張 勇 王 堯 黨曉偉

中國三安建設集團有限公司 陜西 西安 710043

1、前言

近年來隨著BIM技術在民用房屋建筑應用方向上取得突破性進展，作為BIM技術的應用者，在工業(yè)機電安裝類項目中涉及化工、制造、食品等多個領域[1]，開始嘗試多專業(yè)BIM協(xié)同設計、結(jié)合生產(chǎn)工藝，建立相關工藝設備、工藝二次結(jié)構(gòu)、工藝動力輔助設備管線的BIM模型，在項目開工前嘗試進行工藝布局、物流通道、操作空間等與未來生產(chǎn)相關的生產(chǎn)模擬工作，通過各專業(yè)間的協(xié)同設計，實現(xiàn)工程項目的精細化建造，提升工業(yè)項目的整體建造品質(zhì)。

2、工業(yè)項目BIM技術應用特點

1） 專業(yè)全面、接口眾多

工業(yè)項目除廠房建筑、結(jié)構(gòu)、設備專業(yè)外，還包括工藝生產(chǎn)所涉及的設備，以及與生產(chǎn)相關的產(chǎn)品管道、介質(zhì)管道、動力管道和工藝二次結(jié)構(gòu)等多專業(yè)內(nèi)容，在整個BIM技術應用過程中不僅要考慮建筑與設備的關系、還要考慮建筑與管網(wǎng)、設備與二次結(jié)構(gòu)、設備與管網(wǎng)之間的關系，因此在工業(yè)項目BIM技術應用過程中并不是單一建模軟件就可以覆蓋全專業(yè)，而需要采用多軟件進行各專業(yè)建模工作，在目前實施的項目中，主要采用Revit、Tekla 、Rebro等軟件進行協(xié)同設計建模[2]。建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)使用Revit來進行建模，工藝鋼構(gòu)使用Tekla軟件進行建模及節(jié)點深化，工藝設備和管網(wǎng)使用Rebro軟件進行工藝設備建模布局以及工藝管線排布，利用多軟件協(xié)同，最終解決工業(yè)項目相對復雜的項目特點。

2） 工藝鋼結(jié)構(gòu)復雜，荷載驗算量大

工業(yè)項目中工藝設備受空間或流程限制，采取豎向布置，同時工藝設備往往載荷較大，就造成了與設備相關的鋼結(jié)構(gòu)相對復雜，同時要考慮設備運行的動載荷以及震動可能引起的結(jié)構(gòu)共振。因此主裝置的結(jié)構(gòu)設計過程中[3]，利用工藝設備模型和鋼結(jié)構(gòu)模型進行不斷推演優(yōu)化，確定最優(yōu)的工藝布局，同時進行工藝鋼結(jié)構(gòu)荷載和穩(wěn)定性的驗算，對結(jié)構(gòu)薄弱部位根據(jù)驗算結(jié)果進行相應的加強，以保證最終滿足規(guī)范和使用要求。

3） 工藝設備種類多樣、建模工作量大

在各領域工業(yè)項目建設中，涉及各種類型外形復雜的設備，各設備廠家不能提供完整的設備族。而完整精確的設備建模是各專業(yè)協(xié)同優(yōu)化的基礎和主要參照[4]。在設備族建模的過程中在保證各類型設備外型幾何尺寸的前提下，重點確保各接口部位的精細化和準確定位，以滿足各專業(yè)協(xié)同優(yōu)化的需求。項目實施過程中一些舊設備會依然使用，由于此類設備圖紙資料不齊全，需要對設備實際測量后進行建模，過程中為控制測量數(shù)據(jù)誤差，采用多次測量取平均的方法完成設備建模數(shù)據(jù)的收集。設備建模完成后，將不同種類的設備按照類別進行分類編號，以供后續(xù)同類項目調(diào)用。

部分設備模型樣例

4） 工藝管線種類多、空間受限，深化設計難度大

在工業(yè)項目中公用和工藝管線眾多，受工藝結(jié)構(gòu)和配套附屬設施的限制，在有限的空間中工藝管線排布難度非常大。傳統(tǒng)項目往往由于前期規(guī)劃或施工過程中實施方案有誤，造成工程的大量返工和工藝管線布局散亂，因此在項目前期利用BIM技術對各類型管線進行深化設計，在充分了解業(yè)工藝需求的基礎上，準確掌握設備的能源需求，進行管線綜合優(yōu)化設計，在保證生產(chǎn)需要的同時兼顧管線布局的美觀合理性，篩選最優(yōu)路徑，確定最終的優(yōu)化設計方案，在施工階段根據(jù)需要出具各專業(yè)的復雜節(jié)點的施工圖紙。

3、工業(yè)項目BIM技術應用流程

在工業(yè)項目應用過程中，第一步針對項目制定符合項目應用目標的策劃文件，包括應用過程中所使用的主要軟件、模型精度要求、應用過程中所需的規(guī)范和標準，前期甲方提供的資料文件。第二步根據(jù)標準建立相關專業(yè)的模型，整合各專業(yè)模型。第三步根據(jù)生產(chǎn)工藝制作整體工藝布局方案并與相關方進行討論，確定最終工藝方案，在工藝方案的基礎上進行管網(wǎng)設計和空間管理工作。第四步主要是應用成果輸出，包括設備布局圖、管線布局圖、支吊架布局圖、鋼結(jié)構(gòu)加工項目等于項目實施相關的成果文件。

4、工業(yè)項目BIM技術應用過程

1） BIM技術應用組織與分工

根據(jù)策劃文件的要求，結(jié)合項目特點和節(jié)點，制定BIM進度計劃并配置相關資源。

廠房建模及深化：負責廠房模型建立，按照圖紙精準建立模型，并可為后續(xù)專業(yè)建模做好定位基礎。

鋼結(jié)構(gòu)建模及深化：負責利用Tekla進行鋼結(jié)構(gòu)基礎模型建立及優(yōu)化修改，使用YJK軟件進行鋼結(jié)構(gòu)主框架模型建立，交由設計院進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和荷載驗算，待驗算通過后進行鋼結(jié)構(gòu)深化出圖。

公用工藝管線建模及深化：使用Rebro對主要設備管線、橋架、支吊架、消防設施等進行建模，優(yōu)化設備布局、深化管線布局，并生成的管線平面圖布置圖、剖面圖、支吊架定位安裝圖，機加工圖等。

設備建模：負責所有設備建模，1:1還原設備外形，模型準確率達95%以上。并協(xié)助甲方完成通用設備的選型。

2） BIM技術應用資料收集

收集完整的建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)圖紙和設備模型資料，了解工藝系統(tǒng)，把握設計意圖；收集設備信息，明確安裝方式、安裝空間、維修空間、接口方式，進行分類整理，為深化設計做準備；加強與工藝人員的溝通協(xié)調(diào)，確定各區(qū)域工藝流程，充分理解項目所在地的設計和施工規(guī)范，明確BIM模型標準和相關要求。

3） BIM技術應用要點

（1） 土建專業(yè)和機電專業(yè)建模。協(xié)同各專業(yè)確定項目基點及標高軸網(wǎng)，根據(jù)設計藍圖制作異型構(gòu)件族并按照規(guī)范命名與賦予材質(zhì)。合理利用剖面圖與參照平面功能處理標高變化，按建筑與結(jié)構(gòu)兩大類項目使用樣板文件分構(gòu)件分類別創(chuàng)建建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)模型，使用鏈接與綁定功能實現(xiàn)建筑與結(jié)構(gòu)模型的整合。以整合的土建專業(yè)模型為參照，創(chuàng)建機電專業(yè)模型，最終實現(xiàn)模型的整體聯(lián)動與成果輸出。

（2） 工藝設備與工藝鋼結(jié)構(gòu)BIM方案初步模擬，使用Rebro軟件建立設備模型，并初步確定設備布局，再利用Tekla進行工藝鋼結(jié)構(gòu)設計。過程中根據(jù)工藝需求，調(diào)整優(yōu)化設備及配套工藝鋼結(jié)構(gòu)布局，通過優(yōu)化比選確定最優(yōu)的方案。

（3） 設備布局及配套工藝鋼結(jié)構(gòu)方案確定后，使用YJK進行結(jié)構(gòu)驗算，待驗算通過后導入Tekla進行深化設計，包括節(jié)點深化設計、加設樓梯扶手等。

（4） 根據(jù)定案的設備和工藝結(jié)構(gòu)布局進行工藝管線和支吊架的排布等綜合設計，并形成最終的全專業(yè)整體模型。

（5） 根據(jù)最終版模型，進行相應的成果輸出和應用。主要輸出成果包括：工程量統(tǒng)計；設備基礎平面圖、設備安裝平面圖、工藝鋼結(jié)構(gòu)的安裝圖、預留預埋孔洞圖、支吊架排布圖和加工圖、管道系統(tǒng)圖等圖紙。

5、結(jié)束語

1） 在工業(yè)項目應用過程中，通過多軟件協(xié)同，實現(xiàn)了工藝方案的優(yōu)化，有效減少了設計錯誤、保證了設計質(zhì)量，使項目各參與方能更有效的協(xié)同工作，提升項目管理效率。

2） 在項目施工階段，實現(xiàn)了工程量統(tǒng)計、優(yōu)化設計和施工出圖、機電管線預制加工、現(xiàn)場的三維可視化交底、施工進度和成本的管控等應用，在項目的安全、質(zhì)量、工期、成本等方面發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢。

3） 在鋼結(jié)構(gòu)設計過程中將YJK 和Tekla軟件兩者有機結(jié)合，在保證復雜工藝結(jié)構(gòu)深化設計和施工安全性、可靠性的同時，減少了二次建模。

4） 為各專業(yè)領域?qū)I(yè)設備族庫的擴充和開發(fā)積累了數(shù)據(jù)信息和經(jīng)驗。

5） 對比傳統(tǒng)的“邊施工、邊設計、邊修改”的施工模式，運用BIM技術多專業(yè)協(xié)同和三維可視化模擬，探索出一條“BIM+設計”的新模式，為工業(yè)項目的升級改造提供了有效的技術支撐和保障。