BIM技術(shù)在潔凈廠房工程中的應(yīng)用研究

姚 剛

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引言

微電子集成電路產(chǎn)業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境的要求越來越高，作為生產(chǎn)區(qū)的潔凈廠房較普通大型公共建筑有很大不同，其建筑面積大（通常單層面積達(dá)上萬平方米）、配套系統(tǒng)多（空調(diào)、純水、冷凍水、PCW、特氣等），工藝管線及配套系統(tǒng)管道繁多復(fù)雜。如何在施工階段做好空間管理，避免返工，成為施工單位必須要考慮的問題[1]。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具[2]，通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維方面很大程度上改變了傳統(tǒng)模式和方法，使項(xiàng)目信息共享、協(xié)同合作、溝通協(xié)調(diào)、成本控制、虛擬情境可視化、數(shù)據(jù)交付信息化、能源合理利用和能耗分析方面更加方便快捷，能夠大大提高人力、物料、設(shè)備的使用效率和社會經(jīng)濟(jì)效益，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)建筑施工領(lǐng)域以CAD技術(shù)應(yīng)用最為普遍，其以2D平面的形式呈現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等專業(yè)設(shè)計(jì)方案，可視性較差。在較復(fù)雜的工程項(xiàng)目中，BIM技術(shù)發(fā)揮的作用越來越多。應(yīng)用BIM技術(shù)的意義在于使整個建筑行業(yè)從高層級到低層級的所有管理系統(tǒng)和工作流程間的矩陣式溝通和多維性交互變得更加的完善，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目各個階段的數(shù)據(jù)化管理[3]。在項(xiàng)目的全過程周期管理中，BIM技術(shù)貫穿于設(shè)計(jì)、施工和竣工交付等階段。

2.1 設(shè)計(jì)階段

電子潔凈廠房常見建筑形式為回字形，其中央?yún)^(qū)域?yàn)楹诵纳a(chǎn)區(qū)，通常由技術(shù)下夾層、核心生產(chǎn)區(qū)、技術(shù)上夾層組成。四周區(qū)域?yàn)榕涮子梅?，一般由變電所、空調(diào)機(jī)房、化學(xué)品中轉(zhuǎn)庫、氣體制備及特氣間、污水處理中轉(zhuǎn)站及污水處理間、廢氣處理間等構(gòu)成。投產(chǎn)使用后，四周區(qū)域配套用房通過管道將氣體動力等條件輸送至核心生產(chǎn)區(qū)，滿足使用需求。繁多的管道使得在設(shè)計(jì)階段必須統(tǒng)籌好各系統(tǒng)之間的對接設(shè)計(jì)。

圖1 BIM技術(shù)在潔凈機(jī)電施工中的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用于建筑方案的深化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。設(shè)計(jì)師利用BIM技術(shù)將建筑、水、暖、電等多個專業(yè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)集成建模，在統(tǒng)一的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)下，通過建立模擬模型來分析相關(guān)設(shè)計(jì)性能，比如日照及亮度分析、建筑節(jié)能、潔凈送風(fēng)設(shè)計(jì)等[4]。通過這種操作，設(shè)計(jì)人員可以直觀檢查設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方案間存在的差異，明確設(shè)計(jì)缺陷位置，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)專業(yè)的協(xié)同配合和設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高整體設(shè)計(jì)方案質(zhì)量。同時，通過模型可視化，設(shè)計(jì)師將設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)給業(yè)主，方便業(yè)主提出設(shè)計(jì)需求，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度。

2.2 施工階段

潔凈廠房施工重點(diǎn)為潔凈機(jī)電安裝工程施工，包括管道施工、通風(fēng)施工、電氣施工、潔凈區(qū)施工（含不同凈化級別）等，涉及設(shè)計(jì)方案交底、設(shè)備材料采購、各專業(yè)的交叉作業(yè)、現(xiàn)場協(xié)調(diào)管理及竣工驗(yàn)收等。以萬級凈化施工為例，其施工流程主要包括：

設(shè)計(jì)交底至各班組→設(shè)備材料報(bào)審及下單采購→進(jìn)場準(zhǔn)備→各專業(yè)現(xiàn)場放樣→場外風(fēng)管制作→現(xiàn)場天花EPOXY滾涂→風(fēng)管、管道、電氣橋架等安裝→地面EPOXY底涂、中涂施工→彩鋼板立板安裝→吊頂安裝→消防、電氣、照明、自控、送風(fēng)口制作安裝等→EPOXY面涂及天花板施工等。

潔凈施工涉及眾多專業(yè)，且施工階段相互交叉，在此利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬施工，可達(dá)到動態(tài)、集成和可視化的施工管理效果[5]。其流程如圖1所示。

2.3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1)技術(shù)交底

在施工階段，施工單位首先應(yīng)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)研究，借助其專業(yè)優(yōu)勢來發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)問題。在潔凈工程中，凈化機(jī)電安裝重點(diǎn)要關(guān)注各種管道施工產(chǎn)生的空間管理，這包括氣體管道（GN2、PN2、壓空、特氣等）、水路管道（消防噴淋、純水、冷凍水、PCW等）、電氣管路（強(qiáng)電電纜、弱電自控）等。

在軟件中管線鋪設(shè)建模的效果如圖2所示。

圖2管線建模效果

管線施工要符合施工規(guī)范要求，做到合理的空間排布將對項(xiàng)目運(yùn)行使用維護(hù)帶來很大益處。施工技術(shù)人員利用BIM模型來呈現(xiàn)個管道施工位置，在3D可視化下直觀發(fā)現(xiàn)施工重難點(diǎn)，以做好應(yīng)對[6]。

2)進(jìn)度計(jì)劃

進(jìn)度計(jì)劃管理效果基于計(jì)劃設(shè)置的合理程度。相較于常用的甘特圖進(jìn)度計(jì)劃管理方法，BIM技術(shù)將方案模型與進(jìn)度計(jì)劃結(jié)合，通過加入時間量，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度模擬，利用資源配置圖表，呈現(xiàn)施工材料供應(yīng)量、工序搭接時間點(diǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣既可呈現(xiàn)施工過程，也有利于實(shí)時追蹤進(jìn)度狀態(tài)，如出現(xiàn)進(jìn)度偏差，可運(yùn)用BIM模型來檢錯糾偏。

3)施工現(xiàn)場

潔凈工程施工現(xiàn)場人材機(jī)大量配置，通常設(shè)置多個作業(yè)區(qū)域，施工單位可利用BIM技術(shù)對施工方案及人材機(jī)的合理化配置進(jìn)行評估，以提高資源使用效益。并利用其可視化優(yōu)勢，對施工過程、交通流線等進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場加工區(qū)（如風(fēng)管）、設(shè)備材料堆放區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)等多區(qū)域的合理設(shè)置?？紤]潔凈工程參建方眾多，為協(xié)調(diào)好各參建方在管線施工、進(jìn)度安排等事項(xiàng)的施工順序，如消防管道安裝，施工單位可利用BIM模型體現(xiàn)的作業(yè)空間管理信息，最大程度避免二次返工導(dǎo)致停工的現(xiàn)象。此外，BIM技術(shù)還可以搭建施工現(xiàn)場立體模型，呈現(xiàn)施工細(xì)節(jié)，這樣有助于確定安全風(fēng)險(xiǎn)及質(zhì)量隱患識別，對安全隱患排查和質(zhì)量整改管理有很大幫助。

4)成本管理

BIM模型不直接產(chǎn)生數(shù)據(jù)，其可以利用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)優(yōu)勢間接產(chǎn)生數(shù)據(jù)，比如利用模型計(jì)算材料數(shù)量，同時通過關(guān)聯(lián)對應(yīng)材料的定額信息，來獲得此類材料的造價(jià)、人工等信息。在過程中，可以動態(tài)查詢成本及變更信息，并將相關(guān)信息進(jìn)行整合、匯總及拆分，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識將相關(guān)信息與進(jìn)度計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此判斷項(xiàng)目成本控制情況[7]。

2.4 竣工階段

在項(xiàng)目竣工階段，常規(guī)做法是由施工單位向業(yè)主提供竣工圖紙以存檔，但這種方式造成資料多且雜，后續(xù)查閱困難。作為一種完備的信息模型，基于BIM技術(shù)的竣工模型在信息實(shí)效性上優(yōu)勢明顯。施工技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際將相關(guān)信息反饋至BIM 模型，包括設(shè)計(jì)變更、工程簽證等文件，有利于提高竣工階段的結(jié)算效率。

工程交付時，利用BIM技術(shù)可為業(yè)主提供多項(xiàng)服務(wù)，包括模型文件、文檔文件（數(shù)據(jù)分析報(bào)告）、圖形文件（重點(diǎn)及制定部位）等，業(yè)主可在BIM模型平臺內(nèi)集中進(jìn)行相關(guān)信息錄入，實(shí)現(xiàn)資料的電子化集中管理，集成形成數(shù)據(jù)庫，為運(yùn)維管理提供最直觀詳實(shí)的資料。相關(guān)維修保養(yǎng)記錄也可以動態(tài)錄入，實(shí)現(xiàn)信息查詢、記錄、修改、輸出和共享的一體化操作平臺[8]。

3 結(jié)束語

BIM技術(shù)貫穿建設(shè)項(xiàng)目全周期，其提供的可視化三維模型、動態(tài)數(shù)據(jù)庫等在大型工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和竣工交付運(yùn)營各階段都發(fā)揮很大作用。將BIM技術(shù)應(yīng)用于潔凈工程領(lǐng)域，可為業(yè)主在項(xiàng)目建設(shè)成本投入、工程質(zhì)量及安全控制及交付運(yùn)營效益等方面提供增值服務(wù)。