超大潔凈電子廠(chǎng)房信息化施工管理技術(shù)

周 力 王瑜輝 馬小波 楊棟才

1. 陜西建工第十一建設(shè)集團(tuán)有限公司 陜西 咸陽(yáng) 712000；2. 陜西建工集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710003

隨著我國(guó)超大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，潔凈廠(chǎng)房的建設(shè)越來(lái)越多。電子信息產(chǎn)品更新?lián)Q代和市場(chǎng)需求變化快，建設(shè)速度對(duì)投資項(xiàng)目取得預(yù)期效果至關(guān)重要。信息化技術(shù)的應(yīng)用將多維度結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，用以描述復(fù)雜的施工過(guò)程，改變了只能用線(xiàn)條在二維圖紙上描述工程的現(xiàn)狀。通過(guò)解決工程的大數(shù)據(jù)創(chuàng)建、管理和共享應(yīng)用，在數(shù)據(jù)、技術(shù)和協(xié)同管理三大層面為施工過(guò)程管理提供了新的理念[1-6]。

1 工程概況

項(xiàng)目位于咸陽(yáng)市高新區(qū)，是目前我國(guó)最大的鋼結(jié)構(gòu)電子廠(chǎng)房。本項(xiàng)目總占地面積858畝（約572 000 m2），由ACF、OC廠(chǎng)房及其附屬區(qū)域組成（圖1），主廠(chǎng)房ACF單層面積120 000 m2，相當(dāng)于18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，建筑高度43.3 m，長(zhǎng)度478 m，寬度259 m。整個(gè)項(xiàng)目從樁基到移交工作面給潔凈分包單位的工期為310 d，其中鋼結(jié)構(gòu)安裝工期僅100 d，共需鋼材135 000 t、混凝土415 000 m3，大型機(jī)械130臺(tái)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)布置形式

面對(duì)工期超短、體量超大的潔凈電子鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房項(xiàng)目，施工過(guò)程往往包含大量信息，涉及專(zhuān)業(yè)眾多，在有限的工期內(nèi)安裝大質(zhì)量構(gòu)件必然對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理、信息集成、資源調(diào)度等提出高要求。因此，為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房經(jīng)濟(jì)、安全、高效地施工，提出了采用信息化技術(shù)融入施工管理，全方位實(shí)現(xiàn)建造過(guò)程智能化的流程方法。

2 信息化管理在項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 三維信息模型構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化

為實(shí)現(xiàn)施工管控過(guò)程中各種信息的標(biāo)準(zhǔn)化，必須采用相同標(biāo)準(zhǔn)為不同專(zhuān)業(yè)提供統(tǒng)一的信息表達(dá)方式、模型作為施工信息的載體，在施工準(zhǔn)備階段，基于BIM技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建，組織各深化設(shè)計(jì)單位制定統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合施工組織方案、安裝構(gòu)件的空間位置、施工工藝、安裝順序等情況，確定鋼結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用深度和模型精細(xì)度要求。以采用功能離散化的思想，將眾多基于特定施工目標(biāo)、支持某一施工階段或幾個(gè)階段的施工信息表達(dá)要求集成整合，制定鋼結(jié)構(gòu)施工模型構(gòu)建應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，保障了數(shù)據(jù)對(duì)接的一致性和深化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

本項(xiàng)目為提高BIM建模效率和應(yīng)用水平，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)信息模型相關(guān)體系進(jìn)行規(guī)范，制定了相應(yīng)的企業(yè)級(jí)《鋼結(jié)構(gòu)BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，成為設(shè)計(jì)與施工不同專(zhuān)業(yè)信息交流的紐帶，促使鋼結(jié)構(gòu)BIM模型在項(xiàng)目施工過(guò)程中規(guī)范性、應(yīng)用性、實(shí)用性和適用性的提升，將標(biāo)準(zhǔn)體系同智能化施工管控體系整合，同時(shí)補(bǔ)充細(xì)化了《陜西省建筑信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 智能拆分構(gòu)件，工廠(chǎng)數(shù)字化加工

構(gòu)件拆分及項(xiàng)目工程量統(tǒng)計(jì)、構(gòu)件具體屬性匯總，是施工和預(yù)制構(gòu)件加工的重要信息，關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)的材料采購(gòu)、進(jìn)度計(jì)劃安排、不同單位之間的工作量核算、項(xiàng)目管理部門(mén)產(chǎn)值評(píng)估等，利用鋼結(jié)構(gòu)模型與Tekla三維設(shè)計(jì)平臺(tái)協(xié)同融合，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立了鋼結(jié)構(gòu)工程量的自動(dòng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)（圖2）。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)拆分流程示意

實(shí)現(xiàn)對(duì)工程量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和快速計(jì)算，有效提高了計(jì)算精度，減輕設(shè)計(jì)人員工作量，強(qiáng)化功能擴(kuò)展性獲取鋼結(jié)構(gòu)模型所有圖元，將獲取的圖元分別提取，并判斷圖元是否為鋼結(jié)構(gòu)零件。統(tǒng)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)零件屬性及鋼號(hào)用量，形成原始加工數(shù)據(jù)信息，工廠(chǎng)依據(jù)提取的圖元和結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床智能化切割加工。

基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)工程量自動(dòng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)軟件按鋼結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)，主要從鋼構(gòu)件明細(xì)表、螺栓清單和各類(lèi)鋼材總用量三方面來(lái)統(tǒng)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)工程的工程量。在施工過(guò)程中，項(xiàng)目管理與現(xiàn)場(chǎng)施工人員不僅能夠全面地把握工程量，還能實(shí)時(shí)地精確了解各類(lèi)構(gòu)件使用情況。根據(jù)實(shí)際工程，生成鋼結(jié)構(gòu)工程量清單，設(shè)計(jì)生成構(gòu)件明細(xì)表（圖3），詳細(xì)記錄各類(lèi)構(gòu)件的屬性信息。生成各類(lèi)螺栓清單，解決鋼結(jié)構(gòu)工程中小構(gòu)件容易被忽視、難以統(tǒng)計(jì)的難題。生成各類(lèi)鋼材的總體用量情況，用表格、圖表等多種形式表現(xiàn)，有利于預(yù)制工廠(chǎng)更加直觀(guān)、全面地把握各類(lèi)型構(gòu)件零件的具體加工情況。

圖3 軟件導(dǎo)出構(gòu)件明細(xì)表示意

2.3 施工資源需求調(diào)配管理智能化

在該鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的施工過(guò)程中，人員、設(shè)備及材料的流動(dòng)性強(qiáng)，隨著工程形象進(jìn)度的變化，要求進(jìn)駐不同的施工專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)、采用不同的設(shè)備和材料，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全、物資調(diào)配管理難度非常大。

為解決項(xiàng)目高峰期鋼構(gòu)物資需求大、運(yùn)輸滯后嚴(yán)重影響施工進(jìn)度等問(wèn)題，本項(xiàng)目提出搭建一個(gè)物資整合調(diào)運(yùn)平臺(tái)來(lái)解決物料調(diào)配運(yùn)輸問(wèn)題，從而利用現(xiàn)代科技，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)管控手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、全過(guò)程的、不間斷的施工管控目標(biāo)。

提出了利用智能化技術(shù)手段，圍繞施工現(xiàn)場(chǎng)管理涉及的工序安排、材料與資源分配、空間布置、進(jìn)度控制、質(zhì)量監(jiān)管以及成本管理等諸多內(nèi)容，整合市場(chǎng)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商，歸類(lèi)整理所需物資種類(lèi)、分布和庫(kù)存情況。施工人員根據(jù)基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)工程量自動(dòng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)生成的構(gòu)件清單，結(jié)合項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃，提出物資需求。平臺(tái)根據(jù)物資需求，分析供應(yīng)商物資供應(yīng)能力，做出最優(yōu)資源調(diào)配方案，同時(shí)，物料運(yùn)輸過(guò)程隨時(shí)追蹤（圖4），做到資源情況實(shí)時(shí)掌控。

圖4 物料追蹤流程示意

整合管理資源，融合物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感、識(shí)別定位、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)手段，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，逐漸形成集團(tuán)公司集采物流的雛形，并在后期不斷打磨拓展，解決了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)智能化管控存在的問(wèn)題，為陜建集團(tuán)華山云商平臺(tái)的建立提供了開(kāi)發(fā)思路及技術(shù)支撐。

2.4 施工安裝模擬分析可視化

對(duì)于大型工程，在其施工過(guò)程中往往會(huì)存在復(fù)雜的施工工藝以及煩瑣的施工操作。BIM可視化主要包含項(xiàng)目靜態(tài)三維效果展示、動(dòng)態(tài)漫游、施工預(yù)演等。利用BIM可視化功能對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的不同工況進(jìn)行模擬展示，基于BIM模型信息數(shù)字化特點(diǎn)，將三維施工模擬數(shù)據(jù)流映射至?xí)r間、成本、資源等信息數(shù)據(jù)中，可有效實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)信息的智能化管控。

本項(xiàng)目利用物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)、安裝、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)進(jìn)行掃碼記錄，以二維碼信息為紐帶將材料狀態(tài)與BIM模型實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)。安裝前通過(guò)掃碼可提前知曉安裝位置、標(biāo)高等信息，確保精準(zhǔn)安裝。同時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)信息反饋給BIM模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件安裝、到場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，在虛擬3D模型中分類(lèi)高亮顯示記錄安裝狀態(tài)，做到施工狀態(tài)實(shí)時(shí)掌控。結(jié)合巡檢對(duì)照設(shè)備參數(shù)信息，生成實(shí)時(shí)巡檢記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料跟蹤的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)控（圖5）。

圖5 材料管理流程示意

在考慮各構(gòu)件吊裝效率、平面施工分區(qū)及工序、吊裝設(shè)備的相互站位及影響等前提下，提出了鋼結(jié)構(gòu)梯次模擬安裝技術(shù)。借助BIM技術(shù)強(qiáng)大的視覺(jué)和空間無(wú)約束優(yōu)勢(shì)，對(duì)各設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)、站位及現(xiàn)場(chǎng)施工工序，在空間層次進(jìn)行模擬，保證各設(shè)備能夠高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，使工序間相互干涉最小化（圖6、圖7）。

圖6 整體模擬

圖7 鋼柱桁架安裝模擬

該技術(shù)創(chuàng)下了目前國(guó)內(nèi)單體鋼結(jié)構(gòu)工程高密度吊裝速度的紀(jì)錄，該施工方法已形成國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利《一種超大平面多層鋼桁架電子廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)的梯次安裝方法》（專(zhuān)利編號(hào)：ZL201711354180.3）。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目首次在超大潔凈廠(chǎng)房施工生命周期內(nèi)進(jìn)行信息化技術(shù)的探索和應(yīng)用，在施工準(zhǔn)備階段、物料運(yùn)輸階段、實(shí)體建造階段等全過(guò)程中利用信息化和BIM技術(shù)協(xié)同項(xiàng)目管理，形成建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，將信息模型與設(shè)計(jì)平臺(tái)相融合，開(kāi)發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)工程量自動(dòng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感、識(shí)別定位、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)手段打造物資智能管理平臺(tái)，使信息傳遞與分析協(xié)同化、智能化、可視化，全方位實(shí)現(xiàn)智能建造。為企業(yè)在以后的信息化和BIM發(fā)展道路上穩(wěn)步向前提供了珍貴的經(jīng)驗(yàn)參考與實(shí)踐依據(jù)。