大型工业厂房工程建设中BI M技术的应用

寇安，李书恒，孔令熙

（中国建筑第二工程局有限公司，沈阳 110000）

1 引言

近年来，受政策与行业大型集团驱动，BIM技术在我国建筑领域的应用不断增加，主要反映在行业标准、使用成果等方面。但BIM的使用深度不足，与其他信息化手段的整合程度有限。本文介绍BIM技术在电子工业厂房项目建设中的应用，有利于优化设计，提高施工质量。

2 工程概况

某电子工业厂房项目生产数字电视传输的有关产品。该厂房项目为钢筋混凝土结构，长121.4 m，宽30.0 m，共4层，首层高6.5 m，其余层高均为5.1 m。生产区的设计面积为6 300 m2，产品检测区为3 150 m2，仓库区为3 150 m2，办公区为1 920 m2，总面积达14 520 m2。

工程建设的基本要求包括：装配与检测区必须保持清洁，室内空调温度需保持在20～26℃，相对湿度需大于75%，达5～7级的洁净度，空气中流动颗粒物粒径皆处于0.3～0.5 μm。零部件进出口需预留缓冲区，构建双道门，还需配备风淋室，待厂房投入使用后，所有入场人员均须通过风淋室。手工焊接生产区要求安装抽风罩与局部排风，统一收集焊接烟气并清洁处理后才能排放。厂房需容纳350人。

电子工业厂房有着很明显的特点：

1）功能集约。该类厂房负责制造的产品都比较精细，对设备与场地规模没有太大需求，所以，一般支持分层布置。同时，生产过程的各个步骤与功能都有较大联系，出于经济方面的考量，会把多个功能集中在一起，包含从原料到成品的整个实现过程。

2）设备密集。电子产品工业相较于普通制造业，自动化与集约化的程度更高，构成柔性生产线。因为生产设备的进一步集成，令其规格与占用空间不断缩小，所以，厂房内设备距离比较近，由此形成设备密集分布的状态。

3）防火与疏散级别要求高。每条生产线大约能容纳20～30人，再加上厂房内各类设备多，导致疏散时间较长，所以，对防火安全有更高的需求。

4）厂房内环境要求高。由于电子产品以及流水线设备属于精密仪器，所以，对空间环境有严格的标准。例如，LED芯片制造厂房内，外延炉区洁净度需达到10万级，N、P型电极也要有千级洁净度。同时，所有生产区的温度都需保持在21～25℃，湿度要求则是50%～60%，并且还需注重通风、排水等。

5）管线复杂。电子工业厂房中分布很多公用管线，如排水、暖通、电气、动力等多个系统。根据电子工业厂房本身的特点，可以发现其设计难度较大，而如果运用BIM技术辅助设计，有利于在减轻设计压力的同时提高精准度。

3 大型工业厂房中BI M技术应用

3.1 设计分析

在电子工业厂房项目中使用BIM技术，可以对建设的各个阶段进行相关分析，以此保障设计方案的合理性。以场地分析为例，该部分的设计既应符合厂区生产与运输需要，具备抵御洪涝的能力，确保厂区环境稳定，又需控制造价。故在设计初期需要利用BIM技术分析场地，确认平面布局，控制土方量。

借助BIM参与设计分析，基于航测手段构建规划区域内的地形3D模型，以此确认现场高差，合理设置标高，支持厂区规划。其中，高程分析针对地形等高线，依据工业厂区的工艺要求设置了多个组别，并通过色彩区分。坡度分析是根据特定类型标准，把场地分为若干部分，直观地反映场地中坡度的变化状况[2]。

3.2 建立BI M模型

3.2.1 确认体量模型

在构建厂房体量模型中，需先评估所在区域的风环境。该工程所在地区的主导风向为东南风，风速约3 m/s。厂房位于整个工业厂区的东北角，为了优化建设质量，全面描述厂区环境条件，在数据模型中还需同时构建厂区中其他厂房模型。建模期间，先模拟分析厂房表面承受的风压，经过对比发现，南侧风压相对偏高。结合电子工业厂房建设需要，需防止进出口有较大风压，避免风沙直接进入室内，污染生产环境。基于对室内洁净度的要求，空调采风口不应安装于风压偏高的侧面，因此，将出入口设于厂房建筑北侧，空调设备机房设于西北角。

3.2.2 设置项目BIM族库

Revit软件具有极强的自适应特征，能合理设计各部分构件参数，并借助内置插件协助设计。此软件可通过族编辑器精确定位与建模选择点位，把所得模型载入族模型，提取目标点和选择点位互相对应，由此使结构适应新的限制要求。本项目厂房各部分均选择参数化的建模手段，技术人员按照工艺要求掌握平面设计数据，如长、宽、墙体厚度、走廊分布、柱距等。本工程在建模中格外强调每个分区的参数设定，尤其是洁净度要求较高的区域。公用设施部分需重视管道材质、尺寸等参数，暖通方面需增加净化处理设计，确认洁净设备的型号、过滤风口与机房。在厂房项目总体构建中需确认结构定位，设置协同轴网与标高参数，后设置厂房大致形状，其余的细化结构、供电线路与水暖等可以同步添加。

在该工程中，设备供应厂给出SMT生产线上所有设备模型图，通过分析其提供的软件与Revit，发现二者具有兼容性，支持将设备模型保存为Revit能打开的格式。在族库导入环节中，可先将模型转化成“.sat”格式，通过Revit完成导入。按此种常规操作，无法使模型完全显现，因而改用Inventor软件转换，此环节操作目标为零部件，然后以“.adsk”格式导出，零部件最后选择23.40.70.17.11装置。构建工艺族中，各部门名称是设备名字与规格的组合方式，如插件机350、下板机-300等。

2.2.3 厂房主体结构模型

按照设定轴网确认墙体位置，并增加楼层线，作为确认建筑层高、梁、楼板与墙体的参照标准。完成基本定位后，将模型转交给结构专业，此部分主要包含楼板及梁柱等，下一个专业范畴为建筑，完成模型道路后，按梁柱点位加以避让，进一步优化立面设计，如图1所示。

图1 建筑结构模型

2.2.4 工艺与机电模型

在建筑结构模型的基础上增加工艺设备的部分，利用3D模型视图呈现，并模拟厂房完工后投入使用的情形，3D模型如图2所示。

图2 工艺布置3D模型

机电模型部分要根据土建模型与技术要求设计。该工程中装配与检测区要求达到万级洁净，暖通部分在公用设施中最关键，其他管线均需避让。BIM建模时，要明确空气净化与除尘等暖通系统功能，涉及多项施工对接，如洁净系统需与当地净化企业对接。在各专业同步设计中，要有效展现BIM技术立体可视化性能，保障各条管线准确避让。

3.3 碰撞检测

该工程中需开展碰撞测试的项目包括公用部分所有管线间、梁柱、主体结构、公用空间和厂房建筑。其中，公用线路中，空调风管、动力管道与消防管道等易出现位置冲突，对于检查出的各个碰撞点，需借助改变标高与位移的方式处理。

1）模型汇总，集中所有专业模型并完成模型归类，对于待碰撞检测的具体构件也进行分类，便于后期锁定目标。

2）本工程利用Revit软件的检测功能分析模型。

3）录入检测规则，即选中检测目标，其余无价值的位置模型无须生成碰撞报告，以避免产生错误内容，加重软件工作量[3]。在该工程中，检测对象包含主体模型与公用线路、建筑构件等。

4）启动设备开始检测，软件可直接形成碰撞报告。工程负责人根据报告内容将问题告知相应专业并进行设计优化调整。如在该项目在碰撞检查中，2层楼梯间部分发生门梁碰撞，故需把梁体标高适当提高。

3.4 优化设计

3.4.1 风系统

在本工程中的拟建生产车间，其排风系统和工艺热排出现碰撞，借助BIM对相应系统加以调整，如图3所示。初始设计新风系统、有机排风、工艺热排的标高均为7.2 m，未优化时，整体系统分布较混乱，且有多处碰撞，预留的夹层空间未能得到有效利用。调整后将标高提升至8.2 m，工艺热排及有机排风的系统设备均提高至7.5 m，适当翻弯安装。电子工业厂房中洁净区的新风量计算公式为：

图3 新风系统优化排布

式中，G0为最小新风量，m3/h；G1为达到空气平衡需要的新风量，包括全面与局部排风、维持正压，m3/h；G2为达到人员卫生标准时所需新风量，m3/h；G3代表达到总风量设定比例的新风量，m3/h。

3.4.2 消防水系统

项目将原本放置于南北侧的主管调换方位，既能消除主管和厂房梁体其他管线间的冲突，又能提高夹层空间的使用率，并达到项目方的建设标准，便于后期现场安装。

3.5 预制加工

1）风管部分。工业厂房内的新风与排烟管道为58 000 m2，利用BIM程序进行优化设计，根据所得管道模型，以标准管段规格分为若干段，依次编号，生成预制加工图纸，交于合作加工厂后制造，成品构件皆配备保存相关安装信息的二维码，便于现场安装。

2）钢结构部分采取风管加工的流程预制。

4 结语

在大型工业厂房的建设中，应充分利用BIM技术的各项优势性能。从最初的厂房建筑设计到碰撞检测、管线优化等皆需结合项目工艺标准，逐渐加大BIM的应用深度，为现场精准施工奠定基础。