BIM技术在工业生产线的应用

许鑫 张乐峰 杨雄英

北京首钢国际工程技术有限公司 北京 100043

引言

BIM技术的核心理念就是收集整理建设工程的多方面信息，基于其数字化的基础，利用BIM软件，将所有需要的信息整合到一个三维模型中，从业人员利用其可视化、集成化的特性，在同一软件平台的基础上，科学地管理建筑相关的信息。在近些年的不断发展中，BIM技术渐趋成熟，已经在世界建筑行业广泛应用。然而，BIM技术在工业生产线上应用较少，特别是在工程总承包这种“交钥匙”工程上的应用更少。

我公司总包的某线材轧钢生产线改造项目中，为了降低建设成本、减少设计错误、推进施工进度，利用BIM技术进行设计、施工管理和费用控制，有效地降低了施工成本和建设周期，将总的费用控制在合理范围内，提高了总的利润率，显示出BIM技术在轧钢生产线建设上发挥着重要作用。

本轧钢项目是在原有高速线材生产线的基础上进行改造，使其既可以生产高速线材，又可生产高速棒材。主要改造内容是在原厂房内成品跨增加西马克高速上钢系统、步进式9.5m冷床、850t冷剪、移钢装置、收集装置、打捆机和成品台架等设备。需要在原厂房内部分破除，并新建土建基础，加长钢构厂房，设备设计、供货、安装、调试以及公辅设施设计安装调试等分项。在工程总承包模式下将BIM技术融入设计、制造、采购、施工、验收、费控等各个阶段，充分发挥BIM技术的优势，最大幅度增加总包单位的利润。在本项目中，设计人员利用BIM技术把建筑项目中涵概的多种需求要素、信息特征，在统一平台上进行三维建模。而施工、采购人员根据三维模型可直接读取其包含的信息，从而对施工过程、物料进行精细化管理。BIM技术以其信息完整性、可视化、可协调性的特点，把项目所需的设计部门、施工部门、投标部门以及模型建立部门有机地结合在一起，最终实现精细化管理的目标[1]。

1 BIM技术在建设项目的应用

1.1 设计阶段

在设计阶段，在设计经理的统一调配管理下，各个专业在同一平台下进行各自的设计工作。棒线材轧钢生产线土建基础复杂，土建图纸上涉及专业、人员较多，在传统平面图纸上进行表达线条错综复杂，设计人员难免会出现设计错误。在轧钢设备不允许进行大改动的前提下，土建专业根据各个专业所提资料做出初版设计方案，流体、电气、自动化、水道、总图等专业在此框架下进行详细设计。

因为BIM技术具有协同性的特点，所有专业进行的设计都能够在三维图上直观地展示出来，自动求解干涉，便于设计人员查找设计错误，并且对设计进行优化。用更加直观的3D图像和图形，对生产线进行更加形象的模拟，通过这些直观可见的模拟，让项目的各个参与者对项目的设计意图进行更加有效的理解、沟通，比起传统CAD图纸更加容易理解，避免不必要的纠纷和设计变更。

通过BIM技术与有限元软件相结合进行优化设计，例如土建专业可对柱、梁进行受力分析，计算安全系数，在合理范围内减少钢筋、混凝土的用量；设备专业对设计的设备进行强度分析，目的是减少设备重量或优化结构，在保证设备强度的同时降低加工制造的费用；流体专业根据有限元计算浊环水的使用量，通过控轧控冷等新的轧制技术保证钢材达到合适的温度，得到需要的金相组织；暖风专业使用有限元软件进行厂房的通风设计，优化布置厂房天窗等通风设施，促进厂房内空气循环，合理降低厂房内的温度。

如遇不同专业之间的设备、管道等出现干涉问题，各专业在设计经理的协调组织下在同一模型下进行更改，保证了各专业得到的图纸的一致性。在设计审查阶段，直接将三维BIM模型呈现给建设单位来表达我们的设计意图，包括对设计方案的厂房布置、工艺布置、土建基础、环保能力、美观程度进行动态演示，并按国家标准及行业设计规范进行一系列设计检查，以确保建筑工程从设计端到施工端的良好过渡[2]。在确定设计方案后，设计师使用三维BIM模型，可实现投影出模型各个视图以及剖面视图，实现二维快速出施工图，从而提高工作效率，缩短设计阶段的时间，进而减少施工阶段的压力。

1.2 施工管理

BIM技术具有完备性，不仅在设计阶段具有较大的应用价值，在施工现场也有着不可比拟的作用。在设计阶段得到的终版BIM模型移交给现场项目管理人员，由于所有的设计信息都包含在模型中，现场人员根据设计模型随时调用需要的数据，根据模型包含的信息进行施工组织。项目管理人员可以根据BIM模型在关门工期范围内编制施工方案，合理调配人员、工器具、大型机具、施工材料等，保障现场正常运转。

还可以根据BIM模型科学、合理地对施工区域进行划分。包括施工通道的布置、现场临时水电的布置、现场生产设施、现场办公以及生活区等内容[3]。通过BIM软件对现场场地的布置模拟，明确各个班组的施工区域、吊车位置、预留通道以及加工场地，如此一来，就能够合理地处置建筑工程引发的用地紧张难题。在BIM模型上增加时间坐标后，可直接显现项目的建设进度，以此为施工依据，与现场实际施工进度比较，若发现偏离，随时采取措施进行纠偏，从而帮助项目经理对施工工期进行总体把控。

根据BIM模型，可以精确细化到每天的工作内容，根据BIM模型中已有的信息提前准备，预制第二天的材料使用量，保证钢构件、钢筋、混凝土、埋件和预制件充足，满足现场使用。除此之外，在建立BIM模型时，土建专业根据设计标准已经在图纸中配筋，现场需要的钢筋规格、数量、形式可直接查看，根据实际施工情况分批次采购。这就大大缓解了施工单位用于购买耗材所使用的资金周转的压力。混凝土和钢构件等材料也可由BIM模型中直接计算得出，根据本次浇筑的计算量在商混站进行购买，避免了不够或者剩余过多的现象发生。根据本次项目现场材料实际使用情况与建立的BIM模型统计用量相对比，钢筋和混凝土用量误差均在2%左右，这就避免了大量材料的浪费，提高效益。

因BIM技术具有可见性，可以全面化、精准化以及形象化地模拟建设工程的各个施工流程以及施工现场。安全员利用BIM模型对施工人员进行安全交底，与VR技术相结合，使人身临其境，从而使得工人对建设工程的实际施工状况全面认知，在第一时间将各种潜藏的施工隐患暴露出来，找到现场的安全隐患，提前预知，未雨绸缪，保证施工人员人身以及财产安全。建设过程中所有的信息都包含在三维模型中，根据模型呈现的实际状况，从而进行建设项目施工检查，能够让各个隐蔽工程施工隐患暴露出来，得到及时解决，保证总体作业的安全性以及可靠性。

由于所有设计、施工人员都在同一平台上进行数据输入，电子化的数据管理、数据传输具有高时效性。设计人员下发的设计变更及设计洽商能够快速地传递到施工现场，便于施工人员及时进行修正更改。除此之外，电子版的数据存储既便携，又不易丢失，存储的施工过程资料保存完整，便于竣工时移交建设单位。

饭后，杨晓梅扶着老太太回卧室休息。高河表示要帮忙收拾餐桌，杨年丰摇了摇头，说：“我看你没精打采，是不是火车上的疲劳还没有舒缓过来？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我们大伙一起去江边玩。”

1.3 竣工结算

传统的项目竣工验收以内业审查和实地验收相结合的方式。规划验收部门需要对建设单位提交的竣工测量报告、竣工图纸等资料对照规划审批时批准的《建设工程规划许可证》及其附图进行核查。此种审查方式存在不少问题：工业生产线往往比较复杂，涵盖专业较多，过程资料、竣工图、竣工资料等各种文件比较冗杂，传统纸质版的竣工资料可能高达数十盒乃至数百盒，人为翻阅、查找、整理都极为不便，也容易丢失破损。

在传统方式的档案验收工作中，通过收集纸质版施工资料进行检查的形式很难真正掌握施工过程中的实际情况，核查人员必须要到现场结合项目实体进行沟通和指导。并且，每一项档案资料与现场实际实体之间的关联，需要查阅大量的施工过程文件和影像资料，听取有关负责人口头描述，通过这些方式得到的项目信息往往与实际情况存在一定的偏离。这就导致了项目验收人员很难对本项目进行全面翔实的了解，同时验收人员也很难对项目的验收资料进行公正客观的评判。

可利用BIM技术在工程竣工阶段进行资料管理。由于BIM模型贯穿于项目的整个生命周期，整个项目进程中的所有信息都包含其中。被验收单位将模型以及含有的信息库作为一个整体移交，档案验收人员可以实现在模型中对建筑项目相关的文档和信息进行搜索、查阅、定位和操作，有助于快速形象地掌握各档案材料之间、档案与实体项目之间的关联[4-5]。

2 BIM技术应用存在的问题

2.1 BIM软件技术不成熟

当下主流BIM软件当属美国Autodesk公司出版的Revit软件，由于其出现最早，经过长时间的发展，技术最为成熟，应用也最为广泛。国内外的BIM软件都存在着一定的局限性：国内外政策、法规法规、人文习惯等方面的差异使得国外BIM软件对于国人并不友好，国外软件与国内规范标准的融合度需要进一步提高；由于国内BIM软件厂商起步较晚，导致软件在协同性、功能性等方面有所欠缺，需要进行进一步改良。更为主要的是模型大多不能够重复利用，基本上一个项目对用一个BIM模型，不同的设计师设计思路与设计习惯也不尽相同，修改他人的BIM模型需要一定时间及技巧理解其建立模型的思路。且不同BIM软件的格式不同，不同软件开发厂家的模型不能通用或者共享，这就对多家单位的协同设计产生极大的阻碍。

2.2 BIM软件费用昂贵

国内应用BIM软件分为两种情况：

第二，交由专业的BIM公司完成模型设计，由于专业的BIM公司在现阶段并不多见，往往收费较高，一个项目动辄数百万，且建模周期不能与设计单位完全同步，存在一定的滞后性。

根据以上两点，虽然应用BIM软件能够对项目的所有阶段都有极大的促进作用。但是由于其高额的使用费用使得许多公司望而却步。BIM软件的应用对电脑硬件的要求也很高，需要专业的机器才能使其发挥最大的作用。综上，应用BIM技术的一般都是大型公司，且基本都应用于大型项目。

2.3 BIM技术人才短缺

BIM技术在国内实际应用较少，在国内的认可度并不高，虽然许多院校开展了BIM类课程，但是并没有经历过实际工程的检验，大多数的BIM工程师只有使用软件的能力，并不具备工程建设的技术水平和管理水平，既懂技术、懂管理，又能熟练使用BIM软件的复合型人才少之又少，这也是制约企业广泛使用BIM技术的因素之一。

3 应用BIM技术的关键措施

3.1 BIM技术与项目策划紧密结合

BIM工程师在项目伊始阶段就要提前介入，在项目经理的领导下收集项目信息，开始初步建模，给投标决策提供依据。中标后，与项目设计、施工、采购同步进行，纳入EPC工程总承包管理策划。实现BIM技术应用与EPC项目管理的高度融合，最终实现以BIM技术解决技术问题为先导，通过BIM技术实现流程再造为核心，全面提升精细化管理，实现更高的现场生产效率[6]。

3.2 建立专业的BIM团队

目前，懂技术、懂管理又懂BIM技术的人才相对匮乏，为了项目的顺利实施以及保证三维模型的时效性，现场项目管理团队应该配置专职的BIM工程师。由于EPC项目需要多个专业协同，所以应该鼓励BIM团队对不同EPC项目所涉及的不同专业，进行BIM技术二次研发，提高BIM技术在EPC总承包项目设计阶段不同专业领域的适应性。

3.3 建立配套的激励措施

应用BIM技术需要较高的成本，政府可以出台一系列的政策予以支持，例如税收优惠等，进而鼓励EPC企业应用推广BIM技术。国家及行业相关部门应加快出台相关国家标准、行业标准，这样项目的各相关单位就能统一平台，方便内部数据的传递及交互，确保数据的流动性和准确性，以及模型顺利对接。建立起国家及行业的统一标准，才能更好激发总承包企业采用BIM技术的积极性，实现各方共赢。

4 结束语

根据此次建设项目结合BIM技术的实际应用，体现出BIM技术对提高总包方利润有一定的促进作用。当下，工程建设行业的不正当竞争问题普遍存在，压价、垫资等不良风气此消彼长，全国工程行业普遍陷入了严重内卷的浪潮中，工业生产线的建设工程利润率偏低。尽管将BIM技术融入EPC总承包项目中会带来诸多益处，由于其发展不充分，前期投资高的问题还是限制着BIM技术的广泛应用。

综上所述，BIM技术在EPC总承包项目各阶段的合理应用了顺应建筑行业的发展形势，也会有许多问题亟待解决。在推广BIM技术的同时还需要进一步积累实践经验，完善理论体系去应对实际项目建设过程中所存在的各种问题。