BIM技術(shù)在福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園的應用實踐

謝 軍

(漳浦海峽發(fā)電有限公司，福建 漳州 363200)

福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園(以下簡稱產(chǎn)業(yè)園)是中國長江三峽集團有限公司與福州市屬國有企業(yè)共同投資建設的海上風電裝備制造基地。產(chǎn)業(yè)園位于福建省福州市江陰港城經(jīng)濟區(qū)，毗鄰天然深水良港江陰港，一期規(guī)劃用地約66.7 hm2，總建筑面積約21.4萬m2。規(guī)劃建設辦公生活區(qū)、風機一廠、電機廠、結(jié)構(gòu)件廠、葉片廠、風機二廠、檢測認證中心等區(qū)域。旨在通過引進并聚集國際、國內(nèi)知名的海上風電設備研發(fā)、制造企業(yè)，形成海上風電裝備技術(shù)研發(fā)、設備制造、檢測認證、運行維護、遠程控制為一體的世界級海上風電產(chǎn)業(yè)集群。產(chǎn)業(yè)園的建設、運營，對于打造海上風電“大國重器”，提升海上風電裝備制造水平，降低海上風電設備采購成本和運維成本，具有十分重要的作用。

按照高標準、高起點、智能、綠色的理念，產(chǎn)業(yè)園致力于打造立足福建、面向全國、輻射全球的海上風電國際一流產(chǎn)業(yè)基地。產(chǎn)業(yè)園擬規(guī)劃建設集光伏、風電、儲能、充電樁為一體的智能微網(wǎng)；產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃之初，即倡導采用BIM技術(shù)，貫穿項目的各階段，基于BIM系統(tǒng)建設智慧園區(qū)；申請綠色建筑設計認證、運營認證。

BIM應用貫穿項目的各個階段，涵蓋設計、施工、竣工運維等四個階段。BIM模型經(jīng)過四次迭代，分別是設計模型、施工深化模型、竣工模型和運維模型。各單體模型由建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、電氣模型、給排水模型和暖通模型等組成。產(chǎn)業(yè)園BIM系統(tǒng)包含2個平臺，即三維協(xié)同管理平臺、全生命周期管理平臺，最終實現(xiàn)三維數(shù)字化交付功能。其中各單體的建筑、結(jié)構(gòu)、機電模型共同構(gòu)筑三維協(xié)同管理平臺，BIM協(xié)同管理平臺、BIM+GIS運維管理平臺共同構(gòu)筑全生命周期管理平臺，見圖1。

1 BIM系統(tǒng)在設計階段應用

1.1 設計階段BIM技術(shù)要求與工作流程

設計階段，參考現(xiàn)有BIM標準規(guī)范，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)園項目的特點，編制了產(chǎn)業(yè)園BIM的技術(shù)應用標準文件，詳細規(guī)定了建模精細度要求、模型構(gòu)件命名規(guī)則及交付要求，作為模型交付的技術(shù)指導參考文件。

產(chǎn)業(yè)園BIM采用Autodesk Revit應用軟件為主，Navisworks碰撞檢查與漫游、PKPM結(jié)構(gòu)計算分析、族庫大師等應用軟件為輔。鑒于產(chǎn)業(yè)園項目具有體量大、專業(yè)多、內(nèi)容復雜等特點，采用主流配置、高級配置等兩類計算機作為設計硬件平臺，其中單專業(yè)BIM設計使用主流配置電腦，模型整合和動畫渲染使用高級配置電腦。

項目啟動后，編制了設計工作流程(見圖2)，理清了設計階段BIM程序，為打造智慧產(chǎn)業(yè)園在設計階段提供了有力保障。

圖2 產(chǎn)業(yè)園BIM設計工作流程圖

1)BIM項目管理員創(chuàng)建樣板文件、中心模型和標高軸網(wǎng)；

2)土建專業(yè)BIM設計人員創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)模型；

3)機電專業(yè)BIM設計人員在土建模型上進行機電設計；

4)各專業(yè)BIM設計人員進行管線綜合及碰撞檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整模型；

5)BIM分析人員進行建筑性能分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整模型；

6)各專業(yè)BIM設計人員根據(jù)BIM模型出二維施工圖。

根據(jù)各專業(yè)初步設計成果，創(chuàng)建相應的BIM模型，模型精度滿足LOD300以上。單體建筑各專業(yè)模型采用同一個項目原點和標高軸網(wǎng)，以便模型整合和后期的模型校核與碰撞檢查。

1.2 設計階段主要BIM技術(shù)應用成果

1)三維可視化。與傳統(tǒng)的CAD圖紙相比，建筑信息模型具有“所見即所得”的優(yōu)點。利用建筑信息模型可以將復雜建筑造型或內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過三維可視化的方式便捷、直觀地向項目參建人員展現(xiàn)。使得項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行，提高了項目的溝通效率。

2)校核圖紙、提高設計質(zhì)量。三維設計建模過程中，對圖紙進行復核，找到對應的圖紙問題，生成對應的錯誤檢查報告并反饋各專業(yè)設計人員。比如產(chǎn)業(yè)園大廈共發(fā)現(xiàn)60處土建問題的錯誤、26處機電問題的錯誤。

3)管線綜合、碰撞檢查與優(yōu)化。三維管線綜合與碰撞檢查主要應用于機電專業(yè)模型，應用BIM軟件檢查施工圖設計階段的碰撞，完成建筑項目設計圖紙范圍內(nèi)各種管線布設與建筑、結(jié)構(gòu)平面布置和豎向高程相協(xié)調(diào)的三維協(xié)同設計工作，以避免空間沖突，提高施工圖設計質(zhì)量。

通過BIM對產(chǎn)業(yè)園各單體建筑的機電管線模型以及場地管網(wǎng)模型進行碰撞檢查，生成碰撞檢查報告，針對碰撞位置進行管線優(yōu)化與調(diào)整，優(yōu)化后的模型用于指導機電安裝，可有效減少項目返工頻次，節(jié)約建設成本，提高管理水平。

4)虛擬漫游。設計階段采用相關軟件進行建筑內(nèi)部虛擬仿真漫游，可依據(jù)指定的漫游路線制作建筑物內(nèi)外部虛擬動畫，項目參建各方相關人員不僅能直觀感受建筑物內(nèi)部空間布置效果，并可以進行凈空凈高核查，輔助設計評審，進而優(yōu)化設計方案。

2 施工階段BIM應用

BIM在施工階段的應用主要包括三維可視化設計施工，三維可視化設計施工技術(shù)交底，三維校核圖紙，管線綜合碰撞檢查與優(yōu)化，虛擬漫游，施工方案可視化交底，鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化加工，施工進度模擬，孔洞預留優(yōu)化等。通過上述技術(shù)，BIM在施工階段具有以下優(yōu)點：設計方案比選、準確表達設計意圖、減少返工頻次、指導現(xiàn)場施工、精確算量、直觀明了提高交底效率、有效實現(xiàn)工序交叉管理、節(jié)約施工成本、優(yōu)化工期節(jié)點。

比如，碰撞檢測在辦公生活區(qū)共發(fā)現(xiàn)了504個碰撞點，在發(fā)現(xiàn)碰撞問題后，對碰撞點進行了調(diào)整，避免了這些部位的返工，節(jié)約工期20 d，節(jié)約成本至少120萬元；風機結(jié)構(gòu)件廠、風機一廠、配套廠及綜合站房在碰撞檢測中共發(fā)現(xiàn)608個碰撞點，通過BIM調(diào)整后，有效減少返工頻次，節(jié)約工期30 d，節(jié)約成本150余萬元。

2.1 圖紙會審與深化設計

利用碰撞檢查功能，找出碰撞問題，列出清單逐一解決，解決圖紙深化過程中的問題，提高圖紙質(zhì)量，減少由于施工圖紙問題造成的返工現(xiàn)象，有效實現(xiàn)施工質(zhì)量的預控。

2.2 可視化交底

搭建鋼筋模型生成鋼筋清單，利用BIM的可視化特點進行現(xiàn)場交底。利用Lumion軟件進行基坑開挖施工模擬，優(yōu)化施工流程，詳見圖3。鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化加工，安裝流程進行可視化交底，詳見圖4。還可指導孔洞預留的準確位置等。

圖3 基坑開挖施工模擬

2.3 施工進度模擬

通過BIM模型中的任務管理器將編制好的進度計劃進行動態(tài)關聯(lián)，直接查看完成狀態(tài)和信息，為項目工期計劃制定提供可靠依據(jù)，同時也為工序交叉管理提供了有力依據(jù)。

2.4 凈高優(yōu)化

以原材料試驗樓為例，原材料實驗樓層1～4層最低標高分別為2.9、2.6、2.6、2.6 m，按照最低標高對各層機電管線進行優(yōu)化，既滿足施工要求，又滿足凈高要求，1～4層標高分別為3.4、2.78、2.78、2.84 m的管底標高。

2.5 工程量精確計算

采用BIM可實現(xiàn)工程量精確計算。比如，產(chǎn)業(yè)園大廈以BIM模型為基礎進行混凝土、砌體材料、設備管線等工程量進行精確計算，提高材料下單數(shù)量的準確性，實現(xiàn)工程量精細化管理的要求。

2.6 有助于減少工作人員

通過BIM技術(shù)實現(xiàn)3D交底和車間預制化，弱化了現(xiàn)場安裝工人的技術(shù)要求，各個班組專業(yè)技術(shù)工種可縮減。比如，采用BIM對安裝模型的深化，使得各種管道可在車間集中式預制成為可能，可大大減少現(xiàn)場懸空焊接，從而減少施工人員。

3 BIM系統(tǒng)在運維階段應用

運維管理平臺綜合了前期設計、施工和竣工各階段的成果，形成一個綜合性平臺，主要是采集現(xiàn)場各種設備的實時數(shù)據(jù)，如安防管理、環(huán)境能耗、消防系統(tǒng)、被監(jiān)控設備的故障等實時數(shù)據(jù)，為運營期提供決策依據(jù)。

在此基礎上，燈光可以根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境自動調(diào)節(jié)照度；風機可以根據(jù)室內(nèi)或地下車庫的空氣質(zhì)量自動調(diào)節(jié)風量；某個區(qū)域出現(xiàn)不該出現(xiàn)的人，平臺會報警；若有火災，平臺會根據(jù)各安全通道的擁擠程度，計算出更合理的路徑等。

運維管理平臺模型經(jīng)過設計模型、施工深化模型和竣工模型三個階段的不斷完善，可以準確表達位置信息和數(shù)據(jù)信息。結(jié)合運營期需求，梳理運維設備詳細清單，在竣工模型基礎上，補充運維設備模型。設備模型編碼具有如下特點：設備編碼唯一、位數(shù)盡量少、具備可擴展性、與其他系統(tǒng)的接口問題等。參考有關規(guī)范，根據(jù)項目實際情況明確設備清單，制定編碼規(guī)則文件。

通過現(xiàn)場布置的大量傳感器和被監(jiān)控設備數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)信息采集到運維管理平臺。通過制定統(tǒng)一的接口協(xié)議解決各種數(shù)據(jù)接口問題。

產(chǎn)業(yè)園項目運維管理平臺具有以下功能：門禁系統(tǒng)(一卡通)，入侵報警系統(tǒng)，電子巡更系統(tǒng)，停車場管理系統(tǒng)(道閘管理)，電梯管理，視頻接入，環(huán)境系統(tǒng)，能耗系統(tǒng)，機房，水泵房設備，CO、CO2傳感器監(jiān)測及排風機聯(lián)動，供配電的接口接入，消防系統(tǒng)監(jiān)控等，見圖5。

圖5 運維管理平臺功能圖

4 BIM在協(xié)同管理平臺的應用

針對產(chǎn)業(yè)園項目研發(fā)的協(xié)同管理平臺，整合了設計成果，用于指導施工，為項目的推進提供技術(shù)支撐。

設計階段，成果共享到平臺上，包括全專業(yè)設計模型、相關碰撞檢查優(yōu)化報告、匯報材料、項目變更單及月報等。

施工階段，根據(jù)平臺上的資料，施工方可以及時、準確地理解設計意圖，編寫施工組織計劃，深化施工模型。先在計算機上驗證施工方案的可行性，提前發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

借助該平臺的模型展示功能，在不需要安裝客戶端軟件的情況下，即可通過桌面端瀏覽器、手機和平板電腦查看模型。并可對模型進行任意剖切，查看建筑物內(nèi)部構(gòu)造，隨時查看任意構(gòu)件的屬性信息。

5 結(jié) 語

目前，產(chǎn)業(yè)園風機一廠、配套廠、風機結(jié)構(gòu)件廠已交付使用，辦公生活區(qū)、綜合站房已投運。BIM的應用也將逐漸由設計、施工階段轉(zhuǎn)向運維階段，對BIM的應用也將逐步深化，尤其是運維階段的應用尚在起步階段，還需要探討與實踐。之前，運維企業(yè)僅僅使用BIM竣工模型，就可達到提升運維效率和降低運維成本的作用。隨著BIM的深化，借助BIM及相關技術(shù)搭建統(tǒng)一的數(shù)字化運維管理平臺，實現(xiàn)BIM運維階段的應用，進而提升項目在長期運營過程中的價值，進一步提升運維效率和降低運維成本，提高物業(yè)管理效率與質(zhì)量。

BIM已在產(chǎn)業(yè)園項目中廣泛使用，產(chǎn)業(yè)園公司將以BIM系統(tǒng)為基礎打造智慧園區(qū)，為建設國際一流海上風電基地智慧化、智能化提供支撐。