BIM提高薄膜組件工廠公用工程空間管理

辛永誠，趙鵬源，吳清輝

(1.中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063；2.中國電子系統(tǒng)工程第四建設(shè)有限公司，石家莊 050000)

薄膜組件工廠是潔凈廠房類型的一種，對工業(yè)潔凈廠房技術(shù)的一般定義是：采用某些方法，將房間的溫濕度和粒子濃度控制在一定范圍內(nèi)的技術(shù)。現(xiàn)代科技爆發(fā)式增長，電子產(chǎn)品越來越快的迭代速度讓產(chǎn)品功能更加強大，與此同時，其內(nèi)部構(gòu)造更加復(fù)雜。錯綜復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對制造環(huán)境提出了更高、更復(fù)雜、更嚴苛的要求。生產(chǎn)現(xiàn)場即使存在細微的粉塵或細菌，就可能導(dǎo)致產(chǎn)品電路短路，最終導(dǎo)致良品率顯著下降。

1 薄膜組件工廠的空間組成

潔凈生產(chǎn)車間是產(chǎn)品的生產(chǎn)主體，產(chǎn)品的主要工序都在潔凈室中進行。變電所為整個廠區(qū)供應(yīng)電力，除濕空調(diào)機房將生產(chǎn)車間的溫濕度控制在一定范圍之內(nèi)，讓車間環(huán)境滿足溫濕度要求。除濕機房的噪音與振動較小，一般可以與生產(chǎn)車間布置在一棟建筑內(nèi)。

空壓機房和冰機房由于運行時會產(chǎn)生很大的噪音和振動，一般與生產(chǎn)區(qū)域完全隔離。空壓機房是車間氣動管道的源頭，為車間提供特殊氣體及壓縮空氣。冰機房控制著整廠區(qū)的冷源，低溫水從冰機出口接到分集水器，再通過分集水器送往板式換熱器。經(jīng)過板式換熱器后可以得到更高溫度的工藝冷卻水，供給設(shè)備冷卻用。冰機出口的冷卻水送往冷卻塔進行冷卻，冷卻塔一般設(shè)置在廠房屋頂并保證周邊無遮擋物，便于讓室外流動的風(fēng)帶走熱負荷。

2 徐州凱盛太陽能電池項目的特點

2.1 施工要求高

潔凈室是整個廠區(qū)最重要的生產(chǎn)主體，產(chǎn)品生產(chǎn)的主要工序都在潔凈室內(nèi)。若潔凈室的溫濕度及潔凈度無法保證，就會嚴重影響成品質(zhì)量[1]。所以，在廠房潔凈室的設(shè)計階段和施工過程中，要采取切實有效的設(shè)計保證潔凈室在運行時潔凈度滿足生產(chǎn)要求。

2.2 涉及范圍廣

項目主要包含風(fēng)、水、電、氣動四大系統(tǒng)。

風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)、回風(fēng)、新風(fēng)、排風(fēng)、工藝排氣、消防排煙等。

水系統(tǒng)：低溫冷凍水、低溫冷卻水、工藝冷卻水、室外給水、熱水等。

電系統(tǒng)：動力設(shè)備配電、照明配電等。

氣動系統(tǒng)：壓縮空氣(CDA)、氮氣(N2)、蒸汽系統(tǒng)等。

除此之外，還有裝修專業(yè)、庫板墻板、FFU龍骨天花等，這些也會影響到管線走向和布局，對現(xiàn)場空間管理產(chǎn)生影響。

2.3 施工周期長

設(shè)備經(jīng)過采購、安裝、調(diào)試、試運行直到竣工驗收的全過程，由于涉及系統(tǒng)專業(yè)多，在設(shè)備安裝的過程中需要遵循一定的順序，或讓施工隊伍輪換工作面施工，不能蠻干亂干，所有工作同時展開。

2.4 交叉管理工作多

項目由于涉及的專業(yè)多，各專業(yè)交叉施工的管理工作就顯得尤為重要。機電安裝工程內(nèi)部需要協(xié)調(diào)風(fēng)水電系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合，有時還需要配合土建單位、裝修單位的施工進度。

3 BIM對薄膜組件工廠的提高方法

在傳統(tǒng)的機電安裝工程項目實施過程中，現(xiàn)場工程師在平面圖上對管線排布后，將圖紙交付施工隊現(xiàn)場實施。平面圖紙所表達的信息有一定的局限性，引入BIM模式可以在開工前將各專業(yè)圖紙反映到空間模型中，提前規(guī)劃施工方案、施工工序等，大大提高施工效率和質(zhì)量，加快項目進度[3]。

3.1 建模要求

為保證各工程師在建模過程中能夠及時有效的協(xié)同，在模型建立前應(yīng)建立一套共性的規(guī)則，以保證參與者確切地表達自己的設(shè)計意圖以及理解他人的設(shè)計意圖，避免出現(xiàn)模型精度參差不齊的現(xiàn)象。

3.2 分專業(yè)建立模型

在機電工程專業(yè)的建模之前，需要進行基礎(chǔ)模型的建立，即建筑和結(jié)構(gòu)模型，基礎(chǔ)模型建立完成后，各工程師再按照原設(shè)計圖紙建立各自的模型，在管綜調(diào)節(jié)的過程中復(fù)核管線走向的合理性，在模型中按照不同樓層平面和專業(yè)規(guī)劃平面圖。

3.3 模型檢查和維護

為了確保項目模型能切實地反映現(xiàn)場情況，項目部需制定一套完整的模型檢查和維護機制，對每個模型的建模人、圖紙依據(jù)、建模時間、存儲位置、檢查人等進行詳細的記錄。

3.4 管線綜合排布

在徐州凱盛光伏太陽能項目中，動力站大型管道很多。同時，動力站內(nèi)設(shè)備也很多，從廠房實際運維角度考慮，在建設(shè)時必須要考慮檢修人員行走的空間和設(shè)備操作維護面的問題。從施工單位的角度看，需要考慮設(shè)備的進場路線和順序，以及設(shè)備進場以后的二次配管施工。

3.5 管線碰撞調(diào)整

由于風(fēng)管所占空間最大，在調(diào)整時應(yīng)首先規(guī)劃風(fēng)管的標(biāo)高和走向。一般情況下，將消防專業(yè)布置在最頂層，之后再向下一層布置風(fēng)管[4]。這樣能盡量減少水、風(fēng)管翻彎的次數(shù)，空間管理具體調(diào)整的原則是:小管避讓大管，有壓管避讓無壓管，水管避讓風(fēng)管，線管、橋架應(yīng)在水管上方，避免因管道漏水造成橋架內(nèi)積水[2]。另一方面，在保證系統(tǒng)功能性的前提下，管線的排布應(yīng)該橫平豎直，一方面統(tǒng)一規(guī)劃可以節(jié)約空間，另一方面，統(tǒng)一的布局外觀上大氣，給人以良好的觀感。

3.6 工廠化預(yù)制

在徐州凱盛光伏太陽能電池項目中，最常見的管道加工就是各閥組的預(yù)制，比如除濕機的空調(diào)水閥組。在設(shè)備到場前可將閥組預(yù)制出來，待設(shè)備到場后直接用閥組接口與除濕機接口對接，顯著提高了施工效率[4]。圖1為閥組預(yù)制化三維展示圖，在精確模型的指導(dǎo)下，閥組預(yù)制依托于高精度的BIM模型來實現(xiàn)預(yù)制化加工，見圖2。在提高預(yù)制加工精度的同時可以空出現(xiàn)場施工作業(yè)面，使得施工進度和施工質(zhì)量都能顯著提高。

4 BIM在徐州凱盛光伏太陽能項目的案例應(yīng)用分析

4.1 項目概況

該項目由凱盛光伏材料(徐州)有限公司建設(shè)，總投資100億元，建設(shè)10條生產(chǎn)線，形成1.5 GW生產(chǎn)能力，整體規(guī)劃，分期實施。一期用地約273畝，投資22億元，新建2條150 MW銅鋼硒薄膜太陽能電池生產(chǎn)線。項目首期建筑面積：52 565.9 m2。

4.2 應(yīng)用BIM技術(shù)的過程與成果

4.2.1 族庫的準(zhǔn)備

雖然網(wǎng)上已有各式各樣的族，但通用族不能完全反映實際到場的設(shè)備尺寸。建立項目對應(yīng)的族庫是有必要的，工程師們要將使用到的各構(gòu)件逐一建模，如圖3所示，保存為族后載入到項目模型中。這樣才能保證模型盡可能的貼合現(xiàn)場情況，更好的用模型來指導(dǎo)現(xiàn)場施工，圖4為現(xiàn)場安裝的角型過濾器。

4.2.2 Revit項目模型的創(chuàng)建

在項目實施的實際過程中，機電模型的調(diào)整必須參照土建模型。所以必須先建立起項目的土建模型。土建模型中需要包含的基本單位為梁板柱，墻門窗等[2]。這些單位的位置影響到管綜調(diào)整時的管線布局，是土建模型必須要包含的圖元，圖5為徐州凱盛光伏太陽能項目的廠房全貌。完成土建模型后，再創(chuàng)建項目的機電模型。此時需要注意機電模型的標(biāo)高和軸網(wǎng)要與土建模型相同，因為鏈接模型時默認為原點對原點，如果兩個模型文件原點不同，在鏈接時模型會錯位。

4.2.3 建模過程中的空間優(yōu)化排布

為滿足潔凈度及溫濕度要求，工程中央潔凈室上方需要做二次吊頂?shù)氖┕すに嚒６蔚蹴數(shù)目臻g內(nèi)需要布置大量的吊點，從圖6可以看到，二次吊頂區(qū)域內(nèi)空間非常緊張。與此同時，吊頂區(qū)域內(nèi)還有為保證生產(chǎn)車間溫濕度潔凈度達標(biāo)的DCC、FFU等設(shè)備，檢修用照明設(shè)備，以及為他們供水的管道及供電的橋架等。如果不進行空間排布，設(shè)備與絲桿的沖突會非常嚴重，導(dǎo)致施工進度緩慢，頻繁拆改等事情發(fā)生。

通過Revit對二次吊頂區(qū)域進行空間排布，然后分專業(yè)出施工圖給各隊伍，并商量好施工工序，減少各隊伍間的施工工序沖突及現(xiàn)場拆改。

5 應(yīng)用BIM效果總結(jié)

在管綜調(diào)整的過程中發(fā)現(xiàn)并解決大部分明顯的碰撞問題，再通過配管深化、碰撞檢測等手段可以更進一步地解決潛在的問題，比如施工空間、檢修空間預(yù)留等。要達到這一步，就意味著BIM工程師必須熟練操作各種設(shè)計軟件，擁有過硬的專業(yè)技術(shù)能力，并熟悉施工管理。工廠化預(yù)制加工依托于高精度的BIM模型，在提高預(yù)制加工精度的同時，擴大了現(xiàn)場施工作業(yè)面，顯著提升了現(xiàn)場施工的進度及施工質(zhì)量。

模型中所有圖元的參數(shù)都切實反映現(xiàn)場零部件及設(shè)備情況，通過建立明細表，可以方便快捷地提取工程量。為工程師減負的同時提高了結(jié)算效率，促進業(yè)主與施工方達成一致的共識，減少工程款結(jié)算的爭議。

6 結(jié) 論

a.BIM是一種新興的工程管理理念，是貫穿建筑項目全生命周期的一種管理方法。一系列的BIM可視化設(shè)計軟件可以給工程師們提供可視化的三維模型、強大的信息數(shù)據(jù)庫以及協(xié)同工作平臺，通過這些可以極大提升建筑項目設(shè)計、施工和運營的效率。

b.該文結(jié)合薄膜組件工廠項目的特點及普遍存在的問題，展示了BIM技術(shù)在薄膜組件工廠項目中的具體應(yīng)用方式。實踐表明BIM的方案可視化、信息數(shù)據(jù)庫和即時運算反饋能極大降低項目中各參與方的溝通成本，讓信息在各部門中流暢傳遞，讓各部門在項目建設(shè)和運行的階段都能良好協(xié)同。

c.通過對徐州凱盛光伏太陽能電池項目的實踐，在項目施工階段使用BIM對機電管線排布、碰撞檢查、預(yù)制加工技術(shù)、工程量統(tǒng)計的運用過程，驗證了BIM可以在建筑行業(yè)發(fā)揮出顯著效果，并取得良好的收益和成效。

在項目建設(shè)的過程中深刻體會到：項目的BIM模型建設(shè)不能只靠一方推動，需要項目中各參與方的相互配合與努力。BIM應(yīng)當(dāng)作為一種管理項目的手段，而不僅僅只是一種技術(shù)應(yīng)用。