BIM提高薄膜组件工厂公用工程空间管理

辛永诚，赵鹏源，吴清辉

(1.中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063；2.中国电子系统工程第四建设有限公司，石家庄 050000)

薄膜组件工厂是洁净厂房类型的一种，对工业洁净厂房技术的一般定义是：采用某些方法，将房间的温湿度和粒子浓度控制在一定范围内的技术。现代科技爆发式增长，电子产品越来越快的迭代速度让产品功能更加强大，与此同时，其内部构造更加复杂。错综复杂的内部结构对制造环境提出了更高、更复杂、更严苛的要求。生产现场即使存在细微的粉尘或细菌，就可能导致产品电路短路，最终导致良品率显著下降。

1 薄膜组件工厂的空间组成

洁净生产车间是产品的生产主体，产品的主要工序都在洁净室中进行。变电所为整个厂区供应电力，除湿空调机房将生产车间的温湿度控制在一定范围之内，让车间环境满足温湿度要求。除湿机房的噪音与振动较小，一般可以与生产车间布置在一栋建筑内。

空压机房和冰机房由于运行时会产生很大的噪音和振动，一般与生产区域完全隔离。空压机房是车间气动管道的源头，为车间提供特殊气体及压缩空气。冰机房控制着整厂区的冷源，低温水从冰机出口接到分集水器，再通过分集水器送往板式换热器。经过板式换热器后可以得到更高温度的工艺冷却水，供给设备冷却用。冰机出口的冷却水送往冷却塔进行冷却，冷却塔一般设置在厂房屋顶并保证周边无遮挡物，便于让室外流动的风带走热负荷。

2 徐州凯盛太阳能电池项目的特点

2.1 施工要求高

洁净室是整个厂区最重要的生产主体，产品生产的主要工序都在洁净室内。若洁净室的温湿度及洁净度无法保证，就会严重影响成品质量[1]。所以，在厂房洁净室的设计阶段和施工过程中，要采取切实有效的设计保证洁净室在运行时洁净度满足生产要求。

2.2 涉及范围广

项目主要包含风、水、电、气动四大系统。

风系统：送风、回风、新风、排风、工艺排气、消防排烟等。

水系统：低温冷冻水、低温冷却水、工艺冷却水、室外给水、热水等。

电系统：动力设备配电、照明配电等。

气动系统：压缩空气(CDA)、氮气(N2)、蒸汽系统等。

除此之外，还有装修专业、库板墙板、FFU龙骨天花等，这些也会影响到管线走向和布局，对现场空间管理产生影响。

2.3 施工周期长

设备经过采购、安装、调试、试运行直到竣工验收的全过程，由于涉及系统专业多，在设备安装的过程中需要遵循一定的顺序，或让施工队伍轮换工作面施工，不能蛮干乱干，所有工作同时展开。

2.4 交叉管理工作多

项目由于涉及的专业多，各专业交叉施工的管理工作就显得尤为重要。机电安装工程内部需要协调风水电系统间的协调配合，有时还需要配合土建单位、装修单位的施工进度。

3 BIM对薄膜组件工厂的提高方法

在传统的机电安装工程项目实施过程中，现场工程师在平面图上对管线排布后，将图纸交付施工队现场实施。平面图纸所表达的信息有一定的局限性，引入BIM模式可以在开工前将各专业图纸反映到空间模型中，提前规划施工方案、施工工序等，大大提高施工效率和质量，加快项目进度[3]。

3.1 建模要求

为保证各工程师在建模过程中能够及时有效的协同，在模型建立前应建立一套共性的规则，以保证参与者确切地表达自己的设计意图以及理解他人的设计意图，避免出现模型精度参差不齐的现象。

3.2 分专业建立模型

在机电工程专业的建模之前，需要进行基础模型的建立，即建筑和结构模型，基础模型建立完成后，各工程师再按照原设计图纸建立各自的模型，在管综调节的过程中复核管线走向的合理性，在模型中按照不同楼层平面和专业规划平面图。

3.3 模型检查和维护

为了确保项目模型能切实地反映现场情况，项目部需制定一套完整的模型检查和维护机制，对每个模型的建模人、图纸依据、建模时间、存储位置、检查人等进行详细的记录。

3.4 管线综合排布

在徐州凯盛光伏太阳能项目中，动力站大型管道很多。同时，动力站内设备也很多，从厂房实际运维角度考虑，在建设时必须要考虑检修人员行走的空间和设备操作维护面的问题。从施工单位的角度看，需要考虑设备的进场路线和顺序，以及设备进场以后的二次配管施工。

3.5 管线碰撞调整

由于风管所占空间最大，在调整时应首先规划风管的标高和走向。一般情况下，将消防专业布置在最顶层，之后再向下一层布置风管[4]。这样能尽量减少水、风管翻弯的次数，空间管理具体调整的原则是:小管避让大管，有压管避让无压管，水管避让风管，线管、桥架应在水管上方，避免因管道漏水造成桥架内积水[2]。另一方面，在保证系统功能性的前提下，管线的排布应该横平竖直，一方面统一规划可以节约空间，另一方面，统一的布局外观上大气，给人以良好的观感。

3.6 工厂化预制

在徐州凯盛光伏太阳能电池项目中，最常见的管道加工就是各阀组的预制，比如除湿机的空调水阀组。在设备到场前可将阀组预制出来，待设备到场后直接用阀组接口与除湿机接口对接，显著提高了施工效率[4]。图1为阀组预制化三维展示图，在精确模型的指导下，阀组预制依托于高精度的BIM模型来实现预制化加工，见图2。在提高预制加工精度的同时可以空出现场施工作业面，使得施工进度和施工质量都能显著提高。

4 BIM在徐州凯盛光伏太阳能项目的案例应用分析

4.1 项目概况

该项目由凯盛光伏材料(徐州)有限公司建设，总投资100亿元，建设10条生产线，形成1.5 GW生产能力，整体规划，分期实施。一期用地约273亩，投资22亿元，新建2条150 MW铜钢硒薄膜太阳能电池生产线。项目首期建筑面积：52 565.9 m2。

4.2 应用BIM技术的过程与成果

4.2.1 族库的准备

虽然网上已有各式各样的族，但通用族不能完全反映实际到场的设备尺寸。建立项目对应的族库是有必要的，工程师们要将使用到的各构件逐一建模，如图3所示，保存为族后载入到项目模型中。这样才能保证模型尽可能的贴合现场情况，更好的用模型来指导现场施工，图4为现场安装的角型过滤器。

4.2.2 Revit项目模型的创建

在项目实施的实际过程中，机电模型的调整必须参照土建模型。所以必须先建立起项目的土建模型。土建模型中需要包含的基本单位为梁板柱，墙门窗等[2]。这些单位的位置影响到管综调整时的管线布局，是土建模型必须要包含的图元，图5为徐州凯盛光伏太阳能项目的厂房全貌。完成土建模型后，再创建项目的机电模型。此时需要注意机电模型的标高和轴网要与土建模型相同，因为链接模型时默认为原点对原点，如果两个模型文件原点不同，在链接时模型会错位。

4.2.3 建模过程中的空间优化排布

为满足洁净度及温湿度要求，工程中央洁净室上方需要做二次吊顶的施工工艺。二次吊顶的空间内需要布置大量的吊点，从图6可以看到，二次吊顶区域内空间非常紧张。与此同时，吊顶区域内还有为保证生产车间温湿度洁净度达标的DCC、FFU等设备，检修用照明设备，以及为他们供水的管道及供电的桥架等。如果不进行空间排布，设备与丝杆的冲突会非常严重，导致施工进度缓慢，频繁拆改等事情发生。

通过Revit对二次吊顶区域进行空间排布，然后分专业出施工图给各队伍，并商量好施工工序，减少各队伍间的施工工序冲突及现场拆改。

5 应用BIM效果总结

在管综调整的过程中发现并解决大部分明显的碰撞问题，再通过配管深化、碰撞检测等手段可以更进一步地解决潜在的问题，比如施工空间、检修空间预留等。要达到这一步，就意味着BIM工程师必须熟练操作各种设计软件，拥有过硬的专业技术能力，并熟悉施工管理。工厂化预制加工依托于高精度的BIM模型，在提高预制加工精度的同时，扩大了现场施工作业面，显著提升了现场施工的进度及施工质量。

模型中所有图元的参数都切实反映现场零部件及设备情况，通过建立明细表，可以方便快捷地提取工程量。为工程师减负的同时提高了结算效率，促进业主与施工方达成一致的共识，减少工程款结算的争议。

6 结 论

a.BIM是一种新兴的工程管理理念，是贯穿建筑项目全生命周期的一种管理方法。一系列的BIM可视化设计软件可以给工程师们提供可视化的三维模型、强大的信息数据库以及协同工作平台，通过这些可以极大提升建筑项目设计、施工和运营的效率。

b.该文结合薄膜组件工厂项目的特点及普遍存在的问题，展示了BIM技术在薄膜组件工厂项目中的具体应用方式。实践表明BIM的方案可视化、信息数据库和即时运算反馈能极大降低项目中各参与方的沟通成本，让信息在各部门中流畅传递，让各部门在项目建设和运行的阶段都能良好协同。

c.通过对徐州凯盛光伏太阳能电池项目的实践，在项目施工阶段使用BIM对机电管线排布、碰撞检查、预制加工技术、工程量统计的运用过程，验证了BIM可以在建筑行业发挥出显著效果，并取得良好的收益和成效。

在项目建设的过程中深刻体会到：项目的BIM模型建设不能只靠一方推动，需要项目中各参与方的相互配合与努力。BIM应当作为一种管理项目的手段，而不仅仅只是一种技术应用。