薛訓(xùn)明　陳凱　蘇明　唐皓辰　汪飛　王海英　葉為全

摘要：建筑信息模型（BIM）的應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)卷煙廠全生命周期管理，提高煙草行業(yè)技改項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的科學(xué)技術(shù)水平，促進(jìn)本行業(yè)全面信息化和現(xiàn)代化具有重要意義。該文結(jié)合安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠項(xiàng)目研究了BIM在卷煙廠全生命周期中的一些典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型；全生命周期；碰撞檢測(cè)；設(shè)計(jì)變更；設(shè)施管理

中圖分類號(hào)：TU277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）01-0195-04

BIM（Building Information Modeling）全稱建筑信息模型[1]，是指基于最先進(jìn)的三維數(shù)字設(shè)計(jì)和工程軟件所構(gòu)建的“可視化”的數(shù)字建筑模型，為設(shè)計(jì)師、建筑師、水電暖鋪設(shè)工程師、開發(fā)商乃至最終用戶等各環(huán)節(jié)人員提供“集成、模擬、分析”的科學(xué)協(xié)作平臺(tái)，幫助他們利用三維數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)管理。其最終目的是使整個(gè)工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段都能夠有效地實(shí)現(xiàn)建立資源計(jì)劃、控制資金風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省能源、節(jié)約成本、降低污染和提高效率，從真正意義上實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的全生命周期管理，BIM技術(shù)的引入提供了工程項(xiàng)目所需的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證了領(lǐng)導(dǎo)層決策的反應(yīng)速度和精度。目前，該技術(shù)已經(jīng)在建筑設(shè)計(jì)、施工和后期項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)的各個(gè)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)得到了廣泛應(yīng)用。

BIM可以從建模和應(yīng)用兩個(gè)方面來(lái)理解[2]。從建模的角度來(lái)說(shuō)，BIM以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程圖形模型，同時(shí)還包括了工程項(xiàng)目的物理特性和功能特性以及相關(guān)的項(xiàng)目周期信息等數(shù)字模型；從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，BIM完全數(shù)字化，支持建筑工程中各種運(yùn)算的形式，并且它是動(dòng)態(tài)的，可以在項(xiàng)目的生命周期中隨時(shí)給模型添加各種工程信息，以滿足項(xiàng)目的各種需求。

在BIM的定義及各種理解中都強(qiáng)調(diào)了“全生命周期”這一概念，事實(shí)上，BIM正是建設(shè)項(xiàng)目全生命周期管理（Building Lifecycle Management，BLM）的核心技術(shù)。該文結(jié)合安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠基于BIM的三維綜合信息系統(tǒng)項(xiàng)目研究BIM在卷煙廠設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理各階段中的典型應(yīng)用。安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠三維綜合信息系統(tǒng)項(xiàng)目是“黃山”精品線建設(shè)項(xiàng)目的配套項(xiàng)目，是數(shù)字煙廠信息化建設(shè)的重要組成部分，也是煙廠建設(shè)在協(xié)作方信息化應(yīng)用延伸的體現(xiàn)。本項(xiàng)目貫穿“黃山”精品線項(xiàng)目建設(shè)的全過(guò)程，分為三維參數(shù)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證、三維施工配合、三維綜合信息系統(tǒng)集成應(yīng)用三個(gè)階段。該項(xiàng)目是BIM在煙草行業(yè)技改項(xiàng)目中全生命周期應(yīng)用的典范。

1 BIM在管線協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

碰撞檢測(cè)[3]是指檢查分析管線之間及管線與其它專業(yè)的設(shè)備、風(fēng)管、梁、柱、基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)和電纜橋架等形成的直接交叉的硬碰撞，管線與相鄰管道絕熱層交叉或是與管線安裝、檢修預(yù)留空間交叉形成的軟碰撞（小于設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的間距），管線與設(shè)施設(shè)備在其行進(jìn)工作路線上形成的動(dòng)態(tài)碰撞。

在卷煙廠復(fù)雜的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，管網(wǎng)設(shè)施由于系統(tǒng)繁多、布局復(fù)雜（如圖1所示），常常出現(xiàn)管線之間或管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間發(fā)生碰撞的情況，給施工帶來(lái)麻煩，影響建筑室內(nèi)凈高，造成返工或浪費(fèi)，甚至存在安全隱患。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程通過(guò)二維管線綜合設(shè)計(jì)來(lái)協(xié)調(diào)各專業(yè)的管線布置[4]，多專業(yè)疊合的二維平面圖紙圖面復(fù)雜繁亂，不夠直觀。僅通過(guò)“平面+局部剖面”的方式，對(duì)于多管交叉的復(fù)雜部位表達(dá)不夠充分。這就導(dǎo)致二維平面圖在沖突檢測(cè)方面存在天然的缺陷：管線交叉的地方靠人眼觀察，難以進(jìn)行全面的分析，碰撞無(wú)法完全暴露及避免。特別是對(duì)于大型的、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜的建筑，在梁高變化較大的地方，常常解決了管線之間的碰撞，卻忽略了管線與梁之間的碰撞。此外，管線交叉的處理均為局部調(diào)整，很難將管線的連貫性考慮進(jìn)去，可能會(huì)顧此失彼，解決了一處碰撞，又帶來(lái)別處的碰撞。

BIM技術(shù)完美的解決了傳統(tǒng)二維管線綜合設(shè)計(jì)的不足。BIM是可視化的，它將專業(yè)的、抽象的二維建筑描述通俗化、三維直觀化，將原本在真實(shí)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)的建造過(guò)程與結(jié)果，在數(shù)字虛擬世界中預(yù)先實(shí)現(xiàn)。對(duì)于卷煙廠這樣的大型工程項(xiàng)目，采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維管線綜合設(shè)計(jì)有著明顯的優(yōu)勢(shì)及意義。BIM模型是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的一次“預(yù)演”，建模的過(guò)程同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過(guò)程。

BIM模型將所有專業(yè)放在同一模型中，對(duì)專業(yè)協(xié)調(diào)的結(jié)果進(jìn)行全面檢驗(yàn)。由于模型對(duì)實(shí)際物體的高度仿真，傳統(tǒng)方式不能清晰表達(dá)的部分均能得到充分展現(xiàn)，從而將一些看上去沒問(wèn)題實(shí)際上卻存在的深層次問(wèn)題暴露出來(lái)。BIM軟件可以全面檢測(cè)管線之間、管線和土建之間所有碰撞問(wèn)題（如圖2所示），根據(jù)碰撞檢測(cè)報(bào)告中的碰撞點(diǎn)，在三維模型中快速定位碰撞位置并查看碰撞的詳細(xì)信息，對(duì)碰撞信息和碰撞問(wèn)題處理狀態(tài)信息進(jìn)行維護(hù)，在土建和設(shè)備施工前盡可能發(fā)現(xiàn)所有隱藏的錯(cuò)漏碰缺，方便項(xiàng)目各參與方協(xié)同處理這些問(wèn)題并優(yōu)化二維施工圖?；贐IM的管線碰撞檢測(cè)詳細(xì)方案參見圖3所示。

總之，BIM三維管線綜合設(shè)計(jì)能更直觀、明了、高效、充分、精確的協(xié)調(diào)各專業(yè)的管線布置。

2 BIM在施工變更中的應(yīng)用

由于卷煙廠項(xiàng)目實(shí)施的復(fù)雜性、長(zhǎng)期性和動(dòng)態(tài)性，使得設(shè)計(jì)階段不可能預(yù)見和覆蓋項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所有可能的變化，因此對(duì)于此類大型建設(shè)項(xiàng)目而言，施工階段對(duì)設(shè)計(jì)的變更是不可避免的。變更的時(shí)間和因素可能無(wú)法掌控，但變更管理可以減少變更帶來(lái)的工期和成本的增加。

設(shè)計(jì)變更直接影響工程造價(jià)，施工過(guò)程中反復(fù)變更施工圖導(dǎo)致工期和成本的增加，而變更管理不善導(dǎo)致進(jìn)一步的變更，使得成本和工期目標(biāo)處于失控狀態(tài)。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上改善這一局面。借助BIM對(duì)變更的必要性、可行性以及變更對(duì)其它專業(yè)造成的影響進(jìn)行模擬分析，實(shí)現(xiàn)從全局角度對(duì)局部變更進(jìn)行考量，實(shí)現(xiàn)變更的可視化控制，有助于對(duì)變更作出及時(shí)而準(zhǔn)確的決策。

進(jìn)入土建施工階段后，根據(jù)施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更情況，及時(shí)更新BIM模型。施工難免發(fā)生項(xiàng)目變更，通過(guò)對(duì)施工階段的設(shè)計(jì)變更進(jìn)行影響分析，可以降低設(shè)計(jì)變更帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)BIM技術(shù)，在可視化模擬環(huán)境中進(jìn)行變更內(nèi)容模擬，可以直觀的分析變更技術(shù)方案的可行性及對(duì)其他專業(yè)造成的影響，并對(duì)變更內(nèi)容工程量及工程造價(jià)作出快速準(zhǔn)確的評(píng)估。

2.1變更影響分析

在可視化模擬環(huán)境中進(jìn)行變更模擬，直觀的分析變更技術(shù)方案的可行性及對(duì)其他專業(yè)造成的影響。對(duì)于在土建施工過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的重大設(shè)計(jì)變更，業(yè)主方可以將原施工圖設(shè)計(jì)方的設(shè)計(jì)變更方案以“變更驗(yàn)證通知單”的形式通知BIM設(shè)計(jì)師，BIM設(shè)計(jì)師據(jù)此建立變更模型，并對(duì)其進(jìn)行各專業(yè)碰撞檢查分析，將變更影響分析模型及“變更影響分析報(bào)告”提交業(yè)主方。圖4為可視化模擬環(huán)境下變更影響分析示例。

2.2 重要節(jié)點(diǎn)施工模擬、安裝指導(dǎo)

在土建施工過(guò)程中，根據(jù)需要對(duì)重要節(jié)點(diǎn)、施工難點(diǎn)部位進(jìn)行施工模擬，或提供節(jié)點(diǎn)三維施工詳圖，協(xié)助工程技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，達(dá)到指導(dǎo)施工的目的，并有助于施工工期及成本控制。

2.3 實(shí)時(shí)模型變更

在施工過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的設(shè)計(jì)變更，原施工圖設(shè)計(jì)方需要及時(shí)以“設(shè)計(jì)變更通知單”的形式通知BIM設(shè)計(jì)師，BIM設(shè)計(jì)師據(jù)此更新BIM施工配合階段模型。根據(jù)變更調(diào)整模型，可對(duì)變更造成的材料和對(duì)其他專業(yè)造成的影響進(jìn)行分析。

總之，在施工階段用BIM進(jìn)行可視化變更管理，通過(guò)設(shè)計(jì)模型文件數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和遠(yuǎn)程更新，建筑信息模型隨設(shè)計(jì)變更而即時(shí)更新，消除信息傳遞障礙，減少設(shè)計(jì)師與非專業(yè)人員的信息傳輸和交互時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)變更的有效管理和動(dòng)態(tài)控制。

3 BIM在設(shè)施管理中的應(yīng)用

長(zhǎng)期以來(lái)，以項(xiàng)目運(yùn)作為主的建筑行業(yè)與長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)營(yíng)的設(shè)施管理（Facility Management，F(xiàn)M）行業(yè)一直處于割裂的狀態(tài)。以BIM為杰出代表的信息化技術(shù)是將其整合的最佳媒介，這使得全生命周期管理前進(jìn)了一大步。尤其對(duì)于當(dāng)代中國(guó)信息化帶動(dòng)工業(yè)化的歷史進(jìn)程而言，以全生命周期的理念和視野，推動(dòng)整個(gè)建筑行業(yè)和設(shè)施管理行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

合肥卷煙廠可視化設(shè)施綜合管理系統(tǒng)（如圖5所示）基于BIM技術(shù)，集成和管理項(xiàng)目設(shè)施的全生命周期的屬性信息和空間信息，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)施的可感知、可視化的管理。管理人員可以在虛擬場(chǎng)景中獲取設(shè)施的各類信息，組織設(shè)施維護(hù)活動(dòng)，對(duì)維修檢修過(guò)程進(jìn)行模擬等（如圖6所示）。主要功能概述如下：

3.1卷煙廠模型管理

根據(jù)工廠建筑物空間位置和建筑內(nèi)的功能區(qū)劃，對(duì)三維信息模型進(jìn)行組織，對(duì)模型文件、模型命名及編號(hào)進(jìn)行管理，形成和真實(shí)運(yùn)營(yíng)環(huán)境一致的模型體系。通過(guò)模型體系或?qū)δＰ蛢?nèi)容進(jìn)行檢索的方式打開瀏覽模型，對(duì)工廠模型進(jìn)行漫游、平移、縮放、查看、定位等操作。

3.2設(shè)施位置管理

基于工廠模型對(duì)建筑物的空間進(jìn)行分區(qū)、命名、歸屬和管理，并對(duì)設(shè)施的空間位置進(jìn)行定置管理，可生成區(qū)域定置圖及清單。對(duì)設(shè)施設(shè)備的安裝位置進(jìn)行設(shè)置，從信息流和物流的角度對(duì)構(gòu)成各專業(yè)子系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備、管線及接插件進(jìn)行設(shè)置，并定義它們的鏈路關(guān)系。設(shè)施位置信息不僅包含工廠的可見部分，也包含隱蔽工程，例如：地上部分、地下部分、吊頂和墻體中。

3.3 設(shè)施系統(tǒng)分析

工廠模型中存儲(chǔ)了設(shè)施設(shè)備和管線的鏈路關(guān)系，由設(shè)施設(shè)備和管線構(gòu)成的鏈路與專業(yè)子系統(tǒng)或子系統(tǒng)的一部分相對(duì)應(yīng)，在系統(tǒng)中建立三維可視化的卷煙廠各專業(yè)子系統(tǒng)的有向圖數(shù)據(jù)模型。管理人員通過(guò)本功能在三維可視化環(huán)境中瀏覽各專業(yè)子系統(tǒng)，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)性和影響性分析，結(jié)合卷煙廠模型集成的資料和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)施設(shè)備的精細(xì)化管理。

3.4 設(shè)施全生命周期數(shù)據(jù)管理

設(shè)施全生命周期數(shù)據(jù)包含設(shè)計(jì)圖紙、三維模型文件、在其購(gòu)置、驗(yàn)收、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、管理、改造和報(bào)廢等全部活動(dòng)過(guò)程中形成的具有保存價(jià)值的文字、圖表、聲像載體材料、全套隨機(jī)技術(shù)文件（圖樣）、以及設(shè)備的申購(gòu)報(bào)告、批復(fù)文件、論證文件、投資文件、訂購(gòu)合同和驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等資料?？梢暬O(shè)施綜合管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和三維可視化技術(shù)按多種分類對(duì)設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供友好的三維可視化交互界面和強(qiáng)大的檢索功能，支持模糊查詢和全文檢索，使工程技術(shù)人員能夠高效、科學(xué)、全方位的對(duì)全廠設(shè)施的技術(shù)資料進(jìn)行管理。

3.5 公用設(shè)施維護(hù)管理

在卷煙廠投入生產(chǎn)期間，廠區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)施（如墻、樓板、屋頂?shù)龋┖驮O(shè)備設(shè)施（如設(shè)備、管道等）都需要不斷得到維護(hù)。一個(gè)成功的維護(hù)方案將提高設(shè)施設(shè)備性能，降低能耗和修理費(fèi)用，進(jìn)而降低總體維護(hù)成本?；贐IM的可視化設(shè)施綜合管理系統(tǒng)可以充分發(fā)揮空間定位和數(shù)據(jù)記錄優(yōu)勢(shì)，合理制定維護(hù)計(jì)劃，分配專人專項(xiàng)維護(hù)工作，以降低設(shè)施設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)突發(fā)狀況的概率。對(duì)一些重要設(shè)備跟蹤維護(hù)工作的歷史記錄，以便對(duì)設(shè)備的狀態(tài)提前作出判斷。

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