BIM 技術在民爆工程中的應用探討

徐自強,王麗娟,葛貴偉,王韶峰,宋長杰

(中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司,遼寧 沈陽110015)

0 引言

BIM(building information modeling)是建筑信息模型,旨在面向工程的全生命周期,利用準確信息數據模型,指導工程建設,促進信息共享,達到提高工程質量和工作效率的目的,同時解決工程中面臨的高復雜度數據傳遞、協同管理等問題[1-4]。

民爆行業是為礦山開采、基礎建設、城市建(構)筑物的拆除等提供民用爆破器材和工程爆破服務的諸多企業總和[5-6],在國民經濟建設中占據重要的地位,素有“能源工業的能源、基礎工業的基礎”之稱,民爆行業工程也是一項高風險、多專業的復雜建筑結構工程[7-10]。

我國已建成“民爆行業生產經營動態監控信息系統平臺”,在行業內形成了一套從國家到各個地方的信息化管理體系。 但是,由于各種因素民爆行業信息化技術水平整體偏低,行業的安全生產依然面臨較大挑戰。 主要體現在:危險性建筑設計、建設施工、交付運營等環節相關信息協同工作管理不足,使民爆行業基礎設施建設面臨低效率、高成本的問題;在運維階段業內危險物品的生產、分銷、轉運、消耗及安全狀態監測等實時數據冗雜、管理難度大,有時會出現危險物品無法追蹤、使用有效期不清等安全隱患問題。

民爆行業采用BIM 技術可提高工程全生命周期的協同與管理水平,在審批階段、設計階段與施工階段,降低重復、返工、協調等成本,提高工程建設效率。 在運維與管理階段,依托于BIM 平臺信息儲存手段并融合物聯網技術,增加危險品數量與安全狀態監測,降低運維風險,在民爆行業推廣BIM 技術具有重大意義。 民爆行業各階段活動與BIM 技術結合的設想如圖1 所示。

圖1 BIM 技術在民爆行業的運用

1 BIM 技術在民爆工程中的應用構想

1.1 軟件及平臺準備

BIM 技術的實施不但需要多個軟件協同工作,共同組成軟件流,而且需要配備具有完整信息邏輯結構的企業數據庫。 因此,在設計項目啟動之前需要單位技術質量部或項目負責人提前設置好工程項目工作環境。 在項目啟動前,首先,需要建立或選擇完整的編碼體系,實現一物一碼,方便生成施工圖及施工材料設備等報表。 其次,在軟件平臺上為項目配備滿足項目需求的數據庫。 在設計任務中重復使用的同類對象,應采用建立族對象的方式進行統一管理,減少重復工程量。 如果有大量的類似項目,應當建立標準化的項目工作環境及模塊化對象,比如主要的建(構)筑物、主要的設備等,便于新建項目重復利用,減少建模量,提高設計效率。

1.2 三維模型精度匹配

BIM 技術的核心要素與優勢是既能將工程項目三維可視化表達,又能集成與項目相關的任意信息。 建設項目是復雜的投入與產出過程,信息種類繁多,信息流巨大,既存在著三維模型設計如何與傳統設計階段相適配的問題,又存在著模型精度的界定問題,即三維模型設計階段包含項目信息的界定。 根據民爆工程項目的特點,參照其他行業的相關經驗,在建筑全生命周期中,三維數字化模型各階段的精度等級劃分見表1。

表1 工程階段及精度等級

1.3 三維模型設計

民爆企業新建及搬遷項目全廠區設計過程中涵蓋的專業包括總圖、工藝、建筑、結構、給排水、消防、暖通、電氣與防雷等,各專業主要涉及對象如下:

1)總圖,包括選址位置的內外部安全距離、場地紅線、工藝分區紅線、建(構)筑物輪廓、道路、圍墻、防護土堤與防爆墻等設施;

2)工藝,包括原料儲存與轉運、成品儲存與轉運及輔助設施紅線內的所有專業設施;

3)建筑,包括全廠區域內的所有建(構)筑物;

4)結構,包括全廠區域內的所有建(構)筑物的上部結構與基礎;

5)給排水、消防和暖通,包括室內外各種架空及埋地管道及其相關設施;

6)電氣與防雷,包括強電、弱電相關的電纜溝、電纜通廊、變電箱、防(避)雷裝置等設施。

在規劃與方案設計階段,三維模型精度等級適用1 級,如圖2 所示。 模型中危險性建(構)筑物內部安全距離線、場地紅線、道路、防護土堤及防爆墻等總圖設施應能準確表達。 各工藝分區的占地、布局及其內部的主要建(構)筑物、主要工藝設備設施應建立參考模型。 儲運、管道、電氣及防雷等相關設施,應根據總圖設計方案,建立參考模型。 該階段模型主要用于分析廠區布置方案的合理性,及對可能存在的工藝流程重疊的區域進行提前規劃,合理避讓。

在初步設計階段,各專業相關三維模型精度等級為2 級,各獨立工藝分區內模型精度可以沿用方案階段模型,精度為1 級,如圖3 所示。 總圖設施相關的道路、架空管道、埋地管道、電纜通廊及其建(構)筑物等設施,必須有準確的布置和設計尺寸,在有多專業重疊的區域模型必須做到各種設施詳細表達,精確避讓。

圖2 Civil 3D 生成總圖原始地形

圖3 Revit 創建的單體模型

在施工圖設計階段,各獨立工藝區域模型精度為2 級,廠區各專業相關三維模型精度等級為3級。 該階段模型是對初步模型進行細節深化的模型,危險品建(構)筑物內的工藝設備應按照工藝流程準確擺放,建筑、結構、水、暖、電等相關專業應按照工藝優先的原則,進行模型優化與調整,從而滿足施工圖要求,指導現場施工。

深化設計和竣工驗收階段模型精度沒有差異,主要差異集中在模型信息飽和度上。 各獨立工藝區域模型精度為3 級,廠區各專業相關三維模型精度等級為4 級。 工藝設備提供商應確保設備的傳感數據都接入BIM 模型,實現數據實時讀取并能做到超限預警。 此外,施工單位應在各個專業施工圖模型基礎上,按照現場實際施工工藝、設備選用情況等對模型進行深化修改和補充設計。 施工完成的同時,現場負責單位將各設備維護信息、建筑結構維護信息、施工管理信息等輸入BIM 模型中,各項參數齊全后方可進行竣工驗收。 竣工驗收包括施工成果驗收和BIM 模型有效性驗收。

2 BIM 技術應用于民爆工程需要解決的問題

2.1 軟件、圖紙之間缺乏有效的數據接口

民爆工程設計所涉專業眾多,碰撞檢測復雜,協調困難。 在各個專業協調時,不僅需要提取不同設計專業的模型資料,還需要提取不同專業的模型信息。 目前設計階段出現了多專業軟件、圖紙、模型無法共享或共享信息丟失的問題,例如建筑類設計軟件Bentley 和Revit、結構分析類軟件PKPM 和盈建科、給排水工程設計軟件天正等專業軟件之間缺乏有效的交互接口,不同的專業軟件無法統一提取到所需要的模型及信息,使民爆行業設計階段面臨低效的問題。

2.2 建設各參與方難以統一協同工作

在民爆工程建設中,由于各參與方考慮問題的理念不盡一致,施工階段成本、進度、質量難以全方位協調。 BIM 技術應用到民爆工程施工管理環節中,如何將BIM 模型實施落地,使其有效節約建筑成本、提高工程質量、實現安全管理,進而實現施工階段工程總體效益最大,是施工階段需要解決的問題。

2.3 數據交互困難

各類安全監測裝置與BIM 軟件間的數據交互還存在部分不兼容的情況。 民爆工程運維階段主要用于生產制備及儲存爆炸危險品,具有高風險、長周期等特點。 危險物品的生產、分銷、轉運和消耗的數量統計、安全狀態監測、存放環境狀態參數監測與協同管理等都是需要解決的問題,每個環節都至關重要,不容小覷。 例如,如何將建筑結構內部溫度、濕度等監測數據導入BIM 平臺,實現監控結構內部環境參數變化的同時,做到對異常情況實時預警。

3 結語

將基于精度等級劃分的整體建模框架應用于民爆領域工程,既可提高工作質量,又可有效地提高工作效率。 總體來看,目前民爆領域推廣BIM存在的問題主要集中在數據交互和模型實施落地兩方面。 對于前者,軟件之間及軟件與各類監測設備之間可采取通用中性數據格式實現數據交互,例如IFC 格式等;對于后者,可借鑒民用建筑領域的模型實施落地措施,例如引入二維碼信息管理系統,對防爆結構構件編制全生命周期標識碼,將BIM 模型信息通過掃碼的形式進行收集和顯示等。

盡管BIM 技術在民爆工程領域的推廣存在諸多困難,但該技術對民爆工程領域的各個階段均有著獨特的應用價值。 隨著BIM 技術在民爆行業的推廣,可實現危險化學物品的信息共享,極大地推動民爆行業的信息化發展。