徐自強(qiáng),王麗娟,葛貴偉,王韶峰,宋長(zhǎng)杰

(中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽110015)

0 引言

BIM(building information modeling)是建筑信息模型,旨在面向工程的全生命周期,利用準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)模型,指導(dǎo)工程建設(shè),促進(jìn)信息共享,達(dá)到提高工程質(zhì)量和工作效率的目的,同時(shí)解決工程中面臨的高復(fù)雜度數(shù)據(jù)傳遞、協(xié)同管理等問題[1-4]。

民爆行業(yè)是為礦山開采、基礎(chǔ)建設(shè)、城市建(構(gòu))筑物的拆除等提供民用爆破器材和工程爆破服務(wù)的諸多企業(yè)總和[5-6],在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)重要的地位,素有“能源工業(yè)的能源、基礎(chǔ)工業(yè)的基礎(chǔ)”之稱,民爆行業(yè)工程也是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、多專業(yè)的復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)工程[7-10]。

我國(guó)已建成“民爆行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)平臺(tái)”,在行業(yè)內(nèi)形成了一套從國(guó)家到各個(gè)地方的信息化管理體系。 但是,由于各種因素民爆行業(yè)信息化技術(shù)水平整體偏低,行業(yè)的安全生產(chǎn)依然面臨較大挑戰(zhàn)。 主要體現(xiàn)在:危險(xiǎn)性建筑設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、交付運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)相關(guān)信息協(xié)同工作管理不足,使民爆行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨低效率、高成本的問題;在運(yùn)維階段業(yè)內(nèi)危險(xiǎn)物品的生產(chǎn)、分銷、轉(zhuǎn)運(yùn)、消耗及安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冗雜、管理難度大,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)物品無法追蹤、使用有效期不清等安全隱患問題。

民爆行業(yè)采用BIM 技術(shù)可提高工程全生命周期的協(xié)同與管理水平,在審批階段、設(shè)計(jì)階段與施工階段,降低重復(fù)、返工、協(xié)調(diào)等成本,提高工程建設(shè)效率。 在運(yùn)維與管理階段,依托于BIM 平臺(tái)信息儲(chǔ)存手段并融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),增加危險(xiǎn)品數(shù)量與安全狀態(tài)監(jiān)測(cè),降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn),在民爆行業(yè)推廣BIM 技術(shù)具有重大意義。 民爆行業(yè)各階段活動(dòng)與BIM 技術(shù)結(jié)合的設(shè)想如圖1 所示。

圖1 BIM 技術(shù)在民爆行業(yè)的運(yùn)用

1 BIM 技術(shù)在民爆工程中的應(yīng)用構(gòu)想

1.1 軟件及平臺(tái)準(zhǔn)備

BIM 技術(shù)的實(shí)施不但需要多個(gè)軟件協(xié)同工作,共同組成軟件流,而且需要配備具有完整信息邏輯結(jié)構(gòu)的企業(yè)數(shù)據(jù)庫。 因此,在設(shè)計(jì)項(xiàng)目啟動(dòng)之前需要單位技術(shù)質(zhì)量部或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提前設(shè)置好工程項(xiàng)目工作環(huán)境。 在項(xiàng)目啟動(dòng)前,首先,需要建立或選擇完整的編碼體系,實(shí)現(xiàn)一物一碼,方便生成施工圖及施工材料設(shè)備等報(bào)表。 其次,在軟件平臺(tái)上為項(xiàng)目配備滿足項(xiàng)目需求的數(shù)據(jù)庫。 在設(shè)計(jì)任務(wù)中重復(fù)使用的同類對(duì)象,應(yīng)采用建立族對(duì)象的方式進(jìn)行統(tǒng)一管理,減少重復(fù)工程量。 如果有大量的類似項(xiàng)目,應(yīng)當(dāng)建立標(biāo)準(zhǔn)化的項(xiàng)目工作環(huán)境及模塊化對(duì)象,比如主要的建(構(gòu))筑物、主要的設(shè)備等,便于新建項(xiàng)目重復(fù)利用,減少建模量,提高設(shè)計(jì)效率。

1.2 三維模型精度匹配

BIM 技術(shù)的核心要素與優(yōu)勢(shì)是既能將工程項(xiàng)目三維可視化表達(dá),又能集成與項(xiàng)目相關(guān)的任意信息。 建設(shè)項(xiàng)目是復(fù)雜的投入與產(chǎn)出過程,信息種類繁多,信息流巨大,既存在著三維模型設(shè)計(jì)如何與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段相適配的問題,又存在著模型精度的界定問題,即三維模型設(shè)計(jì)階段包含項(xiàng)目信息的界定。 根據(jù)民爆工程項(xiàng)目的特點(diǎn),參照其他行業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),在建筑全生命周期中,三維數(shù)字化模型各階段的精度等級(jí)劃分見表1。

表1 工程階段及精度等級(jí)

1.3 三維模型設(shè)計(jì)

民爆企業(yè)新建及搬遷項(xiàng)目全廠區(qū)設(shè)計(jì)過程中涵蓋的專業(yè)包括總圖、工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、消防、暖通、電氣與防雷等,各專業(yè)主要涉及對(duì)象如下:

1)總圖,包括選址位置的內(nèi)外部安全距離、場(chǎng)地紅線、工藝分區(qū)紅線、建(構(gòu))筑物輪廓、道路、圍墻、防護(hù)土堤與防爆墻等設(shè)施;

2)工藝,包括原料儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)、成品儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)及輔助設(shè)施紅線內(nèi)的所有專業(yè)設(shè)施;

3)建筑,包括全廠區(qū)域內(nèi)的所有建(構(gòu))筑物;

4)結(jié)構(gòu),包括全廠區(qū)域內(nèi)的所有建(構(gòu))筑物的上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ);

5)給排水、消防和暖通,包括室內(nèi)外各種架空及埋地管道及其相關(guān)設(shè)施;

6)電氣與防雷,包括強(qiáng)電、弱電相關(guān)的電纜溝、電纜通廊、變電箱、防(避)雷裝置等設(shè)施。

在規(guī)劃與方案設(shè)計(jì)階段,三維模型精度等級(jí)適用1 級(jí),如圖2 所示。 模型中危險(xiǎn)性建(構(gòu))筑物內(nèi)部安全距離線、場(chǎng)地紅線、道路、防護(hù)土堤及防爆墻等總圖設(shè)施應(yīng)能準(zhǔn)確表達(dá)。 各工藝分區(qū)的占地、布局及其內(nèi)部的主要建(構(gòu))筑物、主要工藝設(shè)備設(shè)施應(yīng)建立參考模型。 儲(chǔ)運(yùn)、管道、電氣及防雷等相關(guān)設(shè)施,應(yīng)根據(jù)總圖設(shè)計(jì)方案,建立參考模型。 該階段模型主要用于分析廠區(qū)布置方案的合理性,及對(duì)可能存在的工藝流程重疊的區(qū)域進(jìn)行提前規(guī)劃,合理避讓。

在初步設(shè)計(jì)階段,各專業(yè)相關(guān)三維模型精度等級(jí)為2 級(jí),各獨(dú)立工藝分區(qū)內(nèi)模型精度可以沿用方案階段模型,精度為1 級(jí),如圖3 所示。 總圖設(shè)施相關(guān)的道路、架空管道、埋地管道、電纜通廊及其建(構(gòu))筑物等設(shè)施,必須有準(zhǔn)確的布置和設(shè)計(jì)尺寸,在有多專業(yè)重疊的區(qū)域模型必須做到各種設(shè)施詳細(xì)表達(dá),精確避讓。

圖2 Civil 3D 生成總圖原始地形

圖3 Revit 創(chuàng)建的單體模型

在施工圖設(shè)計(jì)階段,各獨(dú)立工藝區(qū)域模型精度為2 級(jí),廠區(qū)各專業(yè)相關(guān)三維模型精度等級(jí)為3級(jí)。 該階段模型是對(duì)初步模型進(jìn)行細(xì)節(jié)深化的模型,危險(xiǎn)品建(構(gòu))筑物內(nèi)的工藝設(shè)備應(yīng)按照工藝流程準(zhǔn)確擺放,建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電等相關(guān)專業(yè)應(yīng)按照工藝優(yōu)先的原則,進(jìn)行模型優(yōu)化與調(diào)整,從而滿足施工圖要求,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

深化設(shè)計(jì)和竣工驗(yàn)收階段模型精度沒有差異,主要差異集中在模型信息飽和度上。 各獨(dú)立工藝區(qū)域模型精度為3 級(jí),廠區(qū)各專業(yè)相關(guān)三維模型精度等級(jí)為4 級(jí)。 工藝設(shè)備提供商應(yīng)確保設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)都接入BIM 模型,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取并能做到超限預(yù)警。 此外,施工單位應(yīng)在各個(gè)專業(yè)施工圖模型基礎(chǔ)上,按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工工藝、設(shè)備選用情況等對(duì)模型進(jìn)行深化修改和補(bǔ)充設(shè)計(jì)。 施工完成的同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)單位將各設(shè)備維護(hù)信息、建筑結(jié)構(gòu)維護(hù)信息、施工管理信息等輸入BIM 模型中,各項(xiàng)參數(shù)齊全后方可進(jìn)行竣工驗(yàn)收。 竣工驗(yàn)收包括施工成果驗(yàn)收和BIM 模型有效性驗(yàn)收。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用于民爆工程需要解決的問題

2.1 軟件、圖紙之間缺乏有效的數(shù)據(jù)接口

民爆工程設(shè)計(jì)所涉專業(yè)眾多,碰撞檢測(cè)復(fù)雜,協(xié)調(diào)困難。 在各個(gè)專業(yè)協(xié)調(diào)時(shí),不僅需要提取不同設(shè)計(jì)專業(yè)的模型資料,還需要提取不同專業(yè)的模型信息。 目前設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)了多專業(yè)軟件、圖紙、模型無法共享或共享信息丟失的問題,例如建筑類設(shè)計(jì)軟件Bentley 和Revit、結(jié)構(gòu)分析類軟件PKPM 和盈建科、給排水工程設(shè)計(jì)軟件天正等專業(yè)軟件之間缺乏有效的交互接口,不同的專業(yè)軟件無法統(tǒng)一提取到所需要的模型及信息,使民爆行業(yè)設(shè)計(jì)階段面臨低效的問題。

2.2 建設(shè)各參與方難以統(tǒng)一協(xié)同工作

在民爆工程建設(shè)中,由于各參與方考慮問題的理念不盡一致,施工階段成本、進(jìn)度、質(zhì)量難以全方位協(xié)調(diào)。 BIM 技術(shù)應(yīng)用到民爆工程施工管理環(huán)節(jié)中,如何將BIM 模型實(shí)施落地,使其有效節(jié)約建筑成本、提高工程質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全管理,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工階段工程總體效益最大,是施工階段需要解決的問題。

2.3 數(shù)據(jù)交互困難

各類安全監(jiān)測(cè)裝置與BIM 軟件間的數(shù)據(jù)交互還存在部分不兼容的情況。 民爆工程運(yùn)維階段主要用于生產(chǎn)制備及儲(chǔ)存爆炸危險(xiǎn)品,具有高風(fēng)險(xiǎn)、長(zhǎng)周期等特點(diǎn)。 危險(xiǎn)物品的生產(chǎn)、分銷、轉(zhuǎn)運(yùn)和消耗的數(shù)量統(tǒng)計(jì)、安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)、存放環(huán)境狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)與協(xié)同管理等都是需要解決的問題,每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要,不容小覷。 例如,如何將建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度、濕度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM 平臺(tái),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境參數(shù)變化的同時(shí),做到對(duì)異常情況實(shí)時(shí)預(yù)警。

3 結(jié)語

將基于精度等級(jí)劃分的整體建?？蚣軕?yīng)用于民爆領(lǐng)域工程,既可提高工作質(zhì)量,又可有效地提高工作效率。 總體來看,目前民爆領(lǐng)域推廣BIM存在的問題主要集中在數(shù)據(jù)交互和模型實(shí)施落地兩方面。 對(duì)于前者,軟件之間及軟件與各類監(jiān)測(cè)設(shè)備之間可采取通用中性數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,例如IFC 格式等;對(duì)于后者,可借鑒民用建筑領(lǐng)域的模型實(shí)施落地措施,例如引入二維碼信息管理系統(tǒng),對(duì)防爆結(jié)構(gòu)構(gòu)件編制全生命周期標(biāo)識(shí)碼,將BIM 模型信息通過掃碼的形式進(jìn)行收集和顯示等。

盡管BIM 技術(shù)在民爆工程領(lǐng)域的推廣存在諸多困難,但該技術(shù)對(duì)民爆工程領(lǐng)域的各個(gè)階段均有著獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。 隨著BIM 技術(shù)在民爆行業(yè)的推廣,可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)化學(xué)物品的信息共享,極大地推動(dòng)民爆行業(yè)的信息化發(fā)展。