BIM技术在洁净厂房工程中的应用研究

2020-08-24姚刚

微处理机 2020年4期

姚刚

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

1 引言

微电子集成电路产业对生产环境的要求越来越高，作为生产区的洁净厂房较普通大型公共建筑有很大不同，其建筑面积大（通常单层面积达上万平方米）、配套系统多（空调、纯水、冷冻水、PCW、特气等），工艺管线及配套系统管道繁多复杂。如何在施工阶段做好空间管理，避免返工，成为施工单位必须要考虑的问题[1]。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具[2]，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在设计、施工、运维方面很大程度上改变了传统模式和方法，使项目信息共享、协同合作、沟通协调、成本控制、虚拟情境可视化、数据交付信息化、能源合理利用和能耗分析方面更加方便快捷，能够大大提高人力、物料、设备的使用效率和社会经济效益，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

2 BIM技术应用

传统建筑施工领域以CAD技术应用最为普遍，其以2D平面的形式呈现建筑、结构、水暖电等专业设计方案，可视性较差。在较复杂的工程项目中，BIM技术发挥的作用越来越多。应用BIM技术的意义在于使整个建筑行业从高层级到低层级的所有管理系统和工作流程间的矩阵式沟通和多维性交互变得更加的完善，实现了项目各个阶段的数据化管理[3]。在项目的全过程周期管理中，BIM技术贯穿于设计、施工和竣工交付等阶段。

2.1 设计阶段

电子洁净厂房常见建筑形式为回字形，其中央区域为核心生产区，通常由技术下夹层、核心生产区、技术上夹层组成。四周区域为配套用房，一般由变电所、空调机房、化学品中转库、气体制备及特气间、污水处理中转站及污水处理间、废气处理间等构成。投产使用后，四周区域配套用房通过管道将气体动力等条件输送至核心生产区，满足使用需求。繁多的管道使得在设计阶段必须统筹好各系统之间的对接设计。

图1 BIM技术在洁净机电施工中的应用

在设计阶段，BIM技术重点应用于建筑方案的深化设计领域。设计师利用BIM技术将建筑、水、暖、电等多个专业设计方案进行系统集成建模，在统一的BIM应用标准下，通过建立模拟模型来分析相关设计性能，比如日照及亮度分析、建筑节能、洁净送风设计等[4]。通过这种操作，设计人员可以直观检查设计理念和设计方案间存在的差异，明确设计缺陷位置，以实现相关专业的协同配合和设计优化，提高整体设计方案质量。同时，通过模型可视化，设计师将设计方案呈现给业主，方便业主提出设计需求，加快设计进度。

2.2 施工阶段

洁净厂房施工重点为洁净机电安装工程施工，包括管道施工、通风施工、电气施工、洁净区施工（含不同净化级别）等，涉及设计方案交底、设备材料采购、各专业的交叉作业、现场协调管理及竣工验收等。以万级净化施工为例，其施工流程主要包括：

设计交底至各班组→设备材料报审及下单采购→进场准备→各专业现场放样→场外风管制作→现场天花EPOXY滚涂→风管、管道、电气桥架等安装→地面EPOXY底涂、中涂施工→彩钢板立板安装→吊顶安装→消防、电气、照明、自控、送风口制作安装等→EPOXY面涂及天花板施工等。

洁净施工涉及众多专业，且施工阶段相互交叉，在此利用BIM技术进行模拟施工，可达到动态、集成和可视化的施工管理效果[5]。其流程如图1所示。

2.3 关键环节

1)技术交底

在施工阶段，施工单位首先应对设计方案进行详细研究，借助其专业优势来发现设计阶段可能产生的设计问题。在洁净工程中，净化机电安装重点要关注各种管道施工产生的空间管理，这包括气体管道（GN2、PN2、压空、特气等）、水路管道（消防喷淋、纯水、冷冻水、PCW等）、电气管路（强电电缆、弱电自控）等。

在软件中管线铺设建模的效果如图2所示。

图2管线建模效果

管线施工要符合施工规范要求，做到合理的空间排布将对项目运行使用维护带来很大益处。施工技术人员利用BIM模型来呈现个管道施工位置，在3D可视化下直观发现施工重难点，以做好应对[6]。

2)进度计划

进度计划管理效果基于计划设置的合理程度。相较于常用的甘特图进度计划管理方法，BIM技术将方案模型与进度计划结合，通过加入时间量，实现进度模拟，利用资源配置图表，呈现施工材料供应量、工序搭接时间点等相关数据。这样既可呈现施工过程，也有利于实时追踪进度状态，如出现进度偏差，可运用BIM模型来检错纠偏。

3)施工现场

洁净工程施工现场人材机大量配置，通常设置多个作业区域，施工单位可利用BIM技术对施工方案及人材机的合理化配置进行评估，以提高资源使用效益。并利用其可视化优势，对施工过程、交通流线等进行模拟，实现对现场加工区（如风管）、设备材料堆放区、办公区、生活区等多区域的合理设置。考虑洁净工程参建方众多，为协调好各参建方在管线施工、进度安排等事项的施工顺序，如消防管道安装，施工单位可利用BIM模型体现的作业空间管理信息，最大程度避免二次返工导致停工的现象。此外，BIM技术还可以搭建施工现场立体模型，呈现施工细节，这样有助于确定安全风险及质量隐患识别，对安全隐患排查和质量整改管理有很大帮助。

4)成本管理

BIM模型不直接产生数据，其可以利用结构化数据优势间接产生数据，比如利用模型计算材料数量，同时通过关联对应材料的定额信息，来获得此类材料的造价、人工等信息。在过程中，可以动态查询成本及变更信息，并将相关信息进行整合、汇总及拆分，运用统计学知识将相关信息与进度计划数据进行比较，以此判断项目成本控制情况[7]。

2.4 竣工阶段

在项目竣工阶段，常规做法是由施工单位向业主提供竣工图纸以存档，但这种方式造成资料多且杂，后续查阅困难。作为一种完备的信息模型，基于BIM技术的竣工模型在信息实效性上优势明显。施工技术人员根据现场实际将相关信息反馈至BIM 模型，包括设计变更、工程签证等文件，有利于提高竣工阶段的结算效率。

工程交付时，利用BIM技术可为业主提供多项服务，包括模型文件、文档文件（数据分析报告）、图形文件（重点及制定部位）等，业主可在BIM模型平台内集中进行相关信息录入，实现资料的电子化集中管理，集成形成数据库，为运维管理提供最直观详实的资料。相关维修保养记录也可以动态录入，实现信息查询、记录、修改、输出和共享的一体化操作平台[8]。