BIM技术的应用如何助力日用化工行业实现数字化转型

储可新 袁 路 崔 洋

中国中轻国际工程有限公司，北京，100022

1 引言

随着信息技术的迅速发展，数字化转型已经成为各个行业的发展趋势，各行业都在尝试实现数字化管理以促进企业的数字化转型工作，日用化工领域也不例外。在传统的日用化工工程建设中，由于信息孤立、协作不畅和数据重复输入等问题，往往导致工程效率低下、质量难以保障、成本居高不下。然而，BIM作为一种全新的数字化技术，已经在建筑和工程领域引起了革命性的变化。它不仅仅是一种工具，更是一种全新的方法论，通过数字化的方式重新定义了工程设计、建设和管理的方式。BIM技术通过创建高度精确的三维模型，整合了项目的多个方面，包括建筑、结构、设备、材料和工程进度，以实现项目的全生命周期管理。因此，BIM技术的出现为日用化工行业带来了崭新的机遇。本文将重点探讨BIM技术在日用化工领域能起到哪些作用进而促进企业实现数字化转型。

2 BIM技术在施工阶段的应用

2.1 数字化造价管理

中共中央国务院2021年发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》相继发布，这宣告了碳达峰、碳中和等低碳减排的政策体系正式确立，也为日用化工行业创造了风口发展期。为了有效利用资源以实现低碳减排，更为保障投资安全性，日化项目最直接的优化管理方式就是对投资估算、设计概算、工程预算、竣工结算等全过程进行数字化造价管理。

传统造价管理方式存在局限性，许多管理工作都属于事后管控，而事后管控多是干预和结果调整，所以并不利于企业发展，企业也因此无法做到高效控制，最终数据难以真实反映实际情况。

而数字化造价管理应用BIM、云计算、物联网等数字技术，可有效引领建设领域的造价管理转型升级，实现造价管理价值链的全要素、全过程的智能化和系统化，做到工程造价全业务流程数字化。

首先，BIM模型能为建设工程的监理方、设计方等各方提供直观的信息，减少信息屏蔽，提高管理有效性；其次，BIM模型成果具备检测功能，可真实检测出建设项目过程中将会出现的冲突与矛盾，能让工作人员及时解决问题，避免资源大量浪费造成的预算不可控；再次，BIM模型能够对工程的施工方案进行验证，明确方案可行性。这样通过BIM模型将建设方、设计方、监理方、施工方等，归结成一个核心为信息共享的无壁垒利益共同体，在BIM模型内细致到每一个构件的透明数据下，各方互相交流、合作，共同商议，能更好地减少各方的矛盾，享受资源，最终实现多方共赢。

2.2 施工过程优化

在建设阶段，BIM技术的应用主要集中在优化施工过程和协助实现精细化管控。传统的施工过程中，很多问题往往是在现场才被发现，这会导致工程延误，支付额外的成本。但通过BIM技术，施工团队可以在计算机模拟的环境下进行虚拟施工，模拟真实施工过程中的各个细节，包括工序安排、物料搬运、机械操作等。这样一来，施工团队可以提前预知潜在的冲突和问题，并做出相应调整，从而避免了在现场才发现的不必要麻烦。

日化行业的日常生产需要用到众多大型设备，现以设备吊装举一个简单例子：在传统的施工中，吊装设备是一个复杂而危险的任务，需要施工团队精确规划和协调。而采用BIM技术，施工团队可以在虚拟环境中创建三维模型（图1），并模拟不同的吊装方案。通过模拟，施工方可以提前识别潜在的问题，如吊装过程中可能出现的碰撞点、设备与周围结构的干涉等，还可以通过模型查看吊装路径、角度，以确保吊装过程的安全和准确性。

图1 吊装模拟

例如某场地有限，大型设备、构件较多且当地吊车资源稀缺的项目，这种条件下传统吊装方案很有可能出现吊装事故，因此对安全技术规范把握的准确性就是吊装安全性的关键。此时应用BIM技术进行实施作业前的吊装模拟，则可精确定位吊车站位尺寸及吊装路径。

（1）参数化吊机模型建立：应用BIM工具，通过拉伸、融合、旋转、放样等功能创建吊机实例模型；将臂杆长度、角度等关键参数与所创建的吊机实体构件部分进行关联以进行各项参数的调整；赋予所创建实体模型相应材质以提升观感，使模拟成果更贴近实际作业场景。

（2）确定吊车站位区域：根据设备或构件最远吊装位置，以吊车性能所示的吊车臂长及最大吊装重量，确定最大作业半径。吊车运动区域与作业半径重合区域即为吊车站位区域。

（3）定位吊车站位点：通过以往数据及经验积累，在已确定的作业区域内以圆锥碰撞法的方式，利用BIM的全视角三维视图观测吊车与项目整体框架的碰撞情况。首先排除可视碰撞点，而后再用BIM工具进行机器碰撞计算，彻底排除隐藏碰撞点。若有碰撞，则调整臂杆运动轨迹以避免碰撞；若无法避免碰撞，则调整吊车站位进行再次模拟，直至避免全部碰撞并确定吊车站位点。

这种利用BIM技术模拟吊装过程的方法使得设备安装过程更加高效和安全。通过提前模拟，施工方能够减少人为错误和风险，避免可能的事故和施工延期，不仅提升了工程质量，还节省了时间和资源，杜绝了安全隐患，为整个工厂的施工过程带来了实质性的好处。

2.3 施工管控的改进

在施工过程优化的同时，BIM技术的应用也可以使得施工管控更加精准和高效。施工方能通过BIM技术实时把控工程进度，并将实际进度反馈到模型中与计划进度进行比对和分析。项目管理人员可以及时了解工程的进展情况，并做出相应的调整和安排。

例如在某日化生产厂的施工过程中，BIM技术可以通过计算预定好材料日消耗量，并与应用三维可视化的施工进度计划应用相关联，帮助施工团队准确掌握材料的消耗情况（图2）。另外，通过直观的模型变化及模型数据中记录材料的进出和使用情况，施工团队可以实时掌握材料的库存和消耗情况。这就使得施工过程中的材料管控更加精细和高效，避免材料短缺和浪费。

图2 基于BIM的施工管理界面

2.4 物资管理

物资管理是施工项目管理相当重要的组成部分，其关系到项目的成本、质量和进度三大目标的实现。将BIM的三维可视性结合时间维度和成本形成五维BIM，既可以实现施工装置分区管理，又能做到将工程项目所有构件的各项实际参数进行集成加载。根据施工装置的分区、进度计划、标段、楼层和构件参数等，施工企业能够制订精准的物资需求计划和采购计划表，具体到单项工程、单位工程和分项工程。结合工程实际进度和需求，采购适量的物资，减少物资采购不足、过度或不及时造成的施工质量和安全问题。同时，参照限额领料单据，有效管控物资发放，做到不超发，节约施工成本。与此同时，BIM 5D技术还能根据实际空间和施工计划的参照，合理指导物资堆放，避免物资二次搬运成本，减少保存不当造成的材料损耗率，如钢材氧化变质、水泥受潮降效等。

综上所述，BIM技术在日化领域的施工阶段应用将带来诸多优势。通过参考资料可查的众多其他各行业实际应用BIM技术实施工程的案例，可以看到BIM技术在建设工作的实施中确实优化了决策和施工过程。将日化行业技术密集、附加值高、品种繁多和多学科交叉特点与其他行业应用BIM技术产生的共性优势，如提高效率、降低成本和增强质量相结合，其实不难总结出：提高效率即可视作变相再提高产品的附加值；增强质量能够使品种繁多、多学科交叉的日化产品安全性与稳定性得到有效提高；降低成本、提高资源利用率则能将技术密集的日化产品生产设备和空间在进行最优布置的同时减少资源浪费、低碳减排，促进可持续性，在当下最重要的企业发展道路上为日化企业博得更多优势。

3 BIM技术在运营维护阶段的应用

美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）研究报告显示，每年因计算机辅助设计、工程设计和软件系统中的操作性不够充分而造成的损失高达158亿美元，而业主和运营商在持续设施运营和维护方面消耗的成本几乎占总成本的三分之二。美国建筑师协会（American Institute of Architects，AIA）正在考虑如何修改其合同文件，以规范建筑信息模型的迁出流程。实施一种协议结构，以便使其代表的建筑信息模型和知识产权可以自然地从建筑师过渡到业主或运营商，从而使用更有效的数据管理建筑运营维护[1]。

目前，国内外已开始研究BIM在建筑运营维护（后文简称运维）阶段的运用。将BIM模型与传统运维管理系统相结合，可将BIM模型中存储的大量建筑相关信息，如设施几何形状、材料耐火等级和传热系数、构件造价和采购等数字信息用于运维管理系统，克服传统的二维运维系统过程抽象的缺点，实现对建筑物的三维可视化运营维护管理[2]。

3.1 运维管理的数字化转型

传统运维管理常依赖于手工记录和经验积累，不仅耗时耗力，而且容易出现错误。BIM技术的应用在运维阶段可以为传统方式带来数字化转变。运维人员可以通过BIM技术将实际工程与建筑信息模型对接，实现数据的传输和管理。这使得运维数据可以实时、准确地输入到数字化模型中，形成直观且全面的一体化运维管理系统。

在某母婴洗护用品公司的运维实践中，BIM技术为运维团队提供了数字化的设备管理平台。通过BIM模型，运维管理人员可以查看设备的实时运行状态、维护记录及维修情况。同时，还通过技术手段将设备的二维码或射频识别（radio frequency identification，RFID）标签与BIM模型中的构件形成对接，这样就能通过扫描二维码或RFID标签来直接获取设备的详细信息。这种数字化管理方式大大提高了运维效率和准确性。

以上只是个简单的例子，从更高层面来讲，将物联网、云技术、RFID、移动终端等结合起来应用基于三维展示平台的运维系统，不但能为建筑物实现三维可视化信息模型管理，使空间信息与实时数据融为一体，更为建筑物的所有构件和设施赋予了感知能力和生命力，从而将建筑物运营维护提升到智慧建筑的全新高度[3]。

通过结合BIM技术与各种高新科技，基于三维展示平台的运维系统能为建筑物管理带来革命性的变化。这种智慧化的解决方案不仅能提升运维管理的水平，还为未来建筑物的发展奠定了坚实的基础。

基于BIM的数字化运维管理转变方面将常规的运维管理系统与BIM模型相结合，再通过数据库映射，以更具象化和直观的方式加以实现。在实际应用中，其基本功能应至少包含以下六个方面。

（1）数据监控：基于BIM模型的可视化，实现对设备的查找、查看和定位功能的集成。通过系统能快速查找并定位建筑中各设施的准确位置，直观地展示设施的运行状态，并查询设施的历史运行数据，甚至碳排放的动态数据。让管理者对设施的运行情况有全面了解的同时，对数据出现异常趋势的设施能进行自动预警和提示维护，进而预防事故发生，提高设施的可靠性和安全性，同时促进低碳减排的实施。

（2）维护计划：在建筑物的使用过程中，每个构件和设施都需要定期维护和管理以确保建筑物的正常运行和延长其使用寿命。通过将BIM模型与运维系统结合，能够充分发挥两者优势，运用模型的空间快速定位和系统准确且及时的数据记录功能，协助运维人员完成更合理的维护方案，从而提高维护效率、减少潜在问题。

（3）资产管理：运维管理水平的提升需要一套有序的资产管理系统与之配合。而通过引入BIM技术，将所需的资产信息加载到对应构件上的同时再与RFID的资产标签芯片相结合（图3），既可以大幅降低资产管理系统初始化的数据准备，又可以在建筑物中快速查询定位一切相关资产的参数信息，减少人力的投入。

图3 设备资产与RFID结合

（4）环境分析：通过传感器的连接获取建筑物内各空间的环境指标数据，将数据抓取到基于BIM的运维管理平台上展示，可以直观地了解建筑空间的各种环境指标。后续通过开发能耗管控模块，更可以对各空间的能源使用状况进行自动统计、分析，并加以管控。

（5）空间管理：想要有效管理空间资源，使空间资源发挥出最大的利用率，抽象的数据和平面的显示都很难表达清晰，只有将建筑设备和空间信息结合BIM技术来实现更好的管控。BIM技术的可视化特性让空间资源的管理变得直观形象。通过BIM模型，可以直观地定位和查找各个系统和设备的位置信息。运维人员可以在虚拟环境中轻松找到需要的空间资源，无须费时费力地在实地搜索，从而提高了定位和查找的效率。

（6）应急管理：应用BIM技术配合相应的灾害分析模拟软件来进行人员疏散、应急救援预案的模拟，可在灾害发生前进行各类灾害发生的过程模拟且不会占用真实的人力物力。而将基于BIM的运维系统与楼宇自动化系统打通，当灾害发生时，可以及时获取建筑物和设施的当前状态信息，直观地展示各应急设施是否正常启动，疏散通道是否因突发情况导致被堵塞，大幅提高应急行动的成效。

3.2 建立运维数据库实现平台管理优化

通过BIM技术，日化领域在工程建设的过程中就可提前布局，后期建立全面的运维数据库，实现平台数字化管理和优化。在某化工厂的运维实践中，运维人员将BIM技术与物联网技术相结合，让各类传感器和监控设备的数据与数据库相连的同时映射至BIM模型相对应构件上，实现了设备的远程监控、数据采集和可视化数据集成。通过查看可视化的具体设施，运维人员就可以快速得到所需的信息，并根据设施的运行情况和维护记录，制订并实施更科学合理的设施维护计划。如重中之重的安全维护：乙氧基化反应温度经传感器数据传输至数据库，通过借鉴其他工厂的安全数据及理论安全值，系统进行预判式的预警及控制，同时全过程映射在基于BIM的运维管理界面上，工作人员一眼便可看到是厂区哪个车间、哪个区域、哪台设备进入或即将进入预警范围，并做出快速处理，避免反应温度超过185 ℃导致剧烈反应，发生爆炸危险。此外，基于BIM的运维管理平台在结合物联网技术后，数据库可通过以往数据积累以及大数据收集，计算出最佳的进料比和换热比并实时将其状态映射至三维模型界面的对应设备构件上以不同颜色加载数值显示，以此直观地显示状态，使工作人员能准确地掌握、控制每一台设备的最优反应效率，在保障安全性、稳定性的同时提高每一台设备的生产反应效率。

另外，运维团队还可以将运维数据库与企业资源计划（enterprise resource planning，ERP）系统对接，实现运维与生产、物流、采购等部门的无缝对接。通过ERP系统，运维团队可以实时了解生产进度和物料消耗情况，从而更好地调配人员和物资，提高运维效率和资源利用率（图4）。

图4 基于BIM的运维管理平台与ERP系统数据共享

如何将BIM模型与运维平台集成，简单来讲分为以下几个步骤。

3.2.1 运维数据库与BIM模型的连接

运维数据库是工厂进行设备管理和运维工作的核心系统，它记录了设备的运行状态、维护记录、维修情况等重要信息。在BIM模型中，要实现与运维数据库的连接，需要建立数据接口，使得两者之间能够实现数据的传输和共享。

（1）建立数据接口：数据接口是连接运维数据库与BIM模型的桥梁。在数字模型与数据库连接时，通常会采用开放式数据接口，如应用程序编程接口（application programming interface，API）等来实现BIM模型与运维数据库的实时数据同步。

（2）数据库数据的映射：在建立数据接口的基础上，需要对数据库中的数据进行映射，将数据库中的数据与BIM模型中的相应构件进行关联。这需要确保数据库中的数据字段与BIM模型中的组件属性相匹配，以实现数据的准确传输和映射。

（3）数据库权限管理：连接运维数据库与BIM模型时，要考虑数据的权限管理，确保数据的安全和保密性。

3.2.2 数据的探测和抓取

在BIM模型与运维数据库成功连接后，需要对设备的运行数据进行实时探测和抓取，以保证数据的准确性和及时性。

为了实现数据的实时探测，可以在设备中安装传感器。传感器可以监测设备的温度、压力、振动等参数，感知设备的整体运行状态和性能，并将采集到的数据经过信号处理后通过数据采集器传输到运维数据库。

在运维数据库中，数据会被抓取并存储在相应的数据表中。这些数据表会按照设备的不同属性进行分类，以便运维人员能够快速查找和分析数据。

3.2.3 数据的反应与分析

在运维阶段，数据的反应和分析是非常重要的。通过对设备运行数据的反应和分析，运维人员可以及时发现设备的异常和问题，并采取合理的措施进行处理，避免突发状况。

（1）实时监测：运维数据库中存储的数据通过映射反映到BIM模型中进行实时监测。运维人员可以通过模型，掌握任何位置设备的运行状态，如温度、压力等参数。若设备出现异常，BIM模型会显示相应位置的警告信息，提醒运维人员注意。

（2）数据分析：运维数据库中的数据可以通过数据分析工具进行进一步的处理和分析。数据分析工具可以根据设备的运行数据，进行趋势分析、异常检测等，帮助运维人员更深入地了解设备的运行状况。

3.2.4 数据的总结和归纳

在运维阶段，大量的数据会被传输到运维数据库并映射到BIM模型中。为了更好地利用这些数据，需要对数据进行总结和归纳，提取有价值的信息和规律。

（1）报表生成：运维数据库可以根据设定的时间间隔，生成相应的数据报表。报表中包含设备的运行数据、维护记录和故障情况等信息。这些报表可以与BIM模型对应设备或空间进行绑定，当需要查看时，直接点击对应设备或区域即可直接调取，帮助运维人员更快更全面地了解设备的运行状况，及时发现问题。

（2）统计分析：通过对运维数据库中的数据进行统计分析，可以得出一些重要的运维指标。例如，运维人员可以通过统计设备的故障率、维护周期等指标，评估设备的运行可靠性和稳定性。

（3）数据挖掘：通过数据挖掘技术，可以挖掘出隐藏在大量数据中的有用信息，总结设备运行的规律和趋势，更合理地制订设备优化和改进方案。

4 结论

BIM技术作为一种数字化转型的辅助工具，在各工程建设领域中的应用都能使得设计、施工和运维等各个环节之间实现信息共享和无缝对接。设计团队可将数字化的建筑信息模型传递给施工团队，施工团队在施工过程中反馈实际数据到模型中，而运维团队又可以利用这些数据对设备进行监控和管理，形成了一张数字化的工程信息传递网络，极大提高了信息流动的效率和准确性。

重点值得一提的是，BIM技术在运维阶段的应用能为各类企业行业带来更多的便利。日用化工企业也不例外，通过对运维数据库的持续更新和优化，工厂可以实现设备的智能化管理，极大限度地提高安全风险的预防效率，将防患于未然实现于“目光”之内。

如今在生产建设中，重中之重是安全和环保。三维数字化BIM技术的应用能为日用化工企业的安全建设和建设单位的低碳减排、环境保护带来促进作用，通过可视化和预防安全风险、优化安全培训和演练、加强事故应急和救援响应均可以提供应用方向，帮助企业实现对日用化工产品的安全生产，对建筑和设备的全生命周期管理。在低碳减排和环境保护方面，通过节能环保设计的优化、建筑材料和资源的优化利用、绿色建筑的推广、环境影响评估和管理，以及施工过程的优化和减排，BIM技术也能给建设单位提供更好的对比和模拟措施。

综上所述，日用化工行业若能积极推动BIM技术的应用，并在更多的领域与其他信息技术相结合，充分发挥BIM技术各方面的优势，则可以不断提升相关企业的行业竞争力和可持续发展水平，为整个日化行业实现更全面、高效的数字化转型提供有力支撑。