BIM技术在粮食仓储物流工程设计中的应用及展望

摘要：BIM技术是建筑信息化及产业化发展的必然产物，运用于工程项目的整个生命周期，粮食仓储物流项目由于其专业性强、管线复杂及标准化程度低等特点，对于BIM技术的应用需求更加迫切。文章对BIM技术的特点及应用现状进行概述，同时对其在粮食仓储物流项目中应用所面临的挑战以及应用发展前景进行了分析，以期推动BIM技术在粮食仓储物流工程设计中的应用，进一步优化设计流程，提高设计效率，同时为后期项目实施降低成本、稳定运营提供有效保障。

关键词：BIM技术；粮食仓储物流；工程设计；应用

中图分类号：S379.3 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240326

Application and prospect of BIM technology in grain storage and logistics project

Zheng Laining， Zhang Lixin， Liu Chunyang， Chang Zhixin

（ Beijing Guomao Dongfu Engineering Technology Co.， Ltd.， Beijing 100037 ）

Abstract： BIM technology is the inevitable product of building informatization and industrialization development， which applied in the whole life cycle of engineering project through the creation of three-dimensional building information model. Because of the characteristics of strong professionalism， complex pipeline and low standardization， the application demand of BIM technology in the grain storage logistics projects was more and more urgen. In this paper， the characteristics and application status of BIM technology were summarized， and the challenges and development prospects of its application in grain storage logistics projects were analyzed， in order to promote the application of BIM technology in the design of grain storage logistics projects， optimize the design process， improve the design efficiency， and provide an effective guarantee for the whole life cycle for the later project implementation to reduce costs and stable operations.

Key words： BIM technology； grain storage and logistics； engineering design； application

近年来，国民经济水平及城市化水平快速发展，建筑业作为中国的经济支柱产业，工程量也日益增加，年工程总量居全国首位，同时工程建设技术也在不断进步。早在1950年，CAD（computer aided design）技术诞生，至20世纪七八十年代，随着计算机的普及，CAD技术开始蓬勃发展，被广泛应用于各大设计领域[1]。CAD技术的出现，将图纸转变成了计算机中的2D数据，实现了工程建筑领域的第一次革命[2]。随着计算机信息技术的飞速进步，全球正式进入信息化时代，以物联网、应用于移动终端的第三方应用、大数据、云计算等为代表的新技术逐渐步入普遍应用阶段[3]。新时代的信息化技术逐渐应用于各行各业，对于建筑工程行业，传统二维CAD时代的产业模式与理念已无法应对社会及信息技术快速发展的各种挑战。为了满足社会高速发展的需求以及应对各种挑战，建筑行业需要将新时代的信息化技术进行应用，并提升设计、施工及整个产业模式的发展水平，建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术应运而生。BIM技术具有独特的三维可视化、高模拟性以及可协同设计等优势，不仅可有效解决建筑工程中所面临的各种挑战，还能够满足多样化以及高难度的建设要求，正在成为工程建设领域的第二次革命[4]。

1 BIM技术的特点

BIM技术是以建筑工程项目中的相关信息数据作为模型的基础，通过三维数字技术仿真模拟建筑物所具有的真实信息，将核心建模软件和分析软件综合利用，即将建筑工程项目的物理特性和功能特性都集成在建筑信息模型中，对整个工程进行各种模拟以及分析，从而实现各专业之间的协同工作，实现建设工程项目设计及施工一体化建造，并贯穿在整个建筑工程生命周期[5-6]。

BIM技术作为建筑行业信息化、工业化融合的技术手段，具有可视化、协调性以及模拟性等特点，正在逐步成为工程建设领域行业转型期提高企业生存竞争能力的重要工具。

1.1 可视化

传统的工程设计模式下，施工人员需要靠设计图纸想象设计构件真实的构造及形式，BIM技术的出现解决了施工人员想象力局限性的问题，通过三维数据仿真技术，将图纸转变为可视化的三维立体模型，更加直观地展现在施工人员面前，促进工程项目的顺利进行。此外，BIM技术所提供的可视化效果，能直观地展示各个构件的效果图，帮助施工人员以及项目参与人员熟悉工程项目，提高工作效率，还可以帮助项目管理人员在可视化的状态下进行项目规划、设计、施工以及方案优化与决策，提高设计及沟通效率，减少项目实施中的问题[7-8]。

1.2 协调性

工程项目的建设过程一般由建设单位、设计单位、施工单位及监理单位共同完成，各方在建设过程中的有效沟通与协调决定着工程项目的质量和进度。除参与单位不同外，在建筑工程的设计阶段，同样涉及到建筑、结构、机电、给排水等多个专业，BIM技术将工程项目建筑全生命周期所包含的信息整合在一起，并将各个建筑构件之间、各方参与人员之间进行关联，解决各专业无法有效沟通及统筹管理的问题。BIM技术实现了工程项目的全生命周期及全方位模拟，各专业人员可通过BIM系统进行有效的沟通与协调，同时还可进行模型测试。如BIM软件的碰撞测试，可在施工前进行统筹管理，检测各专业的冲突问题，结合虚拟漫游功能，对冲突问题及时调整。BIM技术的协调性，可以有效减少施工过程中因各专业冲突产生的变更，节约建筑工程资源，缩短工程时间，提高设计质量[9-10]。

1.3 模拟性

BIM技术是以建筑工程项目的设计、施工及运营维护等各项信息数据建立的高度集成的信息化模型，在工程项目设计及施工前，可对工程项目中的各项情况进行模拟试验，尤其是施工过程模拟，可提前发现施工过程中潜在的问题，并提前做出修改或规避策略，减少损失，控制工程成本。

2 BIM技术的应用现状

BIM 技术以建筑信息为核心，贯穿工程项目的全周期，区别于传统CAD技术的理念，对建筑施工模式进行了创新。中国住房和城乡建设部为进一步实现BIM 技术的推广应用，陆续发布了BIM技术应用的指导意见和相关文件。“十二五”发展规划中提出，将BIM技术作为工程项目建筑全生命周期重要的技术应用，加速推动我国 BIM 技术在建筑行业的应用及发展[11]。

BIM技术应用的全生命周期是指，建设项目从立项到设计、施工、运营、直至拆除报废的整个过程全部采用BIM技术进行管理，应用场景包含规划、设计、施工和运营等不同阶段，而目前国内的BIM应用主要有三维建模、可视化演示、设计优化、碰撞检测、技术交底和施工模拟等方面，主要是在设计阶段的应用[12]，牵涉到的专业包括建筑、结构、强弱电工程、给排水、暖通工程等。通过BIM技术的应用，各工种工程师可将项目信息与BIM 3D模型相结合，提高设计的效率及质量。BIM技术在我国的典型应用案例有北京奥运场馆“水立方”、昆明长水国际机场、上海中心大厦等，但由于投入资金、复杂程度和技术水平等因素，BIM技术在建筑项目的建设和运营等阶段的应用还存在一定的局限性。

3 BIM技术在粮食仓储物流工程中的应用现状

BIM技术不仅可以应用于粮食仓储物流工程的设计阶段，还可以应用于其项目管理、实施及运营阶段。首先，BIM技术在前期策划及设计阶段的应用：区别于普通民用建筑、商用建筑对于外观形态的注重要求，粮食仓储物流工程设计更加注重的是其功能特性。粮食仓储物流工程设计是在机械设备摆放的基础上，建筑专业提供辅助设计，靠机械设备的动态运行模拟进行展示，单纯的CAD静态图纸并不能直观地展示其功能，而BIM技术则可以将建筑与机械有机地结合在一起，以高精度的3D模型来更直观地展示项目，便于施工单位和设计单位对工程方案进行评审，提高设计效率[13]。其次，BIM技术在粮食行业的设计涉及工艺、建筑、结构、电气、给排水、动力、消防等专业，需要同时设计出工艺设备、除尘管道、动力管道、暖通管道、电缆桥架及消防管道等，不同专业在设计过程中很难兼顾其他专业，导致施工过程中很容易出现碰撞问题，BIM技术的应用，可使不同专业的设计人员在同一个模型上进行设计，设计成果也能实时展现在模型中，能够有效避免不同专业设计出现重大碰撞冲突，减少设计的出错率，提高设计的质量。此外，BIM软件的碰撞检测功能，可在设计结束后再进行一次不同专业间的碰撞检测，彻底避免设计中出现的冲突问题[10，14]，从而减少工程实施过程中的变更以及材料的浪费，提高施工工序的合理性及施工效率。再次，BIM技术在项目管理过程中的应用：粮食行业不同于普通建筑行业，设计过程中需要工艺、建筑、结构、电气、给排水、动力、消防等多个专业进行配合，项目的建设实施过程也具有各自专业的特点，一般的项目管理者很难掌握多个专业的相关知识，在多个专业交叉施工过程中很难协调管理。BIM技术不仅可以通过模型直观地查看项目的实施进展，包括外观、工期、工程量等，还可以在设计阶段对各专业的施工进行模拟，提前做好工期安排，协助建设单位对项目实施过程进行管理[15]。最后，BIM技术在项目运营管理阶段的应用：在粮食仓储物流行业，项目的关键信息有工艺流程、物流量、仓容、用电量等，需要通过多个不同专业的图纸、图表等进行展示，各专业间无法直观地进行信息共享，而BIM技术则可以通过信息模拟技术查看项目的用电、用水、用气、用人等经营信息，不同经营部门通过模型掌握所有专业的信息，降低各专业沟通决策成本，提高经营管理效率。

如BIM技术在广东东莞某粮食物流项目中的应用，利用BIM进行管线分析与施工模拟安装，利用Navisworks对模型进行碰撞检测，减少了安装过程中的拆除更改，提高了安装的准确性，从而提高工程效率，降低了安装及运营成本[16-17]。陈桂香等[18]以大直径钢筋混凝土地下仓为例，利用BIM技术进行虚拟设计，对仓体的建筑、结构、施工、进出粮工艺进行模拟，建立了仓体建筑模型、4D动态施工模型和进出粮工艺模型，将BIM技术应用在地下粮仓的虚拟设计中。

目前，各大设计院所对于BIM技术在粮食行业的应用已经高度重视，对其进行了不同程度的研究，且已有部分应用实例。但由于BIM技术的起步较晚，BIM技术在粮食仓储物流工程中尚未普遍应用，还处于起步阶段，应用主要为三维展示方面，即对项目方案进行三维建模，并对工艺设备进行运行模拟，主要用于向建设单位更加直观地展示项目方案。

4 BIM技术在粮食仓储物流工程中应用面临的挑战

4.1 BIM技术认知度低

近年来，虽然BIM技术已经有所发展，但是社会认知度仍然较低，在各行业中的应用主要停留在理论界的研究，而对于其实际应用较少，人们对于BIM的认知也存在一定的偏见和误区，认为其仅是一款软件或者模型。BIM技术目前在建筑行业中的应用及认知度尚且不足，在粮食行业中的认知度更低。同时，由于应用BIM技术的粮食企业及项目较少，相关技术人员接触及感受BIM技术的机会较少，对其应用效果存在较大的疑虑，也是造成其社会认知度低，制约其在粮食仓储物流工程中应用发展的重要因素。

4.2 BIM相关软件不成熟

BIM技术理论研究较为成熟，已经进入快速发展期，但由于相关国标、行标发展不完善，且涉及行业较多，导致BIM相关的软件较多，缺乏占主导地位的软件或系统，技术人员无法准确选择可应用的软件或系统。此外，BIM技术创建的信息模型，需要在传递过程中保证数据的充分共享和有效传递，尤其是在粮食仓储物流工程中，涉及多个不同专业领域，对于数据传递及信息共享的要求更高，但统一标准的缺失以及不同软件的不兼容等问题，影响了数据及信息的有效传递，进而影响了相关技术的推广。

4.3 专业人员缺乏

当前，BIM技术还处于快速发展阶段，大众认知度低，相关技术人员也存在严重不足的情况。BIM技术在粮食行业中的应用主要处于翻模阶段，主要用于向业主进行方案演示，并未对其可视化、协调性及模拟性进行深入地开发应用。目前市场上会使用Revit软件的人员相对较多，但对于BIM技术在粮食仓储物流工程的整个生命周期中的应用来说，单一的Revit软件是不够的，需多个相关软件及插件的协同使用，如利用Navisworks、Fuzor、Lumion进行虚拟漫游、动画渲染，利用dynamo进行异型构件的创建，需要专业团队共同合作方能完成[19]，而同时熟练运用多种插件的人才极少，即便企业加大培训力度，需要承担高昂的培训费用，且需要相关人员投入更多的精力与时间学习。培训费用高，产出比低等原因限制了企业向BIM的快速转型。此外，软件只是辅助工具，技术人员的专业知识和管理水平才是核心，只有将两者进行有效结合，才能实现BIM技术的高效应用，而两者的结合又需要长时间的磨合。随着相关技术人员素质的提高和人才换代，信息化必然是一个大趋势[12]。

4.4 应用费用高

BIM的实现需要硬件和软件两个方面的支持，硬件方面包括计算机、服务器、实施设备（三维扫描仪、机器人全站仪、无人机、三维打印机、混合现实设备和手持移动端等[19]），价格较为昂贵；软件方面主要包括协作平台和专业软件两方面，通用性的软件或平台的价格相对较低，但是其针对性及专业性不强，匹配性较差，而采用软件公司开发的专用软件和平台，虽然能够保证功能对口，但费用高昂，且开发周期长，需要企业根据自身情况及行业特征进行综合考虑。但是不管哪种方案，BIM技术的应用对于企业的投资要求都较高，对于经济能力有限的企业来说难度较大，尤其是在粮食行业，设计费收费标准一般低于工程设计行业的平均标准，而BIM对技术人员的专业能力以及软硬件的配置等投资要求又较高，导致了应用的费用高，产出投入比低的现状，进一步限制了其在粮食行业中的应用。

5 BIM技术在粮食仓储物流工程中的应用展望

大型粮食仓储物流项目工艺灵活、管线布置复杂，除变配电、给排水、控制、动力等通用专业的管线外，还有风管、溜管、环流熏蒸、真空清扫等工艺专业的管线和检修操作平台、设备支撑平台及过梯等非标装备。常规CAD设计手段的管线还停留在二维阶段，管线之间的碰撞检测全靠各专业人员进行图纸会审时发现，仅靠口头描述及想象，无法做到全面直观检测，使图纸在施工过程中产生大量设计变更和返工，严重影响设计质量。与常规CAD技术相比，BIM技术能够利用计算机建立3D可视化建筑模型，利用Navisworks，进行各个专业及管线碰撞检测。碰撞检测完成后，各个专业针对检测结果，根据规范强制性、管道重要性、修改难易程度等因素，制定修改计划。如此便可消除错漏碰缺，减少施工阶段的变更量。与民用建筑等标准化程度较高的工业建筑不同，粮食仓储物流行业存在着工艺多样、设备种类多、标准化程度低的特点，在设计过程中需要建立大量的参数化族库，等业主确定设备厂家后，按照提供的设备大样图，调整参数后达到使用要求，为工艺专业建模提供支撑。

粮食行业关乎国计民生，受国家政策影响较大，故其发展较为封闭，仅有少数科研设计单位对新的技术进行研究和应用推广。但正由于粮食行业关乎国计民生，所以更需要紧跟时代的进步，加强对新技术的研究和推广[20-21]。虽然目前BIM技术在粮食仓储物流行业应用较少，推行较慢，但随着 BIM技术在建筑产业化中的推广和运用，专业技术人员运用BIM技术的不断提升、族库以及标准文件的不断完善，BIM技术在粮食仓储物流项目中的应用前景也会更加广泛。

参 考 文 献

[1] 吴志华，苑浩妍.中国粮食物流2021年回顾与2022年展望[J].粮食科技与经济，2022，47（2）：11-16.

[2] 吕志中.BIM技术在烟草仓库设计中的应用探究[J].安徽建筑，2019，26（6）：161-163.

[3] 李炳尧.基于BIM技术的天津港建设项目全生命周期管理系统研究[D].天津：天津大学，2016：9-10.

[4] 孟昊.BIM4D技术在某粮食仓储项目中的应用研究[D].邯郸：河北工程大学，2017：7-8.

[5] 谢斌.BIM技术在房建工程施工中的研究及应用[D].成都：西南交通大学，2015：7-10.

[6] 程海根，沈长江.BIM技术在桥梁工程中的应用研究综述[J].土木建筑工程信息技术，2017，9（5）：103-109.

[7] 毕来宾.基于BIM技术的装配式浅圆仓仓顶结构标准化设计与建造技术研究[D].郑州：河南工业大学，2019：8-9.

[8] 赵一青.粮仓项目全寿命周期成本理论与应用研究[D].郑州：河南工业大学，2015：5-8.

[9] TEO T A， CHO K H. BIM-oriented indoor network model for indoor and outdoor combined route planning[J]. Advanced Engineering Informatics，2016，30（3）：268-282.

[10] WANG X J， SUN S S. Research on collaborative mode of prefabricated construction supply chain based on supply-hub[J]. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science，2019，242（6）：062005.

[11] 张坤南.基于BIM技术的施工可视化仿真应用研究[D].青岛：青岛理工大学，2015：2-3.

[12] 吴琼洁，王曙光.BIM技术应用现状及思考[J].现代食品，2019（22）：7-12+19.

[13] 张晗，王斌兴.BIM技术在粮食行业的应用和展望[J].现代食品，2016（8）：101-103.

[14] DENG Y C， GAN V J L， DAS M， et al. Integrating 4D BIM and GIS for construction supply chain management[J]. Journal of Construction Engineering and Management，2019，145（4）：04019016.

[15] 刘丽丽.浅谈BIM制图在粮食工程设计的应用[J].粮食与食品工业，2019，26（1）：20-21+24.

[16] 杜庆梅.浅谈BIM技术在管线综合布置中的应用[J].工程与建设，2021，35（1）：35-36+48.

[17] 张镇，陈宏斌，王斌兴.BIM技术在粮食仓储物流项目机电安装中的应用[J].现代食品，2017（16）：3-6.

[18] 陈桂香，郝柄慧，赵一青.基于BIM的地下粮仓虚拟设计[J].河南工业大学学报（自然科学版），2014，35（3）：84-87.

[19] 林涛，李广伟，李温静，等.BIM技术在稻米工程工艺设计中的现状及展望[J].粮食与食品工业，2021，28（2）：28-30.

[20]郑焱诚.中国粮食储备企业科技创新发展现状、问题及策略[J].粮食科技与经济，2023，48（4）：18-20.

[21]吴志华，刘念.我国粮食物流发展研究（2019—2020年）[J].粮食科技与经济，2020，45（4）：61-66.