超大潔凈電子廠房信息化施工管理技術

周 力 王瑜輝 馬小波 楊棟才

1. 陜西建工第十一建設集團有限公司 陜西 咸陽 712000；2. 陜西建工集團有限公司 陜西 西安 710003

隨著我國超大規模集成電路產業的發展，潔凈廠房的建設越來越多。電子信息產品更新換代和市場需求變化快，建設速度對投資項目取得預期效果至關重要。信息化技術的應用將多維度結構化的數據，用以描述復雜的施工過程，改變了只能用線條在二維圖紙上描述工程的現狀。通過解決工程的大數據創建、管理和共享應用，在數據、技術和協同管理三大層面為施工過程管理提供了新的理念[1-6]。

1 工程概況

項目位于咸陽市高新區，是目前我國最大的鋼結構電子廠房。本項目總占地面積858畝（約572 000 m2），由ACF、OC廠房及其附屬區域組成（圖1），主廠房ACF單層面積120 000 m2，相當于18個標準足球場，建筑高度43.3 m，長度478 m，寬度259 m。整個項目從樁基到移交工作面給潔凈分包單位的工期為310 d，其中鋼結構安裝工期僅100 d，共需鋼材135 000 t、混凝土415 000 m3，大型機械130臺。

圖1 現場布置形式

面對工期超短、體量超大的潔凈電子鋼結構廠房項目，施工過程往往包含大量信息，涉及專業眾多，在有限的工期內安裝大質量構件必然對現場管理、信息集成、資源調度等提出高要求。因此，為實現鋼結構廠房經濟、安全、高效地施工，提出了采用信息化技術融入施工管理，全方位實現建造過程智能化的流程方法。

2 信息化管理在項目中的應用

2.1 三維信息模型構建標準化

為實現施工管控過程中各種信息的標準化，必須采用相同標準為不同專業提供統一的信息表達方式、模型作為施工信息的載體，在施工準備階段，基于BIM技術進行鋼結構模型創建，組織各深化設計單位制定統一的建模標準。

結合施工組織方案、安裝構件的空間位置、施工工藝、安裝順序等情況，確定鋼結構模型應用深度和模型精細度要求。以采用功能離散化的思想，將眾多基于特定施工目標、支持某一施工階段或幾個階段的施工信息表達要求集成整合，制定鋼結構施工模型構建應用標準，保障了數據對接的一致性和深化設計標準的統一性。

本項目為提高BIM建模效率和應用水平，對鋼結構信息模型相關體系進行規范，制定了相應的企業級《鋼結構BIM應用標準》，成為設計與施工不同專業信息交流的紐帶，促使鋼結構BIM模型在項目施工過程中規范性、應用性、實用性和適用性的提升，將標準體系同智能化施工管控體系整合，同時補充細化了《陜西省建筑信息模型應用標準》。

2.2 智能拆分構件，工廠數字化加工

構件拆分及項目工程量統計、構件具體屬性匯總，是施工和預制構件加工的重要信息，關系到現場的材料采購、進度計劃安排、不同單位之間的工作量核算、項目管理部門產值評估等，利用鋼結構模型與Tekla三維設計平臺協同融合，進行二次開發，建立了鋼結構工程量的自動分類統計系統（圖2）。

圖2 鋼結構拆分流程示意

實現對工程量的實時統計和快速計算，有效提高了計算精度，減輕設計人員工作量，強化功能擴展性獲取鋼結構模型所有圖元，將獲取的圖元分別提取，并判斷圖元是否為鋼結構零件。統計鋼結構零件屬性及鋼號用量，形成原始加工數據信息，工廠依據提取的圖元和結構零件進行數控機床智能化切割加工。

基于BIM的鋼結構工程量自動分類統計軟件按鋼結構工程特點，主要從鋼構件明細表、螺栓清單和各類鋼材總用量三方面來統計鋼結構工程的工程量。在施工過程中，項目管理與現場施工人員不僅能夠全面地把握工程量，還能實時地精確了解各類構件使用情況。根據實際工程，生成鋼結構工程量清單，設計生成構件明細表（圖3），詳細記錄各類構件的屬性信息。生成各類螺栓清單，解決鋼結構工程中小構件容易被忽視、難以統計的難題。生成各類鋼材的總體用量情況，用表格、圖表等多種形式表現，有利于預制工廠更加直觀、全面地把握各類型構件零件的具體加工情況。

圖3 軟件導出構件明細表示意

2.3 施工資源需求調配管理智能化

在該鋼結構廠房的施工過程中，人員、設備及材料的流動性強，隨著工程形象進度的變化，要求進駐不同的施工專業團隊、采用不同的設備和材料，施工現場的安全、物資調配管理難度非常大。

為解決項目高峰期鋼構物資需求大、運輸滯后嚴重影響施工進度等問題，本項目提出搭建一個物資整合調運平臺來解決物料調配運輸問題，從而利用現代科技，優化施工現場管控手段，實現實時的、全過程的、不間斷的施工管控目標。

提出了利用智能化技術手段，圍繞施工現場管理涉及的工序安排、材料與資源分配、空間布置、進度控制、質量監管以及成本管理等諸多內容，整合市場優質供應商，歸類整理所需物資種類、分布和庫存情況。施工人員根據基于BIM的鋼結構工程量自動分類統計系統生成的構件清單，結合項目施工進度計劃，提出物資需求。平臺根據物資需求，分析供應商物資供應能力，做出最優資源調配方案，同時，物料運輸過程隨時追蹤（圖4），做到資源情況實時掌控。

圖4 物料追蹤流程示意

整合管理資源，融合物聯網、無線傳感、識別定位、數據采集等技術手段，在項目實施過程中，逐漸形成集團公司集采物流的雛形，并在后期不斷打磨拓展，解決了傳統施工現場智能化管控存在的問題，為陜建集團華山云商平臺的建立提供了開發思路及技術支撐。

2.4 施工安裝模擬分析可視化

對于大型工程，在其施工過程中往往會存在復雜的施工工藝以及煩瑣的施工操作。BIM可視化主要包含項目靜態三維效果展示、動態漫游、施工預演等。利用BIM可視化功能對大型鋼結構施工過程的不同工況進行模擬展示，基于BIM模型信息數字化特點，將三維施工模擬數據流映射至時間、成本、資源等信息數據中，可有效實現施工現場信息的智能化管控。

本項目利用物聯網無線射頻識別技術對構件的進場、安裝、驗收等環節進行掃碼記錄，以二維碼信息為紐帶將材料狀態與BIM模型實時關聯。安裝前通過掃碼可提前知曉安裝位置、標高等信息，確保精準安裝。同時，將現場信息反饋給BIM模型，實現對構件安裝、到場情況的實時統計，在虛擬3D模型中分類高亮顯示記錄安裝狀態，做到施工狀態實時掌控。結合巡檢對照設備參數信息，生成實時巡檢記錄，實現對材料跟蹤的全方位動態監控（圖5）。

圖5 材料管理流程示意

在考慮各構件吊裝效率、平面施工分區及工序、吊裝設備的相互站位及影響等前提下，提出了鋼結構梯次模擬安裝技術。借助BIM技術強大的視覺和空間無約束優勢，對各設備的實時工作狀態、站位及現場施工工序，在空間層次進行模擬，保證各設備能夠高效率運轉，使工序間相互干涉最小化（圖6、圖7）。

圖6 整體模擬

圖7 鋼柱桁架安裝模擬

該技術創下了目前國內單體鋼結構工程高密度吊裝速度的紀錄，該施工方法已形成國家發明專利《一種超大平面多層鋼桁架電子廠房鋼結構的梯次安裝方法》（專利編號：ZL201711354180.3）。

3 結語

本項目首次在超大潔凈廠房施工生命周期內進行信息化技術的探索和應用，在施工準備階段、物料運輸階段、實體建造階段等全過程中利用信息化和BIM技術協同項目管理，形成建筑信息模型標準化。同時，將信息模型與設計平臺相融合，開發了鋼結構工程量自動分類統計系統，利用物聯網、無線傳感、識別定位、數據采集等技術手段打造物資智能管理平臺，使信息傳遞與分析協同化、智能化、可視化，全方位實現智能建造。為企業在以后的信息化和BIM發展道路上穩步向前提供了珍貴的經驗參考與實踐依據。