浅谈某工业厂房BIM技术施工模拟与应用

蓝元海 柳鹏 梅宇晨

(1．中建三局第三建设工程有限责任公司厦门分公司 福建厦门 361000;2．江苏省溧水高级中学 江苏南京 210000)

浅谈某工业厂房BIM技术施工模拟与应用

蓝元海1柳鹏1梅宇晨2

(1．中建三局第三建设工程有限责任公司厦门分公司 福建厦门 361000;2．江苏省溧水高级中学 江苏南京 210000)

以某钢结构工业厂房施工过程中BIM技术应用实践为例，对BIM技术在工业厂房中深化应用如各专业碰撞检查、深化设计复杂空间节点及施工模拟如辅助指导预制装配式施工、模拟施工过程(进度、资源、总平面布置)、基于云存储技术的BIM移动端拓展应用(手机、平板电脑等移动端)等方面进行总结。

碰撞检查;施工模拟;深化设计;预制装配式施工;BIM移动应用

0 引言

随着建筑业的发展，工业厂房正向更大跨度、更大空间、预制装配式方向迈进，相应的复杂空间节点增加，构配件尺寸精准度提高，各不同专业协调量大，传统的二维平面图纸已经很难满足工业厂房的施工要求，而日趋成熟的BIM技术，很好地缓解了这一问题。

通过BIM技术进行施工模拟与深化应用，对厂房施工进行可视化、参数化、高效协同管理。BIM模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。

ABB厦门工业中心项目总建筑面积为196 253．53m2，占地面积166 519．44m2，包含LP(低压)厂房、PPMV(中压)厂房、PPHV(高压)厂房，皆为钢结构厂房，厂房层高为8．20m～13．38m，其中钢结构、机电安装、幕墙及土建等专业协调难度大，同时项目采用了大量预制装配式施工技术(ALC板、钢结构安装、机电安装)。从设计决策阶段就采用BIM技术进行施工模拟与深化，在施工阶段提前检查碰撞问题，减少现场返工，深化施工图纸，进行施工进度模拟，优化了各施工阶段总平布置、导出预制装配式构件参数和复杂节点可视化交底，为项目厂房施工带来了显著的社会效益和经济效益。

图1 工程整体BIM效果图

1 BIM基础应用

碰撞检查是指提前查找和报告在工程项目中不同部分之间的冲突，发现图纸问题并进行优化的基础应用。由于模型如图1所示是按照真实尺寸的构件，全方位的三维专业模型可以检查各专业之间存在问题，并反馈给各专业设计人员进行调整。借助BIM碰撞检查技术可以减少厂房中绝大多数的图纸问题及现场返工。

1．1 模型整合

厂房模型包含土建、机电安装、钢结构、幕墙等专业，各专业模型由不同专业的工程师构件，在碰撞检查前将模型导入Navisworks软件中进行碰撞检查。

1．2 碰撞检查

运行Navisworks碰撞检查功能(Clash Detective)，选择检测对象，设定碰撞条件后开始碰撞检查，并将碰撞报告导出，如图2所示。

图2 电气专业桥架碰撞截图

1．3 问题处理

根据导出的碰撞报告，核对施工图纸，找出碰撞产生的根源，微小的碰撞可下发施工指令，现场直接调整，如图3所示。对于涉及结构安全、影响施工质量、改变设计意图及建筑功能的碰撞问题，即把问题反馈给设计院对施工图纸进行优化，问题解决后在模型中保持CLOSED状态。

图3 碰撞关闭后截图

2 内墙(ALC板)深化应用

厂房内墙采用预制装配式ALC板(蒸压加气混凝土防火内隔墙板)。利用BIM技术对ALC板材进行参数化建模，导入给排水、电气、通风、消防等机电管线模型及门窗模型生成ALC板上预留洞口图，深化ACL板导向角钢与钢柱的固定节点，导出包含每块ALC板尺寸、标高、留洞参数的ALC板排布图及导向角钢加工图，ALC板生产厂商根据排布图精确生产每块ALC板，钢结构加工厂根据导向角钢预制图精确生产含导向角钢的一体化钢柱。同时，现场施工时根据排布图准确安装ALC板，初步安装后，调整板材标高及平整度，最终通过调节钩头螺栓与导向角钢固定。

2．1 节点深化

基于BIM模型可视化，对ALC板的安装、门窗洞加固、机电留洞加固、钢结构构件穿越ALC墙体加固等复杂节点进行深化，以指导ALC板施工。

(1)安装节点深化

深化并明确设计图纸中未体现的一体化钢柱平面布置、导向角钢安装位置及安装标高等信息，通过BIM模型对ALC板平面排布、焊接固定方式、板材与钢柱空间位置关系进行深化，将原本设计贴靠钢柱翼缘板的ALC板偏移30mm，钢柱与板材通过导向角钢进行连接，以满足ALC板安装要求，提高ALC板工程质量和安装效率［1］。

(2)预留洞口深化

在ALC板模型中导入机电模型，利用机电管线剪切ALC板模型，生成机电管线预留洞口;通过门、窗模型剪切ALC板模型，生成ALC板门窗预留洞口;在模型中对ALC板上预留洞口进行调整、优化。

(3)生成一体化钢柱加工图

将钢结构模型导入ALC模型中，借助BIM的可视化特性对导向角钢模型进行复核，保证导向角钢满足ALC板安装要求。将复核数据反馈到钢结构模型中，对导向角钢进行调整，标识出焊点位置，生成包含导向角钢参数的一体化钢柱加工图。将加工图与设计图纸对比，确认无误后下发给钢结构加工厂进行预制焊接，提高施工效率及安装精度。

2．2 ALC排板优化

(1)平面钢柱布置优化

借助BIM模型，对ALC钢柱的平面布置进行合理优化，便于ALC板上的门窗及其他构件安装，提升ALC板安装效率。

(2)立面排板优化

厂房屋面为钢结构坡屋面，屋面下钢梁、檩条、隅撑布置复杂，ALC板无法安装至顶棚高度，在屋面下1m～2m高度(高度不等)采用防火砖进行填补，由于钢结构构件穿越ALC板十分复杂，确定ALC板可安装高度是一大难题。项目通过BIM三维模型，可直观地体现ALC板与钢结构构件的空间关系，确定ALC板安装顶标高。通过整合机电各专业的BIM模型，生成ALC板机电留洞，可导出包含每块ALC板尺寸、标高及开洞的ALC排板图。

2．3 预制化生产

对ALC排版图进一步审核后，ALC厂家根据排版图上每块板的轴线及标高、板材尺寸、留洞尺寸编制下料表进行预制化生产。

2．4 板材编码及装配吊装

为保证ALC板下料表中的板材与模型中一一对应，工程采用唯一编码系统如图4所示，在ALC模型中对每一块ALC板进行唯一性编码(如06－11－14代表06立面第11跨从下往上第14块ALC板)，然后生成包含上述信息的二维码，转运至厂房时进行扫码验收。ALC板材吊装时根据排板图进行定位、调整、加固，现场无需对板材进行裁切，结合BIM模型对复杂的吊装部位进行可视化交底，施工难点一目了然。

图4 ALC板局部模型(包含编码信息)

3 钢结构深化应用

钢结构厂房一般采用预制钢构件装配而成，往往存在预制构件尺寸控制难、安装节点复杂抽象、安装质量控制难等问题。根据设计图纸，将所有杆件、连接节点、预埋螺栓、混凝土梁柱等进行三维建模。在模型中进行优化后，解决安装问题并导出预制构件参数，提高构件安装精确度。

3．1 指导预制构件生产

根据设计图纸将钢结构主材、部件、零件等预制构件信息输入到模型中，运用碰撞校核功能检查模型冲突的部位，由设计人员核实更正，消除设计图纸的错误，导出包含构件布置图、详图等参数的加工图，指导钢结构构件预制生产，实现精准化安装。

3．2 空间测量定位

组合件巨大，构件超高空、悬空安装就位、连接，组合及安装难度大;所有构件连接采用法兰连接，现场安装精度要求高。按照Tekla Structures模型中的构件中心及测量控制线方向外缘的空间定位坐标，作为结构安装构件定位测量的依据［2］。在构件安装过程中，利用全站仪进行测量控制及调整，使构件安装符合设计、规范及定位要求。

4 机电安装深化应用

机电各专业设计图纸一般是分专业，进行系统的绘制，各专业的管、线错综复杂，建筑物可利用空间有限，设计图纸中的管线碰撞问题层出不穷，如图5所示。通过BIM可视化的特性及碰撞检查功能，对机电管线综合布置进行优化、导出土建预留管道洞口参数图、指导管道预制生产，为机电安装施工提供指导。

图5 管道优化前

4．1 优化管线综合布置

根据设计图纸对各专业管线进行建模，往往会存在大量的管线碰撞问题，通过BIM碰撞检查功能对各专业管线在空间上的排布进行综合优化，提高净空高度，保证管线综合布置的可行性、美观性及实用性，如图6所示。

4．2 生成土建留洞图

机电大量管道需穿越土建墙体及楼板，且机电管道错综复杂，一般会经过多次调整以消除碰撞问题，土建预留机电管道洞口时容易产生留洞与管道对不上的问题。项目通过整合机电和土建BIM模型，用机电安装管道模型剪切土建墙体、楼板模型，生成机电预留洞，导出包含机电留洞尺寸及标高的留洞图，土建施工时实现了精准留洞，极大地减少工作量，减少返工。

图6 管道优化后

4．3 指导管道预制化生产

将机电安装管道的下料生产、切割、组对、焊接、防腐、检验工作转到工厂进行，预制好的管道转运至现场进行组合安装，在现场只进行管道连接、焊接固定。将施工所需的管道参数输入到BIM模型中进行可视化调整，处理管道碰撞及安装问题后导出包含管道材质、壁厚、规格和定位信息的预制加工图，由工厂预制化生产，大幅提升施工效率和减少返工。

5 施工模拟

5．1 进度管理

将施工进度进度计划表导入BIM软件中进行施工动态模拟，将施工进程直观地展示出来，如图7所示，实现了施工作业流水的三维可视化。项目管理人员在计划阶段可直观地识别和预测潜在的施工工序冲突，对机械设备布置、现场空间布置、资源分配计划进行合理优化，从而提高施工效率、缩短工期、节约成本［3］。

5．2 资源动态管理

通过施工模拟可计算各个施工阶段的施工资源计划用量，合理安排施工人员的调配、工程材料的采购、大型机械设备的进场等，并且可根据施工实际情况实施动态调整，为项目资源管理提供参考，编制各施工阶段资源分布图［4］，如图8所示。

5．3 优化施工总平布置

通过BIM快速建模软件，在工程开工前期对施工现场用到的塔吊、施工电梯、材料加工棚等设备设施进行合理规划，优化临时用水、临时用电、临时道路排布，做到平面及空间交叉作业的有效协调，实现三维可视化现场平面管理。

图7 现场查看复杂安装节点

图8 现场模型可视化交底

6 BIM移动端应用

借助云存储技术，项目每周将BIM模型上传至欧特克云平台，项目管理人员可随时随地通过欧特克公司的BIM 360 Glue和A360软件将实时更新的BIM模型共享至每一位现场管理工程师，使得现场管理工程师可随时随地进模型审阅、图纸比对，实现虚拟建筑“随身带、随时查”，施工管理直观、规范、高效。

A360全称为Autodesk 360，主要为手机APP应用软件，适用于安卓系统和IOS系统;BIM 360 Glue主要为平板电脑应用软件，同样适用于多种操作系统。两大软件的合理使用，可帮助现场管理工程师在一个工作空间查看、共享、审阅BIM模型，即操作者可在多种移动终端(如笔记本电脑、手机、平板电脑等)上随时查看共享在云平台上的BIM模型。技术部通过对一些复杂的节点进行不同颜色或特殊符号的标识，以提醒现场管理工程师着重注意这些节点，而3D虚拟模型使得现场管理工程师可以360度全方位查看这些复杂节点，便于理解复杂的空间造型，让工程师对工人的施工交底更易理解、更直观，有效减少因主观因素造成的错误理解，使现场施工与图纸完美匹配。

7 结语

就文中钢结构厂房工程而言，BIM技术施工模拟与应用所带来的各专业模型核对解决、ALC板深化应用、钢结构及机电工程深化应用、工程施工模拟与BIM的移动终端应用等各类深入应用，极大程度上提高了厂房施工工效，避免了大量图纸问题，同时BIM模型的三维直观影像，使得施工准确率得到了极大的提高，相较于传统二维平面图纸的施工方式，BIM技术带来的是质的飞跃。

现今，国外建筑施工中BIM应用已非常成熟，国内的BIM应用也在高速发展，BIM的便捷性、构件信息的完整性、虚拟施工预知性等多项优势愈发体现出来，完整的BIM制度、实用的BIM经验愈加丰富和完善。随着各培训制度的不断完善，各企业、高校对BIM重视程度不断提高，BIM人才逐渐涌现，计算机技术不断完善，BIM的普及程度将越来越高，有望成为多复杂节点、多专业碰撞的工业厂房建设施工的必选技术。

［1］ 元轩中．蒸压加气混凝土板(ALC板)在重型钢结构厂房的施工应用［J］．福建建筑，2014(10):95－98．

［2］ 闫勇，卜祥英．BIM技术在钢结构厂房中的实践应用［J］．建材世界，2014(3):78－80．

［3］ 李勇．施工进度BIM可靠性预测方法［J］．土木建筑与环境工程，2014(4):51－56．

［4］ 王雪青，张康照，谢银．基于BIM实时施工模型的4D模拟［J］．广西大学学报(自然科学版)，2012(4):814－819．

Introduction to the Construction Simulation and Application of BIM Technology for An Industrial Plant

LAN Yuanhai1LIU Peng1MEI Yuchen2
(1．Xiamen Branch of The Third Construction Engineering Co．，Ltd．of China Construction Third Engineering Bureau，Xiamen 361000; 2．Lishui Senior Middle School in Jiangsu Province，Nanjing 210000)

Taking the example of BIM technology＇s application practices in construction progress of a steel structure industrial plant，regarding the deepen applications of BIM technology in industrial plant，this article has made conclusions on the aspects like collision check on various trades，shop drawing design of complex space node，construction simulations like assistant guidance on prefabricated construction and simulation of construction processes(schedule，resource，general plan view arrangement)，and BIM extended applications by mobile terminals(like mobile phone，tablet computer，etc．)on the basis of cloud storage technology．

Collision check;Construction simulation;Shop drawing design;Prefabricated construction;BIM mobile application

TU7

A

1004－6135(2017)02－0062－05

蓝元海(1989．11－ )，男，工程师。

E-mail:285870654@qq．com

2016－12－12