大型工業廠房工程建設中BI M技術的應用

寇安，李書恒，孔令熙

（中國建筑第二工程局有限公司，沈陽 110000）

1 引言

近年來，受政策與行業大型集團驅動，BIM技術在我國建筑領域的應用不斷增加，主要反映在行業標準、使用成果等方面。但BIM的使用深度不足，與其他信息化手段的整合程度有限。本文介紹BIM技術在電子工業廠房項目建設中的應用，有利于優化設計，提高施工質量。

2 工程概況

某電子工業廠房項目生產數字電視傳輸的有關產品。該廠房項目為鋼筋混凝土結構，長121.4 m，寬30.0 m，共4層，首層高6.5 m，其余層高均為5.1 m。生產區的設計面積為6 300 m2，產品檢測區為3 150 m2，倉庫區為3 150 m2，辦公區為1 920 m2，總面積達14 520 m2。

工程建設的基本要求包括：裝配與檢測區必須保持清潔，室內空調溫度需保持在20～26℃，相對濕度需大于75%，達5～7級的潔凈度，空氣中流動顆粒物粒徑皆處于0.3～0.5 μm。零部件進出口需預留緩沖區，構建雙道門，還需配備風淋室，待廠房投入使用后，所有入場人員均須通過風淋室。手工焊接生產區要求安裝抽風罩與局部排風，統一收集焊接煙氣并清潔處理后才能排放。廠房需容納350人。

電子工業廠房有著很明顯的特點：

1）功能集約。該類廠房負責制造的產品都比較精細，對設備與場地規模沒有太大需求，所以，一般支持分層布置。同時，生產過程的各個步驟與功能都有較大聯系，出于經濟方面的考量，會把多個功能集中在一起，包含從原料到成品的整個實現過程。

2）設備密集。電子產品工業相較于普通制造業，自動化與集約化的程度更高，構成柔性生產線。因為生產設備的進一步集成，令其規格與占用空間不斷縮小，所以，廠房內設備距離比較近，由此形成設備密集分布的狀態。

3）防火與疏散級別要求高。每條生產線大約能容納20～30人，再加上廠房內各類設備多，導致疏散時間較長，所以，對防火安全有更高的需求。

4）廠房內環境要求高。由于電子產品以及流水線設備屬于精密儀器，所以，對空間環境有嚴格的標準。例如，LED芯片制造廠房內，外延爐區潔凈度需達到10萬級，N、P型電極也要有千級潔凈度。同時，所有生產區的溫度都需保持在21～25℃，濕度要求則是50%～60%，并且還需注重通風、排水等。

5）管線復雜。電子工業廠房中分布很多公用管線，如排水、暖通、電氣、動力等多個系統。根據電子工業廠房本身的特點，可以發現其設計難度較大，而如果運用BIM技術輔助設計，有利于在減輕設計壓力的同時提高精準度。

3 大型工業廠房中BI M技術應用

3.1 設計分析

在電子工業廠房項目中使用BIM技術，可以對建設的各個階段進行相關分析，以此保障設計方案的合理性。以場地分析為例，該部分的設計既應符合廠區生產與運輸需要，具備抵御洪澇的能力，確保廠區環境穩定，又需控制造價。故在設計初期需要利用BIM技術分析場地，確認平面布局，控制土方量。

借助BIM參與設計分析，基于航測手段構建規劃區域內的地形3D模型，以此確認現場高差，合理設置標高，支持廠區規劃。其中，高程分析針對地形等高線，依據工業廠區的工藝要求設置了多個組別，并通過色彩區分。坡度分析是根據特定類型標準，把場地分為若干部分，直觀地反映場地中坡度的變化狀況[2]。

3.2 建立BI M模型

3.2.1 確認體量模型

在構建廠房體量模型中，需先評估所在區域的風環境。該工程所在地區的主導風向為東南風，風速約3 m/s。廠房位于整個工業廠區的東北角，為了優化建設質量，全面描述廠區環境條件，在數據模型中還需同時構建廠區中其他廠房模型。建模期間，先模擬分析廠房表面承受的風壓，經過對比發現，南側風壓相對偏高。結合電子工業廠房建設需要，需防止進出口有較大風壓，避免風沙直接進入室內，污染生產環境。基于對室內潔凈度的要求，空調采風口不應安裝于風壓偏高的側面，因此，將出入口設于廠房建筑北側，空調設備機房設于西北角。

3.2.2 設置項目BIM族庫

Revit軟件具有極強的自適應特征，能合理設計各部分構件參數，并借助內置插件協助設計。此軟件可通過族編輯器精確定位與建模選擇點位，把所得模型載入族模型，提取目標點和選擇點位互相對應，由此使結構適應新的限制要求。本項目廠房各部分均選擇參數化的建模手段，技術人員按照工藝要求掌握平面設計數據，如長、寬、墻體厚度、走廊分布、柱距等。本工程在建模中格外強調每個分區的參數設定，尤其是潔凈度要求較高的區域。公用設施部分需重視管道材質、尺寸等參數，暖通方面需增加凈化處理設計，確認潔凈設備的型號、過濾風口與機房。在廠房項目總體構建中需確認結構定位，設置協同軸網與標高參數，后設置廠房大致形狀，其余的細化結構、供電線路與水暖等可以同步添加。

在該工程中，設備供應廠給出SMT生產線上所有設備模型圖，通過分析其提供的軟件與Revit，發現二者具有兼容性，支持將設備模型保存為Revit能打開的格式。在族庫導入環節中，可先將模型轉化成“.sat”格式，通過Revit完成導入。按此種常規操作，無法使模型完全顯現，因而改用Inventor軟件轉換，此環節操作目標為零部件，然后以“.adsk”格式導出，零部件最后選擇23.40.70.17.11裝置。構建工藝族中，各部門名稱是設備名字與規格的組合方式，如插件機350、下板機-300等。

2.2.3 廠房主體結構模型

按照設定軸網確認墻體位置，并增加樓層線，作為確認建筑層高、梁、樓板與墻體的參照標準。完成基本定位后，將模型轉交給結構專業，此部分主要包含樓板及梁柱等，下一個專業范疇為建筑，完成模型道路后，按梁柱點位加以避讓，進一步優化立面設計，如圖1所示。

圖1 建筑結構模型

2.2.4 工藝與機電模型

在建筑結構模型的基礎上增加工藝設備的部分，利用3D模型視圖呈現，并模擬廠房完工后投入使用的情形，3D模型如圖2所示。

圖2 工藝布置3D模型

機電模型部分要根據土建模型與技術要求設計。該工程中裝配與檢測區要求達到萬級潔凈，暖通部分在公用設施中最關鍵，其他管線均需避讓。BIM建模時，要明確空氣凈化與除塵等暖通系統功能，涉及多項施工對接，如潔凈系統需與當地凈化企業對接。在各專業同步設計中，要有效展現BIM技術立體可視化性能，保障各條管線準確避讓。

3.3 碰撞檢測

該工程中需開展碰撞測試的項目包括公用部分所有管線間、梁柱、主體結構、公用空間和廠房建筑。其中，公用線路中，空調風管、動力管道與消防管道等易出現位置沖突，對于檢查出的各個碰撞點，需借助改變標高與位移的方式處理。

1）模型匯總，集中所有專業模型并完成模型歸類，對于待碰撞檢測的具體構件也進行分類，便于后期鎖定目標。

2）本工程利用Revit軟件的檢測功能分析模型。

3）錄入檢測規則，即選中檢測目標，其余無價值的位置模型無須生成碰撞報告，以避免產生錯誤內容，加重軟件工作量[3]。在該工程中，檢測對象包含主體模型與公用線路、建筑構件等。

4）啟動設備開始檢測，軟件可直接形成碰撞報告。工程負責人根據報告內容將問題告知相應專業并進行設計優化調整。如在該項目在碰撞檢查中，2層樓梯間部分發生門梁碰撞，故需把梁體標高適當提高。

3.4 優化設計

3.4.1 風系統

在本工程中的擬建生產車間，其排風系統和工藝熱排出現碰撞，借助BIM對相應系統加以調整，如圖3所示。初始設計新風系統、有機排風、工藝熱排的標高均為7.2 m，未優化時，整體系統分布較混亂，且有多處碰撞，預留的夾層空間未能得到有效利用。調整后將標高提升至8.2 m，工藝熱排及有機排風的系統設備均提高至7.5 m，適當翻彎安裝。電子工業廠房中潔凈區的新風量計算公式為：

圖3 新風系統優化排布

式中，G0為最小新風量，m3/h；G1為達到空氣平衡需要的新風量，包括全面與局部排風、維持正壓，m3/h；G2為達到人員衛生標準時所需新風量，m3/h；G3代表達到總風量設定比例的新風量，m3/h。

3.4.2 消防水系統

項目將原本放置于南北側的主管調換方位，既能消除主管和廠房梁體其他管線間的沖突，又能提高夾層空間的使用率，并達到項目方的建設標準，便于后期現場安裝。

3.5 預制加工

1）風管部分。工業廠房內的新風與排煙管道為58 000 m2，利用BIM程序進行優化設計，根據所得管道模型，以標準管段規格分為若干段，依次編號，生成預制加工圖紙，交于合作加工廠后制造，成品構件皆配備保存相關安裝信息的二維碼，便于現場安裝。

2）鋼結構部分采取風管加工的流程預制。

4 結語

在大型工業廠房的建設中，應充分利用BIM技術的各項優勢性能。從最初的廠房建筑設計到碰撞檢測、管線優化等皆需結合項目工藝標準，逐漸加大BIM的應用深度，為現場精準施工奠定基礎。