BIM技術在潔凈廠房工程中的應用研究

姚 剛

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引言

微電子集成電路產業對生產環境的要求越來越高，作為生產區的潔凈廠房較普通大型公共建筑有很大不同，其建筑面積大（通常單層面積達上萬平方米）、配套系統多（空調、純水、冷凍水、PCW、特氣等），工藝管線及配套系統管道繁多復雜。如何在施工階段做好空間管理，避免返工，成為施工單位必須要考慮的問題[1]。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具[2]，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在設計、施工、運維方面很大程度上改變了傳統模式和方法，使項目信息共享、協同合作、溝通協調、成本控制、虛擬情境可視化、數據交付信息化、能源合理利用和能耗分析方面更加方便快捷，能夠大大提高人力、物料、設備的使用效率和社會經濟效益，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。

2 BIM技術應用

傳統建筑施工領域以CAD技術應用最為普遍，其以2D平面的形式呈現建筑、結構、水暖電等專業設計方案，可視性較差。在較復雜的工程項目中，BIM技術發揮的作用越來越多。應用BIM技術的意義在于使整個建筑行業從高層級到低層級的所有管理系統和工作流程間的矩陣式溝通和多維性交互變得更加的完善，實現了項目各個階段的數據化管理[3]。在項目的全過程周期管理中，BIM技術貫穿于設計、施工和竣工交付等階段。

2.1 設計階段

電子潔凈廠房常見建筑形式為回字形，其中央區域為核心生產區，通常由技術下夾層、核心生產區、技術上夾層組成。四周區域為配套用房，一般由變電所、空調機房、化學品中轉庫、氣體制備及特氣間、污水處理中轉站及污水處理間、廢氣處理間等構成。投產使用后，四周區域配套用房通過管道將氣體動力等條件輸送至核心生產區，滿足使用需求。繁多的管道使得在設計階段必須統籌好各系統之間的對接設計。

圖1 BIM技術在潔凈機電施工中的應用

在設計階段，BIM技術重點應用于建筑方案的深化設計領域。設計師利用BIM技術將建筑、水、暖、電等多個專業設計方案進行系統集成建模，在統一的BIM應用標準下，通過建立模擬模型來分析相關設計性能，比如日照及亮度分析、建筑節能、潔凈送風設計等[4]。通過這種操作，設計人員可以直觀檢查設計理念和設計方案間存在的差異，明確設計缺陷位置，以實現相關專業的協同配合和設計優化，提高整體設計方案質量。同時，通過模型可視化，設計師將設計方案呈現給業主，方便業主提出設計需求，加快設計進度。

2.2 施工階段

潔凈廠房施工重點為潔凈機電安裝工程施工，包括管道施工、通風施工、電氣施工、潔凈區施工（含不同凈化級別）等，涉及設計方案交底、設備材料采購、各專業的交叉作業、現場協調管理及竣工驗收等。以萬級凈化施工為例，其施工流程主要包括：

設計交底至各班組→設備材料報審及下單采購→進場準備→各專業現場放樣→場外風管制作→現場天花EPOXY滾涂→風管、管道、電氣橋架等安裝→地面EPOXY底涂、中涂施工→彩鋼板立板安裝→吊頂安裝→消防、電氣、照明、自控、送風口制作安裝等→EPOXY面涂及天花板施工等。

潔凈施工涉及眾多專業，且施工階段相互交叉，在此利用BIM技術進行模擬施工，可達到動態、集成和可視化的施工管理效果[5]。其流程如圖1所示。

2.3 關鍵環節

1)技術交底

在施工階段，施工單位首先應對設計方案進行詳細研究，借助其專業優勢來發現設計階段可能產生的設計問題。在潔凈工程中，凈化機電安裝重點要關注各種管道施工產生的空間管理，這包括氣體管道（GN2、PN2、壓空、特氣等）、水路管道（消防噴淋、純水、冷凍水、PCW等）、電氣管路（強電電纜、弱電自控）等。

在軟件中管線鋪設建模的效果如圖2所示。

圖2管線建模效果

管線施工要符合施工規范要求，做到合理的空間排布將對項目運行使用維護帶來很大益處。施工技術人員利用BIM模型來呈現個管道施工位置，在3D可視化下直觀發現施工重難點，以做好應對[6]。

2)進度計劃

進度計劃管理效果基于計劃設置的合理程度。相較于常用的甘特圖進度計劃管理方法，BIM技術將方案模型與進度計劃結合，通過加入時間量，實現進度模擬，利用資源配置圖表，呈現施工材料供應量、工序搭接時間點等相關數據。這樣既可呈現施工過程，也有利于實時追蹤進度狀態，如出現進度偏差，可運用BIM模型來檢錯糾偏。

3)施工現場

潔凈工程施工現場人材機大量配置，通常設置多個作業區域，施工單位可利用BIM技術對施工方案及人材機的合理化配置進行評估，以提高資源使用效益。并利用其可視化優勢，對施工過程、交通流線等進行模擬，實現對現場加工區（如風管）、設備材料堆放區、辦公區、生活區等多區域的合理設置。考慮潔凈工程參建方眾多，為協調好各參建方在管線施工、進度安排等事項的施工順序，如消防管道安裝，施工單位可利用BIM模型體現的作業空間管理信息，最大程度避免二次返工導致停工的現象。此外，BIM技術還可以搭建施工現場立體模型，呈現施工細節，這樣有助于確定安全風險及質量隱患識別，對安全隱患排查和質量整改管理有很大幫助。

4)成本管理

BIM模型不直接產生數據，其可以利用結構化數據優勢間接產生數據，比如利用模型計算材料數量，同時通過關聯對應材料的定額信息，來獲得此類材料的造價、人工等信息。在過程中，可以動態查詢成本及變更信息，并將相關信息進行整合、匯總及拆分，運用統計學知識將相關信息與進度計劃數據進行比較，以此判斷項目成本控制情況[7]。

2.4 竣工階段

在項目竣工階段，常規做法是由施工單位向業主提供竣工圖紙以存檔，但這種方式造成資料多且雜，后續查閱困難。作為一種完備的信息模型，基于BIM技術的竣工模型在信息實效性上優勢明顯。施工技術人員根據現場實際將相關信息反饋至BIM 模型，包括設計變更、工程簽證等文件，有利于提高竣工階段的結算效率。

工程交付時，利用BIM技術可為業主提供多項服務，包括模型文件、文檔文件（數據分析報告）、圖形文件（重點及制定部位）等，業主可在BIM模型平臺內集中進行相關信息錄入，實現資料的電子化集中管理，集成形成數據庫，為運維管理提供最直觀詳實的資料。相關維修保養記錄也可以動態錄入，實現信息查詢、記錄、修改、輸出和共享的一體化操作平臺[8]。

3 結束語

BIM技術貫穿建設項目全周期，其提供的可視化三維模型、動態數據庫等在大型工程項目的設計、施工和竣工交付運營各階段都發揮很大作用。將BIM技術應用于潔凈工程領域，可為業主在項目建設成本投入、工程質量及安全控制及交付運營效益等方面提供增值服務。