□ 費(fèi) 楊 韓寧寧 鞠詩(shī)卉 李國(guó)文

1 引言

隨著信息化水平的不斷提高，數(shù)字化設(shè)計(jì)在各類工程中扮演著越來(lái)越重要的角色，近年來(lái)，BIM技術(shù)憑借獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在行業(yè)中脫穎而出[1]。自BIM技術(shù)引入中國(guó)以來(lái)，其功能被國(guó)內(nèi)從業(yè)人員不斷開(kāi)發(fā)，到現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中，然而它在一些小型工程項(xiàng)目中的應(yīng)用還存在許多不足。本文通過(guò)BIM技術(shù)在集裝箱項(xiàng)目中的實(shí)際運(yùn)用，研究在模型設(shè)計(jì)、施工管理方面行之有效的BIM技術(shù)路線，為更多集裝箱項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考[2]。

2 工程概況及特點(diǎn)

2.1 工程概況

某公司批量制作集裝箱，以其中一集裝箱項(xiàng)目為例，該集裝箱屬于陸運(yùn)集裝箱，箱體外尺寸為15400mm×2900mm×3170mm，箱體內(nèi)尺寸為15240mm×2810mm×2995mm，箱體側(cè)板為1.2mm、屈服強(qiáng)度700MPa的高強(qiáng)鋼波紋板，箱體頂板由1.2mm的鋼壓型板組成，以保證頂部的強(qiáng)度及良好的排水功能、防腐性能；箱體地板是21mm純竹地板。

2.2 工程特點(diǎn)

集裝箱具有環(huán)保性、易拆卸運(yùn)輸、堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)，在如今的快節(jié)奏時(shí)代，集裝箱行業(yè)的發(fā)展前景可觀。公司將集裝箱與運(yùn)輸車(chē)的底盤(pán)進(jìn)行組裝，根據(jù)需求方的需要，提高集裝箱的質(zhì)量，使集裝箱內(nèi)部使用空間最大化。同時(shí)，為了能夠讓購(gòu)買(mǎi)方直觀地了解所購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品，從集成各種數(shù)字化模型的數(shù)據(jù)庫(kù)中選取類似的集裝箱二維圖紙創(chuàng)建三維模型，并將其運(yùn)用于項(xiàng)目的全生命周期。公司同時(shí)作為集裝箱項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方、施工方以及建造方能夠更加有效地實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，發(fā)揮BIM技術(shù)更大的優(yōu)勢(shì)，高效地完成作業(yè)，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的增加。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)路線

3.1.1 BIM概述

BIM技術(shù)以數(shù)字仿真虛擬化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項(xiàng)目的大量數(shù)據(jù)信息的工程數(shù)據(jù)模型，也稱建筑信息模型，能夠?qū)こ添?xiàng)目各個(gè)階段功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，為模型提供完整的建設(shè)工程信息數(shù)據(jù)[3]。BIM可以用于建筑物的各個(gè)階段，包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等方面，貫穿工程項(xiàng)目全生命周期過(guò)程。

3.1.2 設(shè)計(jì)流程

本工程的BIM應(yīng)用與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)共同推進(jìn)，在設(shè)計(jì)開(kāi)始前需要有清晰明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)。作為BIM設(shè)計(jì)人員，應(yīng)全面了解圖紙，熟悉項(xiàng)目的各個(gè)階段流程。隨后，利用BIM建模軟件完成BIM基礎(chǔ)模型的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求完成定期碰撞檢查以使模型更加完善。最后，通過(guò)軟件呈現(xiàn)模型全貌，完成模型的圖紙及工程量的輸出，并借助專業(yè)軟件對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)漫游，交底投圖，最終完成模型的交付，見(jiàn)圖1。

3.2 BIM設(shè)計(jì)

3.2.1 三維模型的建立

將數(shù)字化建模與已有的項(xiàng)目相結(jié)合，具體落實(shí)到集裝箱項(xiàng)目中，把已有的集裝箱項(xiàng)目二維模型轉(zhuǎn)化為三維模型。由于集裝箱箱體包含許多較為復(fù)雜的構(gòu)建，應(yīng)用Revit軟件（BIM技術(shù)建模軟件之一）在族中創(chuàng)建模型更為簡(jiǎn)便。先在Revit軟件中創(chuàng)建族，隨后在常規(guī)模型中開(kāi)始繪圖。

（1）箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的三維模型創(chuàng)建。箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括瓦楞板、箱門(mén)、底板。

圖1 設(shè)計(jì)流程

瓦楞板的繪制。運(yùn)用拉伸命令，依照構(gòu)件外形設(shè)置不同的參數(shù)繪出板的形狀輪廓，在編輯輪廓時(shí)應(yīng)注意輪廓線是否處于閉合狀態(tài)，編輯完成后對(duì)其進(jìn)行拉伸，如圖2所示。

集裝箱門(mén)構(gòu)建較為復(fù)雜，門(mén)上附有各種零件，在沒(méi)有專門(mén)的模型塊的情況下，運(yùn)用拉伸、放樣等命令構(gòu)建形狀輪廓較為煩瑣的零件（如螺絲鋼板，把手等），實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制，以得到真實(shí)清晰的模型外觀。創(chuàng)建時(shí)依照要求設(shè)置相應(yīng)構(gòu)件的材質(zhì)及外觀顏色，如圖3所示。

圖2 瓦楞板

圖3 集裝箱門(mén)

底板（梁、地板等）的構(gòu)建。集裝箱底板主要由若干縱、橫梁以及地板組成，應(yīng)用拉伸及空心拉伸的命令創(chuàng)建鋼梁、地板及地板上的螺栓孔模型。要求在屬性設(shè)置無(wú)誤的基礎(chǔ)上，保證數(shù)量的正確，以確保能夠從精確的模型中提取工程量[4]。如圖4所示。

圖4 集裝箱底板

（2）箱體的裝配。在繪圖過(guò)程中，將模型中定量數(shù)據(jù)信息變量化，可任意調(diào)整其屬性中的參數(shù)，賦予其不同的數(shù)值，從而能夠得到各種大小、形狀不同的零件[5]。在模型創(chuàng)建的整個(gè)過(guò)程中，觀看者可以隨時(shí)從不同的視角觀察模型。與傳統(tǒng)的二維繪圖軟件相比，使用Revit軟件時(shí)，操作更加簡(jiǎn)便流暢，且其呈現(xiàn)的三維模型更為真實(shí)，表現(xiàn)效果更加直觀，如圖5所示。

圖5 箱體

3.2.2 Revit動(dòng)態(tài)漫游與交底投圖

Revit軟件為三維模型提供了可視化功能，它是BIM平臺(tái)展示設(shè)計(jì)成果的重要形式之一。我們可以通過(guò)動(dòng)態(tài)漫游直觀地看到集裝箱的主體外觀，查看箱體的各個(gè)轉(zhuǎn)角處以及箱體內(nèi)部，以此來(lái)判斷模型是否存在缺陷，從而實(shí)現(xiàn)可視化管理。

在創(chuàng)建漫游時(shí)，我們需要在平面視圖內(nèi)繪制適合的路徑，以便更好地觀察模型。我們可以創(chuàng)建兩個(gè)模型的動(dòng)態(tài)漫游，以分別觀察模型的內(nèi)外兩個(gè)部分。在繪制內(nèi)部漫游路徑時(shí)，需要將關(guān)鍵幀放置到箱體內(nèi)部轉(zhuǎn)角處，以集裝箱后門(mén)為入口，調(diào)整相機(jī)角度，有利于直觀地展示箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。外部漫游路徑也同樣，設(shè)置合理的相機(jī)角度，由遠(yuǎn)及近，由上而下，環(huán)繞箱體設(shè)置關(guān)鍵幀[6]。

通過(guò)漫游發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì)模型修正后，在軟件中創(chuàng)建剖面、立面二維圖紙，完成圖紙修訂。技術(shù)人員根據(jù)圖紙內(nèi)容對(duì)施工人員在工作技術(shù)、質(zhì)量要求、工作方法及措施等方面進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，施工人員隨之依照二維圖紙下料制作。如圖6、圖7所示。

圖6 集裝箱剖面圖

圖7 集裝箱立面圖

4 施工管理

接到訂單后，設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)客戶意愿進(jìn)行BIM數(shù)字化模型創(chuàng)建，以此模型為基礎(chǔ)與客戶進(jìn)行深入交流，達(dá)成共識(shí)，形成書(shū)面修訂意見(jiàn)。根據(jù)修訂意見(jiàn)，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化模型，并經(jīng)用戶最終確認(rèn)。依據(jù)確認(rèn)模型進(jìn)行投圖、輸出集裝箱全套加工圖，以便工廠的施工人員進(jìn)行加工。

4.1 質(zhì)量控制

對(duì)于集裝箱加工項(xiàng)目而言，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安裝尤為重要，一旦安裝質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力不達(dá)標(biāo)，鋼結(jié)構(gòu)受力不均勻，則會(huì)破壞箱體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；诖耍梢岳肂IM的預(yù)建造技術(shù)，將箱體各個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行組裝模擬，并進(jìn)行受力分析，確保各個(gè)構(gòu)件的加工質(zhì)量及箱體組裝質(zhì)量。在構(gòu)件加工及箱體組裝過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員借助BIM數(shù)字化模型適時(shí)提供指導(dǎo)，從而有效控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安裝質(zhì)量[7]。

4.2 成本控制

傳統(tǒng)的項(xiàng)目建造，在設(shè)計(jì)階段無(wú)法預(yù)判各個(gè)構(gòu)件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)偏差，因此難免造成各個(gè)偏差累計(jì)，從而造成無(wú)法修訂的錯(cuò)誤。應(yīng)用BIM技術(shù)的Revit建模軟件，對(duì)模型的各交叉點(diǎn)進(jìn)行碰撞檢查，在施工前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修正，從而減少設(shè)計(jì)變更，有效地節(jié)約成本[8]。同時(shí)，BIM模型豐富的參數(shù)信息能夠在不同的階段實(shí)現(xiàn)多維度的成本分析，由此實(shí)現(xiàn)有效的、具有針對(duì)性的成本管控?？蓪⒑谐杀拘畔⒌腂IM模型導(dǎo)入BIM5D平臺(tái)中，應(yīng)用BIM5D對(duì)整個(gè)工程成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與管控[9]。

4.3 工期控制

BIM技術(shù)運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)理論，在規(guī)劃以及設(shè)計(jì)階段建立數(shù)字化信息模型，有效提高施工技術(shù)水平。設(shè)計(jì)者通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)箱體進(jìn)行參數(shù)化建模，根據(jù)參數(shù)化模型給施工人員提供更加科學(xué)的施工方案。施工時(shí)以BIM技術(shù)作為指導(dǎo)，能夠大大降低工作量，不僅避免了資源的浪費(fèi)，同時(shí)達(dá)到了縮短工期的效果。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用于集裝箱項(xiàng)目中的前景展望

目前大型集裝箱項(xiàng)目全壽命周期中不確定因素較多，為克服這些缺點(diǎn)，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行管理。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立BIM數(shù)字化模型，對(duì)集裝箱的幾何信息、功能信息、管理信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)集成與一體化管理。

應(yīng)用BIM技術(shù)檢查交叉點(diǎn)碰撞，提前發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，可以有效地減少圖紙的變更，從而在節(jié)約時(shí)間和材料的基礎(chǔ)上，完成模型的優(yōu)化，使時(shí)間和材料得到最大化地的利用。BIM技術(shù)在集裝箱上的應(yīng)用，將為運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大效益，使規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、運(yùn)營(yíng)管理乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和管理效率得到顯著提高。

6 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用Revit創(chuàng)建各類構(gòu)件，輔以Sketch Up（草圖大師）完成所有模型的創(chuàng)建，并應(yīng)用ESCAPE進(jìn)行產(chǎn)品的渲染。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)BIM技術(shù)各個(gè)軟件之間模型互導(dǎo)困難問(wèn)題進(jìn)行多次探討和嘗試，最終采取利用中間格式實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換?？梢?jiàn)，BIM技術(shù)與集裝箱項(xiàng)目生產(chǎn)相融合的實(shí)踐為集裝箱的快速生產(chǎn)以及集裝箱行業(yè)的良性發(fā)展提供了新思路[10]。