè)周期提出了更為苛刻的要求。在大慶油田的產(chǎn)能建設(shè)中，項(xiàng)目投產(chǎn)緊迫性日益提高，留給設(shè)計(jì)的時(shí)間越來越短。如何在更短的時(shí)間內(nèi)，更加準(zhǔn)確、高效地完成工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)，做到多、快、好、省、準(zhǔn)，是目前油田產(chǎn)能建設(shè)對(duì)設(shè)計(jì)方提出的新要求、新課題。在這種形勢(shì)下，以BIM 技術(shù)為支撐的門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)為新形勢(shì)下的建設(shè)需求提供了一種可行的解決方案。