BIM技术在粮食加工储藏项目中的应用研究

唐玉姣

摘要：BIM 技术通过计算机三维数字模拟将建设项目在全生命周期中各类信息整合，为参建各方提供同一个公共协作平台，实现可视化管理、信息交互和共享。粮食加工储藏项目具备特定生产工艺流程，配备设备设施及输送管线，集土建安装工程为一体，对生产环境有具体要求。本文分析了BIM技术在粮食加工储藏项目中的应用优势;以控制目标与控制阶段为两个管理维度，梳理BIM技术质量、成本、进度、风险管理以及项目策划、实施、运营阶段的应用功能;探讨BIM技术在粮食加工储藏项目中的推动主体。

关键词：建筑信息模型技术 粮食加工储藏 项目管理 应用研究

一、BIM技术应用优势

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技术是应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行信息共享和传递，协助工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，为各方建设主体提供协同工作的基础，从而提高生产效率、节约建设与运营成本，是全球信息化时代背景下建筑业转型推动力。BIM技术信息存储结构具有多元化特征，以参数化建模作为创建模型的核心技术，以联合数据库的分类模型作为模型系统的实现方法，以通用数据交换标准作为系统间信息交换的基础，实现技术跨组织性、内嵌高度任务相依性及外源非定制性实践特质[1]。

BIM技术因其卓越特性，在全球范围推广，我国住房城乡建设部也明确其在建筑业中发展需求及方向。“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，促进具有自主知识产权软件的产业化，形成一批信息技术应用达到国际先进水平的建筑企业的总体目标[2]。“十三五”时期， 全面提高建筑业信息化水平， 著力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力， 建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展， 初步建成一体化行业监管和服务平台， 数据资源利用水平和信息服务能力明显提升， 形成一批具有较强信息技术创新能力和信息化应用达到国际先进水平的建筑企业及具有关键自主知识产权的建筑业信息技术企业的发展目标[3]。

在粮食加工储藏项目中应用BIM技术，通过对多维模型信息集成，使建筑各参与方彼此透明的取用和更新模型信息，打破专业与主体壁垒，降低沟通障碍，减少错误与风险，是实现运用现代管理手段提升项目管控能力及效率的具体方式，是对国家建筑业信息化发展政策要求的切实响应。

二、BIM技术在粮食加工储藏项目中应用维度

BIM技术利用数字模型进行项目设计、施工和运营管理，高度整合其应用牵涉到的项目参建各方主体、全目标对象、全生命周期阶段、新技术方法、涉及项目全过程方方面面，信息是多维化的。粮食加工储藏项目涉及专业面广、专业化程度高、建设队伍水平差异大等特点，BIM技术应用不宜复杂化。项目实施主体包括投资单位、建设单位、勘察设计单位、施工单位、监理及咨询单位、政府监管部门等，鉴于BIM技术是资源整合的单一模型，各单位共同分享同一个模型，为降低管理难度，从实施主体上简化维度，可将各主体视作同一主体。应用期间只需在不同控制阶段下，针对不同控制目标选取对应的BIM技术使用。

基于文献分析，本研究以管理对象与时间为线索，形成BIM技术在粮食加工储藏项目中应用的控制目标与控制阶段两个维度。按工程管理理论将控制目标以对象属性分为质量、成本、进度、风险四类，控制阶段以时间属性分为项目策划、项目实施、项目运营三阶段。在此二维模式下，通过文献梳理结合粮食加工储藏项目实际，得出BIM技术在粮食加工储藏项目中的具体应用功能，如表1所示。

三、BIM技术在粮食加工储藏项目中应用功能分析

从BIM技术在粮食加工储藏项目中的应用功能表（表1）可见，BIM技术应用涉及到多方面因素，在此重点分析建筑性能与危险源辨识两种功能。

（一）建筑性能分析

建筑性能分为热工、噪声、风环境、日照、能耗、舒适度等，粮食加工储藏项目对建筑环境性中温度环境有相应需求。仓储粮堆因仓外环境、仓体结构及粮堆内部的生物和非生物因素的共同作用引起粮堆局部的结露、发热、虫害、霉变等，给粮食安全储藏带来大量损失，而其中虫害和霉变是影响粮食储藏的主要因素，造成虫害和霉变的重要原因是粮食仓储环境的温度和湿度[4]。粮食储藏过程中，由于脂肪比蛋白质和碳水化合物更易于水解，游离的脂肪酸在粮食中首先出现，使玉米的耐藏性变差，特别是环境条件适宜时，储藏霉菌开始繁殖，分泌出脂肪酶，参加脂肪水解，使粮食中的游离脂肪酸增多;而且储藏时间越长，温度越高，则脂肪氧化速度越快，游离脂肪酸增加越快[5]。稻谷作为我国粮食储备的主要品种之一，在储藏过程中会受到储藏环境的温度、湿度、仓房条件等诸多因素的影响，导致其储藏品质和食用品质下降，甚至失去食用价值[6]。

利用BIM技术，基于Ecotect模拟分析软件中Weather Tool功能建模，或利用Revit软件建模后导入Ecotect，可进行建筑热环境分析。分析室外环境扰动作用下如区域气温、太阳辐射强度作用于建筑围护结构后通过传热形成的热环境参数;分析室内设备、散热方式对室内热环境的直接影响。利用Weather Tool功能可使用中国建筑热环境分析专用气象数据集，比对不同区域气象数据。利用Weather Tool功能设置不同模型材质的传热系数、太阳吸收系数、衰减系数，再引用结构设计对模型热环境影响数据，可为深化设计提供依据。Weather Tool功能还提供逐时温度分析，该项模拟可以分析每个区域某一天内逐时的温度变化，并按日期推移可作全年温度变化分析。

经过BIM技术分析后可得出不同区域选址建厂、使用不同建筑材料及体型情况下某一时点及一段时长下的仓内环境温度，结合粮食加工储藏项目对粮食温度控制的具体要求可以将温度控制提前到项目选址阶段，为项目策划提供依据，从源头上解决粮食环境温度问题，从长久能耗分析上降低项目运营后的后期投入及风险损失。

（二）危险源辨识

《国务院安委会办公室关于2018年上半年全国建筑业安全生产形势的通报》（国务院安委办函〔2018〕67号）指出，建筑行业事故总量连续九年排在工矿商贸事故第一位，事故起数和死亡人数连续两年双上升，其中房屋建筑及市政工程领域事故率较其余领域更高。企业主体责任不落实是事故发生的主要原因。建设、监理单位未严控监管，施工单位安全生产红线意识不牢，建设各参与方界限不清、职责不明以致现场管理混乱均是事故的成因[7]。

粮食加工项目按内容分有面粉、大米、油脂和杂粮加工等，主体建筑按功能分有生产车间、原料库、成品库、办公用房等。施工涵盖土建及大型设备安装，工程内容繁杂，工种交叉作业，施工人员素质参差不齐，具有安全隐患。利用BIM技术可实现危险源自动辨识与安全教育可视化。

现有研究开发基于BIM的集成框架的设计安全功能，该框架在BIM模型中包含了施工阶段防止高空坠落风险的相关信息，用于BIM模型中施工计划模拟，以优化生产和安全调度。建筑的BIM模型在Revit软件中进行了详细开发，设计了建筑的WBS工作分解结构并进行施工规划模拟，这种模拟和可视化可以识别由现场限制、施工顺序和临时结构、不同活动、人力和机械共存造成的危险和风险[8]。研究开发用于BIM综合安全风险评审的安全知识库，提出一个结构化的基于规则的DFS（安全设计）知识库，提出智能BIM集成风险评审系统，为设计者提供危险源辨识知识，并开发风险登记系统，用于跟踪剩余风险[9]。

通过BIM技术的应用，为不具备施工现场安全管理经验的设计师提供安全审查辅助，可将危险源辨识提前到设计阶段。基于系统主动辨识危险源，通过在设计阶段更换方案、替换危险较大构件方式消除隐患，用DFS知识库和智能风险审查系统从根源规避风险。对剩余风险在设计模型中标识，以BIM模型共享传递向施工阶段，使用虚拟施工技术模拟建造过程，形成可视化安全教育资料，能最大程度上保障粮食加工储藏项目施工安全。

四、BIM技术应用推动主体

BIM技术应用关系最为密切的主体有建设单位、设计单位与施工单位。建设单位从项目策划到项目运营终止的全生命周期时段内，均可应用BIM技术，尤其粮食加工储藏项目建设工程投资初始阶段短，后期设施管理及生产运营期长，BIM技术应用具有延续性。设计单位出图是BIM技术应用的初始阶段，掌控着BIM技术应用的初始水平，便于提供質量稳定的技术支持，在项目实施阶段同时肩负变更职能，管理期限覆盖实施期。施工单位是BIM技术应用的核心单位，需要使用实际数据及时更新模型，但其也有缺乏推动动力、介入项目阶段迟、建模专业水平低的特点。为保障BIM技术有力推动及维持较高应用水平，可采取建设单位推动与设计单位推动两种模式。

（一）建设单位推动

建设单位是BIM应用最大的受益方，这一点得到建筑业普遍认同，因此，建设单位在应用BIM技术中最具驱动力。由建设单位推动要注意适宜应用BIM技术的项目规模与承发包模式。

BIM技术需要团队力量与资本投入，为实现BIM技术期望效益最大化，可就不同规模粮食加工储藏项目应用BIM技术的成本与效益进行分析。通过投资额或设备价值进行测算，得出应用BIM技术效益的临界值;通过项目类型与建筑面积进行测算，得出适用BIM技术的面积临界值。临界值应使用直接经济投入外加管理费用折算为衡量基础，作为建设单位决策使用BIM技术详细程度的依据。

BIM技术应用要配合适当的合同关系，高透明度的BIM技术应用将降低建设单位成本同时减少施工企业利润。在各参建方效益博弈下，建设单位应当在自身利益最大化的同时，选择合适的承发包模式以降低施工企业负担，形成良好的合作环境，推动BIM技术的广泛应用。若采用成本加酬金合同模式，可通过分析应用BIM技术后建设单位成本降低额作为增加酬金额度依据。

（二）设计单位推动

建设单位专业化程度较低，缺少系统的建设知识体系，应用BIM技术易出现技术壁垒，由设计单位牵头推动可克服专业性难题。尤其当使用EPC工程承发包模式时，采用设计施工采购一揽子合同，由于施工企业与设计单位是联合体，有助于提升BIM技术的整合性。

由于BIM效益主要源于能效分析、设施维护、减少返工和冲突检测，大部分由建设单位与承包商获得，设计人员在采用新技术方面产生投入，需要培训员工有效地操作该技术，增加工作量，设计团队将为额外工作和交互性数字信息格式的高质量设计收取更高的费用[10]。设计单位推动模式下为实现BIM技术可持续发展，建设单位必需合理的增加设计费，以形成推动力。

结 语

BIM技术应用除直接经济效益外，更兼具质量管理与设施管理的优越性。具有实时数据访问、信息更新、冲突检测、能耗分析及控制、安全与应急管理、建筑资源动态管理等多种功能，共同形成运营成本高效化，决策资源动态化，协作工作灵活化的工作环境。应用现代化管理手段BIM技术在粮食加工储藏项目上实现高效精准的管理势在必行。

参考文献：

[1]丁士昭.工程项目管理[M].中国建筑工业出版社， 2014.

[2]住房和城乡建设部. 2011-2015年建筑业信息化发展纲要[J].中国勘察设计， 2011， 28（6）：7-10.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部. 2016-2020年建筑业信息化发展纲要[J]. 建筑安全， 2017（1）：4-7.

[4]胡志超， 高刚华. 我国粮食仓储技术的概况与发展[J].农机化研究， 2007，（4）：35-39.

[5]国家粮食储备局储运管理司.中国粮食储藏大全[M].重庆大学出版社，2010.

[6]王若兰， 白栋强， 姚伟华. 主要储备粮种在不同温度状态下储藏品质的研究[J]. 郑州工程学院学报， 2003（4）：24-27.

[7]国务院安委会办公室.国务院安委会办公室关于2018年上半年全国建筑业安全生产形势的通报（2018）67号， 2018.

[8]Rodrigues F， Estrada J， Antunes F， Swuste P. （2018） Safety Through Design： A BIM-Based Framework. In： Calautit J， Rodrigues F， Chaudhry H， Altan H. （eds） Towards Sustainable Cities in Asia and the Middle East. GeoMEast 2017. Sustainable Civil Infrastructures. Springer， Cham.

[9]Md. Aslam Hossain，Ernest L.S. Abbott，David K.H. Chua，Thi Qui Nguyen，Yang Miang Goh. Design forSafety knowledge library for BIM-integrated safety risk reviews[J]. Automation in Construction， 2018， 94：290-302.

[10]Dariusz Walasek，Arkadiusz Barszcz. Analysis of the Adoption Rate of Building Information Modeling [BIM] and its Return on Investment [ROI][J]. Procedia Engineering， 2017， 172（Complete）：1227-1234.

（作者单位：西南石油大学、四川省粮食学校）