BIM技術在工業(yè)生產(chǎn)線的應用

許鑫 張樂峰 楊雄英

北京首鋼國際工程技術有限公司 北京 100043

引言

BIM技術的核心理念就是收集整理建設工程的多方面信息，基于其數(shù)字化的基礎，利用BIM軟件，將所有需要的信息整合到一個三維模型中，從業(yè)人員利用其可視化、集成化的特性，在同一軟件平臺的基礎上，科學地管理建筑相關的信息。在近些年的不斷發(fā)展中，BIM技術漸趨成熟，已經(jīng)在世界建筑行業(yè)廣泛應用。然而，BIM技術在工業(yè)生產(chǎn)線上應用較少，特別是在工程總承包這種“交鑰匙”工程上的應用更少。

我公司總包的某線材軋鋼生產(chǎn)線改造項目中，為了降低建設成本、減少設計錯誤、推進施工進度，利用BIM技術進行設計、施工管理和費用控制，有效地降低了施工成本和建設周期，將總的費用控制在合理范圍內(nèi)，提高了總的利潤率，顯示出BIM技術在軋鋼生產(chǎn)線建設上發(fā)揮著重要作用。

本軋鋼項目是在原有高速線材生產(chǎn)線的基礎上進行改造，使其既可以生產(chǎn)高速線材，又可生產(chǎn)高速棒材。主要改造內(nèi)容是在原廠房內(nèi)成品跨增加西馬克高速上鋼系統(tǒng)、步進式9.5m冷床、850t冷剪、移鋼裝置、收集裝置、打捆機和成品臺架等設備。需要在原廠房內(nèi)部分破除，并新建土建基礎，加長鋼構廠房，設備設計、供貨、安裝、調(diào)試以及公輔設施設計安裝調(diào)試等分項。在工程總承包模式下將BIM技術融入設計、制造、采購、施工、驗收、費控等各個階段，充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，最大幅度增加總包單位的利潤。在本項目中，設計人員利用BIM技術把建筑項目中涵概的多種需求要素、信息特征，在統(tǒng)一平臺上進行三維建模。而施工、采購人員根據(jù)三維模型可直接讀取其包含的信息，從而對施工過程、物料進行精細化管理。BIM技術以其信息完整性、可視化、可協(xié)調(diào)性的特點，把項目所需的設計部門、施工部門、投標部門以及模型建立部門有機地結合在一起，最終實現(xiàn)精細化管理的目標[1]。

1 BIM技術在建設項目的應用

1.1 設計階段

在設計階段，在設計經(jīng)理的統(tǒng)一調(diào)配管理下，各個專業(yè)在同一平臺下進行各自的設計工作。棒線材軋鋼生產(chǎn)線土建基礎復雜，土建圖紙上涉及專業(yè)、人員較多，在傳統(tǒng)平面圖紙上進行表達線條錯綜復雜，設計人員難免會出現(xiàn)設計錯誤。在軋鋼設備不允許進行大改動的前提下，土建專業(yè)根據(jù)各個專業(yè)所提資料做出初版設計方案，流體、電氣、自動化、水道、總圖等專業(yè)在此框架下進行詳細設計。

因為BIM技術具有協(xié)同性的特點，所有專業(yè)進行的設計都能夠在三維圖上直觀地展示出來，自動求解干涉，便于設計人員查找設計錯誤，并且對設計進行優(yōu)化。用更加直觀的3D圖像和圖形，對生產(chǎn)線進行更加形象的模擬，通過這些直觀可見的模擬，讓項目的各個參與者對項目的設計意圖進行更加有效的理解、溝通，比起傳統(tǒng)CAD圖紙更加容易理解，避免不必要的糾紛和設計變更。

通過BIM技術與有限元軟件相結合進行優(yōu)化設計，例如土建專業(yè)可對柱、梁進行受力分析，計算安全系數(shù)，在合理范圍內(nèi)減少鋼筋、混凝土的用量；設備專業(yè)對設計的設備進行強度分析，目的是減少設備重量或優(yōu)化結構，在保證設備強度的同時降低加工制造的費用；流體專業(yè)根據(jù)有限元計算濁環(huán)水的使用量，通過控軋控冷等新的軋制技術保證鋼材達到合適的溫度，得到需要的金相組織；暖風專業(yè)使用有限元軟件進行廠房的通風設計，優(yōu)化布置廠房天窗等通風設施，促進廠房內(nèi)空氣循環(huán)，合理降低廠房內(nèi)的溫度。

如遇不同專業(yè)之間的設備、管道等出現(xiàn)干涉問題，各專業(yè)在設計經(jīng)理的協(xié)調(diào)組織下在同一模型下進行更改，保證了各專業(yè)得到的圖紙的一致性。在設計審查階段，直接將三維BIM模型呈現(xiàn)給建設單位來表達我們的設計意圖，包括對設計方案的廠房布置、工藝布置、土建基礎、環(huán)保能力、美觀程度進行動態(tài)演示，并按國家標準及行業(yè)設計規(guī)范進行一系列設計檢查，以確保建筑工程從設計端到施工端的良好過渡[2]。在確定設計方案后，設計師使用三維BIM模型，可實現(xiàn)投影出模型各個視圖以及剖面視圖，實現(xiàn)二維快速出施工圖，從而提高工作效率，縮短設計階段的時間，進而減少施工階段的壓力。

1.2 施工管理

BIM技術具有完備性，不僅在設計階段具有較大的應用價值，在施工現(xiàn)場也有著不可比擬的作用。在設計階段得到的終版BIM模型移交給現(xiàn)場項目管理人員，由于所有的設計信息都包含在模型中，現(xiàn)場人員根據(jù)設計模型隨時調(diào)用需要的數(shù)據(jù)，根據(jù)模型包含的信息進行施工組織。項目管理人員可以根據(jù)BIM模型在關門工期范圍內(nèi)編制施工方案，合理調(diào)配人員、工器具、大型機具、施工材料等，保障現(xiàn)場正常運轉。

還可以根據(jù)BIM模型科學、合理地對施工區(qū)域進行劃分。包括施工通道的布置、現(xiàn)場臨時水電的布置、現(xiàn)場生產(chǎn)設施、現(xiàn)場辦公以及生活區(qū)等內(nèi)容[3]。通過BIM軟件對現(xiàn)場場地的布置模擬，明確各個班組的施工區(qū)域、吊車位置、預留通道以及加工場地，如此一來，就能夠合理地處置建筑工程引發(fā)的用地緊張難題。在BIM模型上增加時間坐標后，可直接顯現(xiàn)項目的建設進度，以此為施工依據(jù)，與現(xiàn)場實際施工進度比較，若發(fā)現(xiàn)偏離，隨時采取措施進行糾偏，從而幫助項目經(jīng)理對施工工期進行總體把控。

根據(jù)BIM模型，可以精確細化到每天的工作內(nèi)容，根據(jù)BIM模型中已有的信息提前準備，預制第二天的材料使用量，保證鋼構件、鋼筋、混凝土、埋件和預制件充足，滿足現(xiàn)場使用。除此之外，在建立BIM模型時，土建專業(yè)根據(jù)設計標準已經(jīng)在圖紙中配筋，現(xiàn)場需要的鋼筋規(guī)格、數(shù)量、形式可直接查看，根據(jù)實際施工情況分批次采購。這就大大緩解了施工單位用于購買耗材所使用的資金周轉的壓力。混凝土和鋼構件等材料也可由BIM模型中直接計算得出，根據(jù)本次澆筑的計算量在商混站進行購買，避免了不夠或者剩余過多的現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)本次項目現(xiàn)場材料實際使用情況與建立的BIM模型統(tǒng)計用量相對比，鋼筋和混凝土用量誤差均在2%左右，這就避免了大量材料的浪費，提高效益。

因BIM技術具有可見性，可以全面化、精準化以及形象化地模擬建設工程的各個施工流程以及施工現(xiàn)場。安全員利用BIM模型對施工人員進行安全交底，與VR技術相結合，使人身臨其境，從而使得工人對建設工程的實際施工狀況全面認知，在第一時間將各種潛藏的施工隱患暴露出來，找到現(xiàn)場的安全隱患，提前預知，未雨綢繆，保證施工人員人身以及財產(chǎn)安全。建設過程中所有的信息都包含在三維模型中，根據(jù)模型呈現(xiàn)的實際狀況，從而進行建設項目施工檢查，能夠讓各個隱蔽工程施工隱患暴露出來，得到及時解決，保證總體作業(yè)的安全性以及可靠性。

由于所有設計、施工人員都在同一平臺上進行數(shù)據(jù)輸入，電子化的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸具有高時效性。設計人員下發(fā)的設計變更及設計洽商能夠快速地傳遞到施工現(xiàn)場，便于施工人員及時進行修正更改。除此之外，電子版的數(shù)據(jù)存儲既便攜，又不易丟失，存儲的施工過程資料保存完整，便于竣工時移交建設單位。

飯后，楊曉梅扶著老太太回臥室休息。高河表示要幫忙收拾餐桌，楊年豐搖了搖頭，說：“我看你沒精打采，是不是火車上的疲勞還沒有舒緩過來？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我們大伙一起去江邊玩?！?/p>

1.3 竣工結算

傳統(tǒng)的項目竣工驗收以內(nèi)業(yè)審查和實地驗收相結合的方式。規(guī)劃驗收部門需要對建設單位提交的竣工測量報告、竣工圖紙等資料對照規(guī)劃審批時批準的《建設工程規(guī)劃許可證》及其附圖進行核查。此種審查方式存在不少問題：工業(yè)生產(chǎn)線往往比較復雜，涵蓋專業(yè)較多，過程資料、竣工圖、竣工資料等各種文件比較冗雜，傳統(tǒng)紙質(zhì)版的竣工資料可能高達數(shù)十盒乃至數(shù)百盒，人為翻閱、查找、整理都極為不便，也容易丟失破損。

在傳統(tǒng)方式的檔案驗收工作中，通過收集紙質(zhì)版施工資料進行檢查的形式很難真正掌握施工過程中的實際情況，核查人員必須要到現(xiàn)場結合項目實體進行溝通和指導。并且，每一項檔案資料與現(xiàn)場實際實體之間的關聯(lián)，需要查閱大量的施工過程文件和影像資料，聽取有關負責人口頭描述，通過這些方式得到的項目信息往往與實際情況存在一定的偏離。這就導致了項目驗收人員很難對本項目進行全面翔實的了解，同時驗收人員也很難對項目的驗收資料進行公正客觀的評判。

可利用BIM技術在工程竣工階段進行資料管理。由于BIM模型貫穿于項目的整個生命周期，整個項目進程中的所有信息都包含其中。被驗收單位將模型以及含有的信息庫作為一個整體移交，檔案驗收人員可以實現(xiàn)在模型中對建筑項目相關的文檔和信息進行搜索、查閱、定位和操作，有助于快速形象地掌握各檔案材料之間、檔案與實體項目之間的關聯(lián)[4-5]。

2 BIM技術應用存在的問題

2.1 BIM軟件技術不成熟

當下主流BIM軟件當屬美國Autodesk公司出版的Revit軟件，由于其出現(xiàn)最早，經(jīng)過長時間的發(fā)展，技術最為成熟，應用也最為廣泛。國內(nèi)外的BIM軟件都存在著一定的局限性：國內(nèi)外政策、法規(guī)法規(guī)、人文習慣等方面的差異使得國外BIM軟件對于國人并不友好，國外軟件與國內(nèi)規(guī)范標準的融合度需要進一步提高；由于國內(nèi)BIM軟件廠商起步較晚，導致軟件在協(xié)同性、功能性等方面有所欠缺，需要進行進一步改良。更為主要的是模型大多不能夠重復利用，基本上一個項目對用一個BIM模型，不同的設計師設計思路與設計習慣也不盡相同，修改他人的BIM模型需要一定時間及技巧理解其建立模型的思路。且不同BIM軟件的格式不同，不同軟件開發(fā)廠家的模型不能通用或者共享，這就對多家單位的協(xié)同設計產(chǎn)生極大的阻礙。

2.2 BIM軟件費用昂貴

國內(nèi)應用BIM軟件分為兩種情況：

第二，交由專業(yè)的BIM公司完成模型設計，由于專業(yè)的BIM公司在現(xiàn)階段并不多見，往往收費較高，一個項目動輒數(shù)百萬，且建模周期不能與設計單位完全同步，存在一定的滯后性。

根據(jù)以上兩點，雖然應用BIM軟件能夠?qū)椖康乃须A段都有極大的促進作用。但是由于其高額的使用費用使得許多公司望而卻步。BIM軟件的應用對電腦硬件的要求也很高，需要專業(yè)的機器才能使其發(fā)揮最大的作用。綜上，應用BIM技術的一般都是大型公司，且基本都應用于大型項目。

2.3 BIM技術人才短缺

BIM技術在國內(nèi)實際應用較少，在國內(nèi)的認可度并不高，雖然許多院校開展了BIM類課程，但是并沒有經(jīng)歷過實際工程的檢驗，大多數(shù)的BIM工程師只有使用軟件的能力，并不具備工程建設的技術水平和管理水平，既懂技術、懂管理，又能熟練使用BIM軟件的復合型人才少之又少，這也是制約企業(yè)廣泛使用BIM技術的因素之一。

3 應用BIM技術的關鍵措施

3.1 BIM技術與項目策劃緊密結合

BIM工程師在項目伊始階段就要提前介入，在項目經(jīng)理的領導下收集項目信息，開始初步建模，給投標決策提供依據(jù)。中標后，與項目設計、施工、采購同步進行，納入EPC工程總承包管理策劃。實現(xiàn)BIM技術應用與EPC項目管理的高度融合，最終實現(xiàn)以BIM技術解決技術問題為先導，通過BIM技術實現(xiàn)流程再造為核心，全面提升精細化管理，實現(xiàn)更高的現(xiàn)場生產(chǎn)效率[6]。

3.2 建立專業(yè)的BIM團隊

目前，懂技術、懂管理又懂BIM技術的人才相對匱乏，為了項目的順利實施以及保證三維模型的時效性，現(xiàn)場項目管理團隊應該配置專職的BIM工程師。由于EPC項目需要多個專業(yè)協(xié)同，所以應該鼓勵BIM團隊對不同EPC項目所涉及的不同專業(yè)，進行BIM技術二次研發(fā)，提高BIM技術在EPC總承包項目設計階段不同專業(yè)領域的適應性。

3.3 建立配套的激勵措施

應用BIM技術需要較高的成本，政府可以出臺一系列的政策予以支持，例如稅收優(yōu)惠等，進而鼓勵EPC企業(yè)應用推廣BIM技術。國家及行業(yè)相關部門應加快出臺相關國家標準、行業(yè)標準，這樣項目的各相關單位就能統(tǒng)一平臺，方便內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳遞及交互，確保數(shù)據(jù)的流動性和準確性，以及模型順利對接。建立起國家及行業(yè)的統(tǒng)一標準，才能更好激發(fā)總承包企業(yè)采用BIM技術的積極性，實現(xiàn)各方共贏。

4 結束語

根據(jù)此次建設項目結合BIM技術的實際應用，體現(xiàn)出BIM技術對提高總包方利潤有一定的促進作用。當下，工程建設行業(yè)的不正當競爭問題普遍存在，壓價、墊資等不良風氣此消彼長，全國工程行業(yè)普遍陷入了嚴重內(nèi)卷的浪潮中，工業(yè)生產(chǎn)線的建設工程利潤率偏低。盡管將BIM技術融入EPC總承包項目中會帶來諸多益處，由于其發(fā)展不充分，前期投資高的問題還是限制著BIM技術的廣泛應用。

綜上所述，BIM技術在EPC總承包項目各階段的合理應用了順應建筑行業(yè)的發(fā)展形勢，也會有許多問題亟待解決。在推廣BIM技術的同時還需要進一步積累實踐經(jīng)驗，完善理論體系去應對實際項目建設過程中所存在的各種問題。