煤礦項(xiàng)目BIM應(yīng)用思考

2013-12-31 00:00:00張克清李艾諾郭欣旺

電子世界 2013年24期

【摘要】BIM是建筑領(lǐng)域的重大技術(shù)革命，給建筑業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響，目前已在民用建筑項(xiàng)目領(lǐng)域有所使用，本文在介紹BIM含義、核心理念和應(yīng)用價值的基礎(chǔ)上，對煤礦項(xiàng)目應(yīng)用BIM進(jìn)行了需求分析，并在此基礎(chǔ)對煤礦項(xiàng)目應(yīng)用BIM前景進(jìn)行展望，提出了對策建議。

【關(guān)鍵詞】煤礦項(xiàng)目；BIM；應(yīng)用

BIM是繼計算機(jī)CAD技術(shù)取代傳統(tǒng)手工繪圖后建筑領(lǐng)域的又一次重大革命，它以建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性幾大特征，通過創(chuàng)新的信息技術(shù)和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，大大消除了建筑行業(yè)中各種形式的浪費(fèi)和低效，給建筑業(yè)帶來了巨大的影響。目前國內(nèi)外許多民用建筑項(xiàng)目已采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和施工，取得了巨大效益，如美國紐約世貿(mào)大事原址新建的自由大廈、澳大利亞墨爾本尤利卡大廈、北京水立方奧運(yùn)場館等。本文探討B(tài)IM在煤礦項(xiàng)目中的應(yīng)用需求及前景。

一、BIM含義及核心理念

（一）BIM含義

關(guān)于BIM，2007年《美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》對“Building information Model （BIM）”和“Building information Modeling （BIM）”分別給出了定義：“Building information Model （BIM）”是指設(shè)施的物理和功能特性的一種數(shù)字化表達(dá)，從設(shè)施的生命周期開始它就作為其形成可靠的決策基礎(chǔ)信息的共享知識資源；“Building information Modeling （BIM）”是指建立設(shè)施電子模型的行為，其目標(biāo)是可視化、工程分析、沖突分析、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)檢查、工程造價、竣工產(chǎn)品、預(yù)算編制和其他用途。

同時《美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》在前言中又提出：BIM無論是用來指一個產(chǎn)品——Building information Model，還是一個活動Building information Modeling，或者是一個系統(tǒng)Building information Management，都是一個減少行業(yè)浪費(fèi)、減少破壞、為行業(yè)產(chǎn)品增值、提高居住著使用性能的關(guān)鍵因素。因此BIM的含義還應(yīng)該包括Building information Management。

基于此，李建成提出BIM的含義應(yīng)當(dāng)包括三個方面[1]：

1.BIM是建筑項(xiàng)目所有信息的數(shù)字化表達(dá)，是一個可以作為建筑項(xiàng)目虛擬替代物的信息化電子模型，是在開放標(biāo)準(zhǔn)和互操作性基礎(chǔ)上建立的共享信息的資源。

2.BIM是建立、完善建筑項(xiàng)目信息化模型的行為，項(xiàng)目的各個參與方可以根據(jù)各自職責(zé)對模型信息插入、提取、更新和修改，以支持建筑項(xiàng)目的各種需要。

3.BIM是一個透明的、可復(fù)制的、可核查的、可持續(xù)的協(xié)同工作環(huán)境，在這個環(huán)境中各參與方在建筑項(xiàng)目全生命周期中都可以及時溝通，共享項(xiàng)目信息，并通過分析信息作出決策和改善建筑工程項(xiàng)目的交付過程，是項(xiàng)目得到有效的管理。

（二）BIM核心理念

BIM的核心理念是“信息充分交流、消除浪費(fèi)低效”，即通過能支持信息創(chuàng)建、共享和更新的中央數(shù)據(jù)庫模型，將橫向貫穿項(xiàng)目全生命周期各階段相互聯(lián)系的項(xiàng)目目標(biāo)綜合起來[2]，及早引入項(xiàng)目參與各方，充分分享交流信息，糾正錯誤，減少浪費(fèi)，節(jié)省成本，保證項(xiàng)目按照計劃進(jìn)行并按時完工，同時為項(xiàng)目運(yùn)營、維修提供信息支持。

二、BIM應(yīng)用價值

（一）在設(shè)計方面

1.三維可視直觀設(shè)計[3]。BIM采用三維設(shè)計技術(shù)，設(shè)計成果為三維空間數(shù)字化建筑信息模型，所見即所得，一方面可以降低建筑設(shè)計理解難度，方便分析交流，另一方面可以有效地解決建筑設(shè)計中空間復(fù)雜和局促部位的設(shè)計難題。同時BIM可以滿足所有二維出圖要求。

2.智能聯(lián)動關(guān)聯(lián)設(shè)計。BIM設(shè)計數(shù)據(jù)之間建立了實(shí)時一致性關(guān)聯(lián)，源于同一模型的所有設(shè)計圖紙、圖表均相互關(guān)聯(lián)，對模型的任何修改可以及時在模型其他關(guān)聯(lián)處反映出來，智能聯(lián)動，提高效率。

3.高效準(zhǔn)確自動統(tǒng)計。BIM將所有設(shè)計數(shù)據(jù)集合于中央數(shù)據(jù)庫，可以按照要求自動統(tǒng)計項(xiàng)目工料用量、投資造價等內(nèi)容，方便設(shè)計者和業(yè)主分析投資、材料、建筑之間的關(guān)系，提高造價控制水平。

4.方便嚴(yán)謹(jǐn)協(xié)同設(shè)計。BIM以統(tǒng)一的信息模型為基礎(chǔ)，使不同專業(yè)、不同地點(diǎn)的設(shè)計人員可以在一個統(tǒng)一的信息模型上協(xié)同工作，消除溝通不暢和信息缺失帶來的問題，提高設(shè)計效率。

5.科學(xué)快速模擬計算。BIM可以提供良好的數(shù)據(jù)交換功能，可以通過分析、模擬計算軟件對設(shè)計的各個環(huán)節(jié)和系統(tǒng)進(jìn)行各種分析和模擬計算（如碰撞檢查、節(jié)能分析等），優(yōu)化設(shè)計思路和方案，提高設(shè)計水平。

（二）在建造方面

1.虛擬施工指導(dǎo)[4]。BIM利用三維可視功能和模擬計算功能可以提供項(xiàng)目施工模擬，通過虛擬施工發(fā)現(xiàn)施工難點(diǎn)，合理安排施工工序和施工進(jìn)度，不斷完善施工方案，避免施工返工和材料浪費(fèi)。

2.精確計劃施工材料。BIM利用自動統(tǒng)計功能可以快速獲得工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拆分實(shí)物量，為材料采購提供及時準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為施工現(xiàn)場材料領(lǐng)用提供時間和數(shù)量等數(shù)據(jù)支撐。

3.階段性成本控制。BIM利用自動統(tǒng)計功能可以實(shí)時對項(xiàng)目工程成本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，可以及時了解工程成本動態(tài)變化，提高項(xiàng)目階段性成本控制能力，提高項(xiàng)目造價控制水平。

（三）在總部管控方面

BIM可以給總部管控提供一個項(xiàng)目管理支撐平臺，在這個平臺上可以隨時隨地快速獲得項(xiàng)目最新、最準(zhǔn)確、最完整和最可靠的多維度項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投資和進(jìn)度控制，提高管控能力[4]。

（四）在項(xiàng)目管理模式方面

BIM打破了設(shè)計階段與施工階段分離的現(xiàn)狀，在項(xiàng)目設(shè)計階段引入施工參與方，項(xiàng)目參與各方在建筑信息模型基礎(chǔ)上充分分享信息，交流溝通，協(xié)同工作，及早糾正設(shè)計中存在錯誤，減少浪費(fèi)，節(jié)省成本，保證項(xiàng)目建設(shè)工期。

三、煤礦項(xiàng)目BIM應(yīng)用需求分析

相比于民用建筑項(xiàng)目，煤礦項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容更加豐富，涉及專業(yè)更加廣泛，投資金額更加巨大，建設(shè)周期也更長，對于BIM的應(yīng)用需求也更加強(qiáng)烈。

（一）煤礦項(xiàng)目位于地下，無法直觀審視項(xiàng)目布局，需要BIM三維可視設(shè)計技術(shù)來方便項(xiàng)目參與各方溝通交流。煤礦項(xiàng)目應(yīng)用BIM后，可將地質(zhì)勘探報告三維數(shù)字化，在立體空間展示井田范圍地層分布情況、煤炭賦存情況、地質(zhì)構(gòu)造情況；可以將井田開拓開采布置三維數(shù)字化，在立體空間展示井口位置、井筒特征、大巷和工作面布置情況；同時將煤礦項(xiàng)目設(shè)備布置情況三維數(shù)字化，在立體空間展示礦井主要設(shè)備配置情況，方便業(yè)主和設(shè)計人員溝通交流。

（二）煤礦項(xiàng)目項(xiàng)目設(shè)計過程復(fù)雜，方案比選環(huán)節(jié)多，需要BIM智能關(guān)聯(lián)、協(xié)同設(shè)計、自動統(tǒng)計等技術(shù)來提高設(shè)計效率。煤礦項(xiàng)目設(shè)計過程中礦井設(shè)計能力、井口位置、開拓方式、首采區(qū)、采煤方法、設(shè)備選型、井下運(yùn)輸、提升方式等多個環(huán)節(jié)需要進(jìn)行多方案比選，比選涉及工藝技術(shù)、建設(shè)工期、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等多個角度[5]，應(yīng)用BIM后，可以應(yīng)用智能關(guān)聯(lián)設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、自動統(tǒng)計等功能，快速完成方案比選，提高設(shè)計水平，將設(shè)計人員的主要精力集中于項(xiàng)目設(shè)計構(gòu)思中。

（三）煤礦項(xiàng)目系統(tǒng)眾多、復(fù)雜，各系統(tǒng)交叉關(guān)聯(lián)，需要BIM協(xié)同設(shè)計、模擬計算等技術(shù)來提高項(xiàng)目建設(shè)效率。煤礦項(xiàng)目是一個系統(tǒng)工程，包括采煤系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)等六大系統(tǒng)，另外井下安全避險又包括監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、緊急避險、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò)等六大系統(tǒng)，應(yīng)用BIM后，設(shè)計人員可以實(shí)現(xiàn)中央數(shù)據(jù)庫下的系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計，同時可以應(yīng)用模擬計算技術(shù)對各個系統(tǒng)設(shè)計的功能完整性、系統(tǒng)協(xié)同性進(jìn)行模擬測試，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，避免項(xiàng)目返工，提高項(xiàng)目建設(shè)效率。

（四）煤礦項(xiàng)目建設(shè)周期長，可選施工方法和支護(hù)方式多，需要BIM虛擬施工技術(shù)來指導(dǎo)工程建設(shè)。煤礦項(xiàng)目井筒施工方法有普通法和特殊鑿井，普通法分為炮掘和機(jī)械掘進(jìn)，特殊鑿井法包括凍結(jié)法、注漿法、鉆井法、沉井法和帷幕法[6]；煤礦項(xiàng)目支護(hù)方式包括砌碹法、錨噴法和支架法。受地質(zhì)條件影響，煤礦項(xiàng)目建設(shè)工程中需根據(jù)地質(zhì)條件選擇不同的施工工藝和方法，同時采取不同的支護(hù)方式，如果遇到斜井和平硐長度較大時，還需要考慮選擇措施井縮短施工工期，應(yīng)用BIM虛擬施工技術(shù)可以多次模擬，在施工前確定最佳施工路線，保證煤礦項(xiàng)目順利建成。

（五）煤礦項(xiàng)目投資巨大，施工使用設(shè)備、材料眾多，需要BIM虛擬施工技術(shù)來合理安排施工設(shè)備、材料計劃，需要BIM自動統(tǒng)計技術(shù)來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本控制功能。煤礦項(xiàng)目動輒投資幾十億，采用BIM虛擬施工技術(shù)可以將施工路線、步驟，使用的設(shè)備、材料、用量、時間等事先分析計算出來，合理安排項(xiàng)目施工，同時可以實(shí)行限額領(lǐng)料措施，嚴(yán)格控制項(xiàng)目施工設(shè)備、材料使用；采用BIM自動統(tǒng)計技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤礦項(xiàng)目工程成本數(shù)據(jù)的實(shí)時搜集和獲取，可以實(shí)現(xiàn)從時間、工序、空間等多個維度對工程成本進(jìn)行多算對比[7]，及時發(fā)現(xiàn)成本管理過程中的問題并予以解決，提高項(xiàng)目投資管控水平。

四、煤礦項(xiàng)目BIM應(yīng)用前景及對策建議

（一）應(yīng)用前景

一方面，BIM在我國還處于起步階段，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還沒有制定完成，建筑業(yè)界使用的基于CAD專業(yè)應(yīng)用軟件數(shù)字化能力與BIM“數(shù)字化技術(shù)”要求差距較遠(yuǎn)[8]，同時BIM目前主要應(yīng)用于民用建筑領(lǐng)域，其他領(lǐng)域應(yīng)用較少，煤礦項(xiàng)目BIM應(yīng)用不可能一蹴而就；另一方面，BIM作為先進(jìn)生產(chǎn)力，帶動建筑業(yè)變革是大勢所趨，《2011-2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》已將加快BIM應(yīng)用列為發(fā)展重點(diǎn)[9]，《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》也已獲得住建部批準(zhǔn)立項(xiàng)，BIM在中國的發(fā)展應(yīng)用將勢不可擋，煤炭行業(yè)應(yīng)緊跟建筑業(yè)發(fā)展趨勢，及時跟進(jìn)，研究BIM在煤礦項(xiàng)目中應(yīng)用。

（二）對策建議

1.轉(zhuǎn)變思想，提高認(rèn)識。煤礦項(xiàng)目設(shè)計單位、施工單位和業(yè)主單位要清醒地認(rèn)識到BIM是從二維圖紙到三維設(shè)計和建造的信息革命，BIM應(yīng)用于煤礦項(xiàng)目必將給煤礦設(shè)計、施工和煤礦項(xiàng)目本身帶來深遠(yuǎn)的影響，相關(guān)人員應(yīng)從傳統(tǒng)的設(shè)計、建造和業(yè)主思想中跳出來，盡快完成傳統(tǒng)思想向BIM思想的轉(zhuǎn)變。

2.加強(qiáng)學(xué)習(xí)，積極探索。煤礦項(xiàng)目設(shè)計單位、施工單位和業(yè)主單位應(yīng)積極鼓勵從業(yè)人員學(xué)習(xí)了解BIM理論知識，參加BIM培訓(xùn)研討活動，實(shí)地參觀觀摩BIM項(xiàng)目實(shí)施案例，了解國際國內(nèi)BIM發(fā)展動態(tài)，掌握相關(guān)理論知識，積極探索BIM在煤礦項(xiàng)目中的應(yīng)用。

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