大型工業(yè)廠房工程建設(shè)中BI M技術(shù)的應(yīng)用

寇安，李書恒，孔令熙

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，沈陽 110000）

1 引言

近年來，受政策與行業(yè)大型集團(tuán)驅(qū)動(dòng)，BIM技術(shù)在我國(guó)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，主要反映在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、使用成果等方面。但BIM的使用深度不足，與其他信息化手段的整合程度有限。本文介紹BIM技術(shù)在電子工業(yè)廠房項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高施工質(zhì)量。

2 工程概況

某電子工業(yè)廠房項(xiàng)目生產(chǎn)數(shù)字電視傳輸?shù)挠嘘P(guān)產(chǎn)品。該廠房項(xiàng)目為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)121.4 m，寬30.0 m，共4層，首層高6.5 m，其余層高均為5.1 m。生產(chǎn)區(qū)的設(shè)計(jì)面積為6 300 m2，產(chǎn)品檢測(cè)區(qū)為3 150 m2，倉庫區(qū)為3 150 m2，辦公區(qū)為1 920 m2，總面積達(dá)14 520 m2。

工程建設(shè)的基本要求包括：裝配與檢測(cè)區(qū)必須保持清潔，室內(nèi)空調(diào)溫度需保持在20～26℃，相對(duì)濕度需大于75%，達(dá)5～7級(jí)的潔凈度，空氣中流動(dòng)顆粒物粒徑皆處于0.3～0.5 μm。零部件進(jìn)出口需預(yù)留緩沖區(qū)，構(gòu)建雙道門，還需配備風(fēng)淋室，待廠房投入使用后，所有入場(chǎng)人員均須通過風(fēng)淋室。手工焊接生產(chǎn)區(qū)要求安裝抽風(fēng)罩與局部排風(fēng)，統(tǒng)一收集焊接煙氣并清潔處理后才能排放。廠房需容納350人。

電子工業(yè)廠房有著很明顯的特點(diǎn)：

1）功能集約。該類廠房負(fù)責(zé)制造的產(chǎn)品都比較精細(xì)，對(duì)設(shè)備與場(chǎng)地規(guī)模沒有太大需求，所以，一般支持分層布置。同時(shí)，生產(chǎn)過程的各個(gè)步驟與功能都有較大聯(lián)系，出于經(jīng)濟(jì)方面的考量，會(huì)把多個(gè)功能集中在一起，包含從原料到成品的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程。

2）設(shè)備密集。電子產(chǎn)品工業(yè)相較于普通制造業(yè)，自動(dòng)化與集約化的程度更高，構(gòu)成柔性生產(chǎn)線。因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備的進(jìn)一步集成，令其規(guī)格與占用空間不斷縮小，所以，廠房?jī)?nèi)設(shè)備距離比較近，由此形成設(shè)備密集分布的狀態(tài)。

3）防火與疏散級(jí)別要求高。每條生產(chǎn)線大約能容納20～30人，再加上廠房?jī)?nèi)各類設(shè)備多，導(dǎo)致疏散時(shí)間較長(zhǎng)，所以，對(duì)防火安全有更高的需求。

4）廠房?jī)?nèi)環(huán)境要求高。由于電子產(chǎn)品以及流水線設(shè)備屬于精密儀器，所以，對(duì)空間環(huán)境有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。例如，LED芯片制造廠房?jī)?nèi)，外延爐區(qū)潔凈度需達(dá)到10萬級(jí)，N、P型電極也要有千級(jí)潔凈度。同時(shí)，所有生產(chǎn)區(qū)的溫度都需保持在21～25℃，濕度要求則是50%～60%，并且還需注重通風(fēng)、排水等。

5）管線復(fù)雜。電子工業(yè)廠房中分布很多公用管線，如排水、暖通、電氣、動(dòng)力等多個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)電子工業(yè)廠房本身的特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)難度較大，而如果運(yùn)用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)，有利于在減輕設(shè)計(jì)壓力的同時(shí)提高精準(zhǔn)度。

3 大型工業(yè)廠房中BI M技術(shù)應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)分析

在電子工業(yè)廠房項(xiàng)目中使用BIM技術(shù)，可以對(duì)建設(shè)的各個(gè)階段進(jìn)行相關(guān)分析，以此保障設(shè)計(jì)方案的合理性。以場(chǎng)地分析為例，該部分的設(shè)計(jì)既應(yīng)符合廠區(qū)生產(chǎn)與運(yùn)輸需要，具備抵御洪澇的能力，確保廠區(qū)環(huán)境穩(wěn)定，又需控制造價(jià)。故在設(shè)計(jì)初期需要利用BIM技術(shù)分析場(chǎng)地，確認(rèn)平面布局，控制土方量。

借助BIM參與設(shè)計(jì)分析，基于航測(cè)手段構(gòu)建規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的地形3D模型，以此確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)高差，合理設(shè)置標(biāo)高，支持廠區(qū)規(guī)劃。其中，高程分析針對(duì)地形等高線，依據(jù)工業(yè)廠區(qū)的工藝要求設(shè)置了多個(gè)組別，并通過色彩區(qū)分。坡度分析是根據(jù)特定類型標(biāo)準(zhǔn)，把場(chǎng)地分為若干部分，直觀地反映場(chǎng)地中坡度的變化狀況[2]。

3.2 建立BI M模型

3.2.1 確認(rèn)體量模型

在構(gòu)建廠房體量模型中，需先評(píng)估所在區(qū)域的風(fēng)環(huán)境。該工程所在地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，風(fēng)速約3 m/s。廠房位于整個(gè)工業(yè)廠區(qū)的東北角，為了優(yōu)化建設(shè)質(zhì)量，全面描述廠區(qū)環(huán)境條件，在數(shù)據(jù)模型中還需同時(shí)構(gòu)建廠區(qū)中其他廠房模型。建模期間，先模擬分析廠房表面承受的風(fēng)壓，經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，南側(cè)風(fēng)壓相對(duì)偏高。結(jié)合電子工業(yè)廠房建設(shè)需要，需防止進(jìn)出口有較大風(fēng)壓，避免風(fēng)沙直接進(jìn)入室內(nèi)，污染生產(chǎn)環(huán)境?；趯?duì)室內(nèi)潔凈度的要求，空調(diào)采風(fēng)口不應(yīng)安裝于風(fēng)壓偏高的側(cè)面，因此，將出入口設(shè)于廠房建筑北側(cè)，空調(diào)設(shè)備機(jī)房設(shè)于西北角。

3.2.2 設(shè)置項(xiàng)目BIM族庫

Revit軟件具有極強(qiáng)的自適應(yīng)特征，能合理設(shè)計(jì)各部分構(gòu)件參數(shù)，并借助內(nèi)置插件協(xié)助設(shè)計(jì)。此軟件可通過族編輯器精確定位與建模選擇點(diǎn)位，把所得模型載入族模型，提取目標(biāo)點(diǎn)和選擇點(diǎn)位互相對(duì)應(yīng)，由此使結(jié)構(gòu)適應(yīng)新的限制要求。本項(xiàng)目廠房各部分均選擇參數(shù)化的建模手段，技術(shù)人員按照工藝要求掌握平面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如長(zhǎng)、寬、墻體厚度、走廊分布、柱距等。本工程在建模中格外強(qiáng)調(diào)每個(gè)分區(qū)的參數(shù)設(shè)定，尤其是潔凈度要求較高的區(qū)域。公用設(shè)施部分需重視管道材質(zhì)、尺寸等參數(shù)，暖通方面需增加凈化處理設(shè)計(jì)，確認(rèn)潔凈設(shè)備的型號(hào)、過濾風(fēng)口與機(jī)房。在廠房項(xiàng)目總體構(gòu)建中需確認(rèn)結(jié)構(gòu)定位，設(shè)置協(xié)同軸網(wǎng)與標(biāo)高參數(shù)，后設(shè)置廠房大致形狀，其余的細(xì)化結(jié)構(gòu)、供電線路與水暖等可以同步添加。

在該工程中，設(shè)備供應(yīng)廠給出SMT生產(chǎn)線上所有設(shè)備模型圖，通過分析其提供的軟件與Revit，發(fā)現(xiàn)二者具有兼容性，支持將設(shè)備模型保存為Revit能打開的格式。在族庫導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，可先將模型轉(zhuǎn)化成“.sat”格式，通過Revit完成導(dǎo)入。按此種常規(guī)操作，無法使模型完全顯現(xiàn)，因而改用Inventor軟件轉(zhuǎn)換，此環(huán)節(jié)操作目標(biāo)為零部件，然后以“.adsk”格式導(dǎo)出，零部件最后選擇23.40.70.17.11裝置。構(gòu)建工藝族中，各部門名稱是設(shè)備名字與規(guī)格的組合方式，如插件機(jī)350、下板機(jī)-300等。

2.2.3 廠房主體結(jié)構(gòu)模型

按照設(shè)定軸網(wǎng)確認(rèn)墻體位置，并增加樓層線，作為確認(rèn)建筑層高、梁、樓板與墻體的參照標(biāo)準(zhǔn)。完成基本定位后，將模型轉(zhuǎn)交給結(jié)構(gòu)專業(yè)，此部分主要包含樓板及梁柱等，下一個(gè)專業(yè)范疇為建筑，完成模型道路后，按梁柱點(diǎn)位加以避讓，進(jìn)一步優(yōu)化立面設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)模型

2.2.4 工藝與機(jī)電模型

在建筑結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上增加工藝設(shè)備的部分，利用3D模型視圖呈現(xiàn)，并模擬廠房完工后投入使用的情形，3D模型如圖2所示。

圖2 工藝布置3D模型

機(jī)電模型部分要根據(jù)土建模型與技術(shù)要求設(shè)計(jì)。該工程中裝配與檢測(cè)區(qū)要求達(dá)到萬級(jí)潔凈，暖通部分在公用設(shè)施中最關(guān)鍵，其他管線均需避讓。BIM建模時(shí)，要明確空氣凈化與除塵等暖通系統(tǒng)功能，涉及多項(xiàng)施工對(duì)接，如潔凈系統(tǒng)需與當(dāng)?shù)貎艋髽I(yè)對(duì)接。在各專業(yè)同步設(shè)計(jì)中，要有效展現(xiàn)BIM技術(shù)立體可視化性能，保障各條管線準(zhǔn)確避讓。

3.3 碰撞檢測(cè)

該工程中需開展碰撞測(cè)試的項(xiàng)目包括公用部分所有管線間、梁柱、主體結(jié)構(gòu)、公用空間和廠房建筑。其中，公用線路中，空調(diào)風(fēng)管、動(dòng)力管道與消防管道等易出現(xiàn)位置沖突，對(duì)于檢查出的各個(gè)碰撞點(diǎn)，需借助改變標(biāo)高與位移的方式處理。

1）模型匯總，集中所有專業(yè)模型并完成模型歸類，對(duì)于待碰撞檢測(cè)的具體構(gòu)件也進(jìn)行分類，便于后期鎖定目標(biāo)。

2）本工程利用Revit軟件的檢測(cè)功能分析模型。

3）錄入檢測(cè)規(guī)則，即選中檢測(cè)目標(biāo)，其余無價(jià)值的位置模型無須生成碰撞報(bào)告，以避免產(chǎn)生錯(cuò)誤內(nèi)容，加重軟件工作量[3]。在該工程中，檢測(cè)對(duì)象包含主體模型與公用線路、建筑構(gòu)件等。

4）啟動(dòng)設(shè)備開始檢測(cè)，軟件可直接形成碰撞報(bào)告。工程負(fù)責(zé)人根據(jù)報(bào)告內(nèi)容將問題告知相應(yīng)專業(yè)并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整。如在該項(xiàng)目在碰撞檢查中，2層樓梯間部分發(fā)生門梁碰撞，故需把梁體標(biāo)高適當(dāng)提高。

3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.4.1 風(fēng)系統(tǒng)

在本工程中的擬建生產(chǎn)車間，其排風(fēng)系統(tǒng)和工藝熱排出現(xiàn)碰撞，借助BIM對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)加以調(diào)整，如圖3所示。初始設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)、有機(jī)排風(fēng)、工藝熱排的標(biāo)高均為7.2 m，未優(yōu)化時(shí)，整體系統(tǒng)分布較混亂，且有多處碰撞，預(yù)留的夾層空間未能得到有效利用。調(diào)整后將標(biāo)高提升至8.2 m，工藝熱排及有機(jī)排風(fēng)的系統(tǒng)設(shè)備均提高至7.5 m，適當(dāng)翻彎安裝。電子工業(yè)廠房中潔凈區(qū)的新風(fēng)量計(jì)算公式為：

圖3 新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化排布

式中，G0為最小新風(fēng)量，m3/h；G1為達(dá)到空氣平衡需要的新風(fēng)量，包括全面與局部排風(fēng)、維持正壓，m3/h；G2為達(dá)到人員衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所需新風(fēng)量，m3/h；G3代表達(dá)到總風(fēng)量設(shè)定比例的新風(fēng)量，m3/h。

3.4.2 消防水系統(tǒng)

項(xiàng)目將原本放置于南北側(cè)的主管調(diào)換方位，既能消除主管和廠房梁體其他管線間的沖突，又能提高夾層空間的使用率，并達(dá)到項(xiàng)目方的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，便于后期現(xiàn)場(chǎng)安裝。

3.5 預(yù)制加工

1）風(fēng)管部分。工業(yè)廠房?jī)?nèi)的新風(fēng)與排煙管道為58 000 m2，利用BIM程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)所得管道模型，以標(biāo)準(zhǔn)管段規(guī)格分為若干段，依次編號(hào)，生成預(yù)制加工圖紙，交于合作加工廠后制造，成品構(gòu)件皆配備保存相關(guān)安裝信息的二維碼，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

2）鋼結(jié)構(gòu)部分采取風(fēng)管加工的流程預(yù)制。

4 結(jié)語

在大型工業(yè)廠房的建設(shè)中，應(yīng)充分利用BIM技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)性能。從最初的廠房建筑設(shè)計(jì)到碰撞檢測(cè)、管線優(yōu)化等皆需結(jié)合項(xiàng)目工藝標(biāo)準(zhǔn)，逐漸加大BIM的應(yīng)用深度，為現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)施工奠定基礎(chǔ)。