BIM 技術在水泥工廠全生命周期中的應用

呂東升

（中國中材國際工程股份有限公司(南京)，江蘇 南京 211100）

0 引言

從2014 年開始， 在住建部的大力推動下，各省市相繼出臺BIM 推廣應用文件，BIM 技術也真正實現(xiàn)在全國范圍內的普及應用。

BIM 是對工程項目設施實體與功能特性的數(shù)字化表達，是便于共享的知識資源，可為建筑從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)。 BIM 技術在水泥工廠設計、建造及運營中也有很好的應用。

1 水泥工廠應用BIM 技術的目標

1.1 提高項目實施效率

通過BIM 設計，可以真實地展現(xiàn)水泥廠模型，在方案評審、施工圖設計、施工交底等各個階段，各方使用模型進行溝通，簡單直觀，提高了工作效率。

應用BIM 協(xié)同設計， 明確分工， 減少重復工作；后續(xù)專業(yè)提早介入，縮短設計周期；多人同時工作，提高設計速度；工作集/鏈接模型，快速出成品圖，提高了設計效率。

通過深化設計， 將施工中的問題在設計階段予以解決；通過施工模擬，科學安排，應用進度管理等手段提高效率。

1.2 提高項目建設質量

BIM 設計更直觀、更精細，設計的同時可以進行土方量以及土建量的計算，有利于設計方案的優(yōu)化。

由計算機在施工前對建筑物和設備碰撞以及預留孔洞等問題進行精確檢查， 避免圖紙碰撞錯誤，減少施工過程中出現(xiàn)問題以及造成返工，最終提高了工廠的交付質量。

1.3 加強工程成本控制

通過從模型提取準確的混凝土鋼材用量，實現(xiàn)項目的精細化采購。

在項目管理中應用BIM 技術，對施工場地布置進行合理優(yōu)化，對施工方案進行模擬推演，提高項目精細化管理水平，減少浪費。

在進度管理基礎上，引入工程造價，實時管控項目成本。

1.4 為水泥廠運營增值

BIM 模型集成建筑物和設備的設計數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)以及生產運營中的生產、檢修、備品、原燃料等信息，為工廠的運營維護及大數(shù)據(jù)分析提供支撐。

BIM 模型結合VR 技術，使員工在虛擬環(huán)境中接受生產操作以及應急處置等培訓，員工仿佛置身其中，培訓效果得以提高。

1.5 提升企業(yè)品質

積極響應BIM 推廣及智能制造的政策， 促進企業(yè)轉型升級。

水泥廠BIM 模型可融入數(shù)字城市大模型，為三維數(shù)字城市建設進程貢獻力量。

無論是從國際一流灣區(qū)的發(fā)展經驗來看，還是從粵港澳大灣區(qū)的現(xiàn)實基礎來看，科技創(chuàng)新都應該是大灣區(qū)建設的核心內容?；浉郯拇鬄硡^(qū)要成為全球科技創(chuàng)新中心，面臨的最大問題就是如何優(yōu)化區(qū)域創(chuàng)新合作機制。應積極構建跨區(qū)域的高等院校、中介、企業(yè)、金融機構、政府的創(chuàng)新合作體系，克服體制機制障礙，彼此通過交互協(xié)同與互利共享形成知識鏈、技術鏈、產業(yè)鏈和價值鏈的縱向延伸，最終推動“9+2”城市群協(xié)同發(fā)展。

三維模型可以做成動畫、效果圖，更好地展示工廠形象，起到好的宣傳效果。

2 BIM 標準建設

2.1 數(shù)字協(xié)同設計平臺建設

建立基于數(shù)據(jù)庫的工程設計、 管理的綜合平臺。 以數(shù)據(jù)庫為中心，數(shù)據(jù)驅動二、三維聯(lián)動設計。建立各專業(yè)標準化、規(guī)范化的工程數(shù)據(jù)庫、設計管理平臺、專業(yè)設計平臺。

2.2 設計規(guī)范及樣板建設

制定項目BIM 工作流程、協(xié)同設計流程，即通過對三維設計規(guī)范、 設計樣板以及編碼體系的完善，形成BIM 設計標準。

2.3 族庫建設

為提高設計效率，建立標準化、系列化的全專業(yè)項目族庫，部分族實現(xiàn)了參數(shù)化設計。

3 BIM 正向專業(yè)設計

3.1 方案及地形設計

使用Civil 3D 建立地形模型， 實現(xiàn)土方計算、道路的縱、橫斷面設計等。

3.2 數(shù)字化設計

基于設計平臺，將設備數(shù)據(jù)與流程圖和三維模型相互關聯(lián)，自動生成表單，實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)從流程圖到模型的有效傳遞。

將設計原則、規(guī)范固化在設計平臺中，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“自由設計”向“規(guī)則設計”的轉變；通過對平臺數(shù)據(jù)的積累、分析，實現(xiàn)“經驗設計”向“數(shù)據(jù)設計”的轉變。

3.3 非標自動化設計

水泥工廠的非標件是三維設計的難點， 形狀復雜。通過族庫建設構建了完整的非標部件族，合理配置風管系統(tǒng)，實現(xiàn)非標的自動化建模。通過自主開發(fā)非標設計軟件，實現(xiàn)了材料統(tǒng)計和快速二維出圖。

3.4 支吊架參數(shù)化設計及材料表統(tǒng)計

標準的系列管道支吊架通過構建參數(shù)化管道附件族實現(xiàn)，并對支吊架材料量進行統(tǒng)計。

3.5 結構計算、設計一體化

在結構設計方面，通過軟件實現(xiàn)Revit 模型和計算模型的互導，計算建模一次完成。

3.6 工程量計算

各專業(yè)通過對模型的挖掘， 鋼支架鋼桁架的鋼材用量、混凝土工程量、以及非標材料量和管道管件量實現(xiàn)實時提取。 設計階段， 可實時監(jiān)控項目工程量，控制合同限定量；施工階段，提升了采購的精確性。

4 BIM 助力項目建設

在BIM 設計模型基礎上增加采購、物流信息，形成設計采購數(shù)據(jù)庫，為施工階段的設備、材料管理提供支撐。

基于三維模型，對施工場地布置進行合理優(yōu)化，對施工方案進行模擬推演，有助于尋找合理方案。

將模型構件與質量驗收相關聯(lián)， 構件驗收后，形成施工的真實進度，構件與價格關聯(lián)后，形成項目的成本進度，從而更好的管控進度和成本。

5 工廠運維及數(shù)字化交付

運維階段的應用主要包括DCS 系統(tǒng)、 文檔管理系統(tǒng)和設備管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。使用過程中通過三維展示模型， 便可直接查看該設備的維修工單、控制系統(tǒng)采集的檢測數(shù)據(jù)、設備的設計參數(shù)、二維圖紙和該設備的備品備件信息。

在設計、建設數(shù)據(jù)基礎上，集成工廠運行及管理數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理與分析，實現(xiàn)數(shù)字工廠的交付。 通過數(shù)字化管理工廠的運營，從而實現(xiàn)智能生產。

6 結語

BIM 技術為水泥企業(yè)打造智慧工廠創(chuàng)建了數(shù)據(jù)平臺，提升企業(yè)管理水平的同時，提高了生產效率。為實現(xiàn)BIM 技術的最終落地，水泥行業(yè)產業(yè)鏈上的設備廠商、設計施工方以及運營方都面臨新的要求。BIM 技術為水泥行業(yè)轉型發(fā)展注入了新的活力。