楊海龍
(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司,遼寧 大連 116600)
BIM設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)就是對(duì)一個(gè)工程項(xiàng)目的全生命周期的智能管控。BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯,但選礦行業(yè)從業(yè)者對(duì)其應(yīng)用大多不夠熟練,尤其不夠了解其設(shè)計(jì)組織流程、文件要求,且三維設(shè)計(jì)工具的掌握也需要一定的培訓(xùn)和學(xué)習(xí),數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需要一定的經(jīng)驗(yàn)和積累,能夠達(dá)到充分認(rèn)識(shí)、熟練應(yīng)用,更是一套系統(tǒng)化的工程。本文將主要從設(shè)計(jì)角度出發(fā),主要研究BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。
BIM,全稱(chēng)Building Information Modeling,中文翻譯為建筑信息模型。BIM技術(shù)起源于美國(guó),2000年之后在我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用于石化行業(yè)。石化廠是典型的流程工廠(plant),料流主要是通過(guò)管道輸送,選礦廠也具有這一特點(diǎn)。選礦工藝的結(jié)構(gòu)同石油化工行業(yè)非常接近,從原料進(jìn)廠到成品出廠,是一個(gè)完整的流程過(guò)程?;ば袠I(yè)在BIM設(shè)計(jì)中所取得的經(jīng)驗(yàn),在選礦廠的BIM設(shè)計(jì)中也可以借鑒使用。
BIM技術(shù)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立模型,通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。從建筑(工程)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至建筑全壽命周期的終結(jié),全部信息整合于一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)計(jì)方、業(yè)主方、制造方、施工方等各方人員可以基于BIM模型進(jìn)行協(xié)同工作,有效提高工作效率、降低成本和投資。BIM技術(shù)作為一項(xiàng)重要的建筑工程輔助技術(shù),以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,通過(guò)參數(shù)模型整合工廠所需的所有設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的工藝、建筑、設(shè)備、電氣、儀表、管道等信息,在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞,使工程技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì),提供設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體協(xié)同工作平臺(tái),使整個(gè)設(shè)計(jì)可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化。
BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段可以實(shí)現(xiàn)直觀化、可視化的協(xié)同設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)精確化、精細(xì)化設(shè)計(jì),為在生產(chǎn)制造和施工階段實(shí)現(xiàn)工廠制作、模擬安裝,模塊化預(yù)組裝提供可能性和技術(shù)保障,并可以提高施工環(huán)節(jié)的施工效率。在工廠生產(chǎn)運(yùn)行階段,利用三維模型及其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)備管理、備品備件管理、維修維護(hù)管理,在空間和時(shí)間上同時(shí)進(jìn)行有效的管理。
BIM設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中有很多優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下方面:
(1)可視化:BIM軟件所建立的立體模型即為設(shè)計(jì)結(jié)果,各方工程人員可以更直觀了解設(shè)計(jì);疫情期間其優(yōu)勢(shì)就可得到充分的體現(xiàn),雙方看著模型對(duì)話(huà)就如同當(dāng)面交流。
(2)一體化:所有參數(shù)都集中于同一模型,所有圖紙都由同一模型生成。
(3)參數(shù)化:通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)調(diào)整,即可建立和修改相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象;可隨時(shí)提取所需的所有參數(shù),即參數(shù)化輸入和參數(shù)化輸出。
(4)仿真性:仿真模型反映真實(shí)結(jié)果,并可適時(shí)檢查碰撞,可模擬、指導(dǎo)施工。
(5)協(xié)調(diào)性:參數(shù)化設(shè)計(jì)、調(diào)整可直接協(xié)調(diào)相關(guān)聯(lián)對(duì)象,多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),避免碰缺,高效無(wú)誤。
(6)優(yōu)化性:參數(shù)化、協(xié)調(diào)性決定了隨時(shí)優(yōu)化的便利性和可能性;碰撞檢查,減少施工變更。
(7)可出圖性:可滿(mǎn)足各種出圖要求,模型切圖,準(zhǔn)確直觀。
當(dāng)然。BIM還有很多優(yōu)點(diǎn),比如可快速算量,精確統(tǒng)計(jì);具有開(kāi)放性,可兼容多款軟件等一系列的優(yōu)點(diǎn)。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般多為二維設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)、施工、到營(yíng)運(yùn)維護(hù)管理,其流程多為線性流程。BIM設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)化的組織模式和設(shè)計(jì)手段,需要各方的參與和配合。BIM設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程,包括項(xiàng)目前期、基本設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)工程與國(guó)外工程設(shè)計(jì)階段名稱(chēng)有差異,稱(chēng)為初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì),較國(guó)外設(shè)計(jì)深度淺。BIM技術(shù)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用難度最高,應(yīng)用效果也最為明顯。下文以詳細(xì)設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)研究為主。
項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)通常需要包括項(xiàng)目經(jīng)理、設(shè)計(jì)經(jīng)理、進(jìn)度工程師、文控幾個(gè)主要崗位。BIM設(shè)計(jì)模式交付文件數(shù)量巨大,文控管理至關(guān)重要,需要專(zhuān)業(yè)文控人員專(zhuān)職管理。
開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)之前,需要做一系列的準(zhǔn)備工作,主要包括編制設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和編制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性和原則性文件,如前期基本設(shè)計(jì)階段有該文件,詳細(xì)設(shè)計(jì)階段在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更新、細(xì)化補(bǔ)充即可。
在設(shè)計(jì)開(kāi)始前期,國(guó)外業(yè)主會(huì)提供各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的典型圖和標(biāo)準(zhǔn)圖。國(guó)內(nèi)業(yè)主一般不會(huì)提供以上文件,需要設(shè)計(jì)院來(lái)編制。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)、圖紙要求、制圖標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)范圍、設(shè)計(jì)分區(qū)、文件編碼、設(shè)備編碼和命名標(biāo)準(zhǔn)、管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、管道規(guī)格書(shū)、閥門(mén)規(guī)格書(shū)、儀表和控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、特殊管件標(biāo)準(zhǔn)等。在開(kāi)始繪制P&ID之前必須對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行詳細(xì)的學(xué)習(xí)和整理。
業(yè)主提供的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)只是一些常規(guī)的、通用的要求,針對(duì)項(xiàng)目的具體要求很少,設(shè)計(jì)院應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目,制定該項(xiàng)目適用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如沒(méi)有足夠深度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)比較多的設(shè)計(jì)修改,包括工藝布置方案、管線布置方案和敷設(shè)方式、電氣供電方案、儀表、控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制箱合并、通信與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備合并等一系列修改,將會(huì)導(dǎo)致了大量的設(shè)計(jì)返工和進(jìn)度的延期。因此前期應(yīng)投入足夠的時(shí)間和人力,各專(zhuān)業(yè)參與,認(rèn)真研究業(yè)主提供的文件,把業(yè)主要求弄清弄透,并與業(yè)主充分溝通,溝通結(jié)果形成詳盡的文字記錄,雙方簽字。
BIM設(shè)計(jì)階段需要交付的設(shè)計(jì)文件種類(lèi)很多,主要包括P&ID、三維信息模型、物料平衡表、控制邏輯、ISO圖、GA圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及表單資料,甚至有時(shí)需要編制試車(chē)文件。能夠體現(xiàn)工藝專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的文件只有設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、GA圖和工藝數(shù)質(zhì)量流程圖這幾個(gè)文件。其他內(nèi)容是與常規(guī)設(shè)計(jì)習(xí)慣和模式區(qū)別最大的方面,BIM設(shè)計(jì)模式需要將這些內(nèi)容都反映在具體的文件中。
3.3.1 P&ID設(shè)計(jì)及組織過(guò)程
P&ID,即管道儀表流程圖。P&ID是工藝設(shè)計(jì)的核心,借助項(xiàng)目初期規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào),用圖示的方法把工藝過(guò)程中的全部設(shè)備、儀表、管道、閥門(mén)及管件,按其功能以及工藝要求組合起來(lái),能夠直觀看到各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的工作和控制原理。其核心在于數(shù)據(jù)管理,其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以批量導(dǎo)入和導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù),自動(dòng)生成設(shè)備、管道、儀表等報(bào)表。
項(xiàng)目的工藝流程設(shè)計(jì),需結(jié)合PFD(Process Flow Diagram),通常P&ID是在PFD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。根據(jù)工藝流程,繪制全部工藝設(shè)備、儀表、閥門(mén)、管道、管件。如已經(jīng)繪制PFD可以在PFD的基礎(chǔ)上開(kāi)展工作,以PFD為基礎(chǔ)進(jìn)行分解和細(xì)化。首先按照整個(gè)工藝流程按照區(qū)域和系列對(duì)P&ID的整體進(jìn)行規(guī)劃,盡量?jī)?yōu)化整個(gè)項(xiàng)目P&ID的結(jié)構(gòu)。主要繪制過(guò)程如下:
(1)繪制主工藝設(shè)備、主工藝管道。
(2)繪制次工藝設(shè)備、次工藝管道。
(3)繪制儀表、閥門(mén)和管件。
(4)繪制控制回路。
(5)繪制輔助系統(tǒng):冷卻水、軸封水、沖洗水、安全噴淋、儀表供氣及工廠空氣等系統(tǒng)。
(6)優(yōu)化圖面,補(bǔ)充注釋和說(shuō)明。
(7)提交審核,首先完成內(nèi)部審核,然后提交業(yè)主審核。
(8)P&ID完成后,可以根據(jù)工程需要依據(jù)P&ID生成設(shè)備表、閥門(mén)表、儀表清單、管線表、管件表等表單。
P&ID圖是整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中最核心的設(shè)計(jì)工作,是設(shè)計(jì)院將設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)產(chǎn)品的核心保證,這項(xiàng)工作需要各專(zhuān)業(yè)密切配合,各專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人全程參與,充分尊重SDDL文件交付及基本設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上形成。由于P&ID圖的信息量巨大,工作繁瑣,前期準(zhǔn)備、內(nèi)審核、邊設(shè)計(jì)邊修改、外審核到設(shè)計(jì)完成需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力整合,需要形成一套新的設(shè)計(jì)流程,盡量保證修改的少,質(zhì)量較高,最大程度上符合SDDL交付初始文件標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)施工圖專(zhuān)業(yè)留下高質(zhì)量的作業(yè)環(huán)境和工作時(shí)間。
3.3.2 三維模型設(shè)計(jì)及組織過(guò)程
開(kāi)展三維設(shè)計(jì)之前,需要根據(jù)業(yè)主訂貨資料建立該項(xiàng)目使用的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)建立需要有完善的設(shè)備資料,包括所有設(shè)備的詳細(xì)資料,型號(hào)、臺(tái)數(shù)、接口、工藝要求、管口、控制要求。對(duì)于成套的設(shè)備,應(yīng)有設(shè)備廠家提供符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備P&ID。
三維模型是包含全部數(shù)據(jù)信息的參數(shù)化模型,是貫穿項(xiàng)目始末的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。中間過(guò)程可分階段接受業(yè)主的審核,共同商議方案布置和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),直觀可視,精確無(wú)誤。
業(yè)主對(duì)三維模型的審核通常采用審查會(huì)的模式,一般有30%、60%、90%三次審查會(huì)。其中30%的審查主要確認(rèn)方向正確,比如確認(rèn)遵循了相應(yīng)的規(guī)范,遵循了業(yè)主的文件要求,遵循了業(yè)主的項(xiàng)目流程,這個(gè)階段需要提供初步的詢(xún)價(jià)、訂貨和招標(biāo)需要的資料,例如Mass balance、設(shè)備數(shù)據(jù)表和土建圖紙等。60%審核是在已獲得了準(zhǔn)確的機(jī)械設(shè)備資料基礎(chǔ)上開(kāi)展詳細(xì)設(shè)計(jì)并完成了管道、結(jié)構(gòu)、工藝等計(jì)算,并以圖紙的形式反映出來(lái),在進(jìn)一步深化工作之前通過(guò)審查會(huì)的形式,確保設(shè)計(jì)可行,避免跑偏,這個(gè)階段的審核意見(jiàn)會(huì)形成一個(gè)action register表格,在此之后大部分的設(shè)計(jì)工作會(huì)按照表格的審核意見(jiàn)進(jìn)行,直至所有的項(xiàng)目關(guān)閉。90%審查會(huì)是在設(shè)計(jì)按照60%審查意見(jiàn)完成后進(jìn)行的審查,主要針對(duì)生產(chǎn)和維修,審查的重點(diǎn)是設(shè)備、閥門(mén)、儀表的觀察、維護(hù)和更換,確認(rèn)檢修平臺(tái)、欄桿等,確保通行寬度。審核可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,但是較大程度上延緩設(shè)計(jì)進(jìn)度,大幅增加設(shè)計(jì)重復(fù)量,需要在設(shè)計(jì)前期注意考慮檢修平臺(tái),且符合業(yè)主要求的標(biāo)準(zhǔn)或者項(xiàng)目所在國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3.3 其他重要交付文件
(1)ISO圖,即管道軸側(cè)圖。通過(guò)管道模型生成,生成的管道信息清晰,數(shù)據(jù)精準(zhǔn),可滿(mǎn)足工廠準(zhǔn)確加工制作、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確安裝的需求。
(2)GA圖,即平面布置圖。為清楚表達(dá)各層平臺(tái)的工藝設(shè)備布置,按不同平臺(tái)標(biāo)高出圖。設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)清楚表達(dá)本平面在設(shè)計(jì)單元所處位置的關(guān)鍵平面圖。平面圖中除軸號(hào)、標(biāo)注尺寸外,圖中的所有工藝設(shè)備布置、梁、柱、梯子等內(nèi)容均用實(shí)線表示。預(yù)留建筑或已有建筑、主要管線走向等設(shè)計(jì)內(nèi)容用灰色點(diǎn)劃線表示。如本平面圖只是設(shè)計(jì)單元的局部,用高亮點(diǎn)劃線將本平面圖嚴(yán)格按分界線圈出。每條分界線上均應(yīng)給出與本平面圖接界的設(shè)計(jì)圖圖號(hào)。如與本平面圖接界內(nèi)容屬于設(shè)計(jì)范圍外,也請(qǐng)予以注明。文字標(biāo)注內(nèi)容包括圖中所有設(shè)備編號(hào)且編號(hào)與P&ID一致。
BIM技術(shù)應(yīng)用的高級(jí)模式可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是指將鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、儀表及電纜橋架等按照工藝要求有序地布置在項(xiàng)目所在地之外的特定空間內(nèi),每個(gè)特定空間稱(chēng)作一個(gè)模塊,然后通過(guò)設(shè)計(jì)的運(yùn)輸方式將模塊運(yùn)輸至項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng),這些模塊之間通過(guò)連接件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連接。對(duì)于一些對(duì)運(yùn)輸有特別要求(如一些儀表)和其它無(wú)法放入模塊內(nèi)的單體大型設(shè)備及零散管件可考慮一并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)再安裝。與傳統(tǒng)的施工方法相比,模塊化的建設(shè)模式有著許多傳統(tǒng)建設(shè)模式無(wú)法比擬的有點(diǎn),主要表現(xiàn)在以下方面:
(1)施工更加安全,由于模塊加工場(chǎng)地條件好,子模塊作業(yè)都是在地面完成,減少了大量的 高處作業(yè)和腳手架的作業(yè)量,降低了安全風(fēng)險(xiǎn),減輕了現(xiàn)場(chǎng)管理的負(fù)荷量。
(2)可以同時(shí)開(kāi)展幾個(gè)模塊加工,不用像傳統(tǒng)施工那樣必須沿高度按順序施工,可大幅加快施工進(jìn)度。
(3)由于模塊化施工,主要的工作都是在地面上進(jìn)行,鋼結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和焊接質(zhì)量更容易 保證,也便于檢查控制,這就大幅提高了工程質(zhì)量。
(4)由于模塊化的加工可選擇在人力及材料成本相對(duì)較低的地方,這樣就大幅減少工程造價(jià)。
此外,模塊化設(shè)計(jì)可更好的實(shí)現(xiàn)施工組織設(shè)計(jì)的過(guò)程的安裝模擬,進(jìn)行安裝全過(guò)程預(yù)演,驗(yàn)證施工安裝的流程、工序,確定合理的施工方案來(lái)指導(dǎo)施工。同時(shí),提供相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告,使施工人員更清楚、透徹掌握施工過(guò)程,大幅減小返工和整改,提高施工安裝效率,降低施工安裝成本。
隨著企業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用的不斷深入,協(xié)同設(shè)計(jì)管理手段是目前應(yīng)用在企業(yè)中最多、最高效的管理手段[1]。BIM設(shè)計(jì)就是在同一平臺(tái)下工作,實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和信息共享。
建立統(tǒng)一的共享管理平臺(tái),可以?xún)?yōu)化管理,解放人力,改善混亂的設(shè)計(jì)流程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,包括,數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份,數(shù)據(jù)的歸檔、查詢(xún)和共享,滿(mǎn)足上下游專(zhuān)業(yè)委托的規(guī)范性以及專(zhuān)業(yè)內(nèi)部的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)安排,將文控的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠整合進(jìn)入管理平臺(tái),不僅可以避免數(shù)據(jù)的遺失和更新不及時(shí)問(wèn)題,也可以較好的保證文控的規(guī)范性和數(shù)據(jù)的共享,由于平臺(tái)的存在可以方便管理。平臺(tái)數(shù)據(jù)的歸檔工作,可以方便設(shè)計(jì)圖紙的借閱,也可以明確設(shè)計(jì)進(jìn)度的狀態(tài),設(shè)計(jì)人員在這個(gè)平臺(tái)上可以看到所有與項(xiàng)目相關(guān)的不同版本(包括最新版本)的委托資料、設(shè)備資料、與業(yè)主的來(lái)往文件、SDDL等,保證各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的正確性和一致性。
通過(guò)分析BIM技術(shù)在選礦工程中的應(yīng)用可以看出:
(1)BIM技術(shù)是國(guó)際通用的設(shè)計(jì)手段,是選礦行業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展方向。
(2)BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯,是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì),提升設(shè)計(jì)水平的最佳手段。
(3)BIM技術(shù)應(yīng)用需要系統(tǒng)化的管理和組織,不止是三維工具的使用,需要企業(yè)從管理、組織、培訓(xùn)及信息化建設(shè)方面等方面大家堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)作為保障。
(4)BIM技術(shù)是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)保障手段,是模塊化得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。
(5)BIM技術(shù)的應(yīng)用需要在協(xié)同設(shè)計(jì)管理手段下實(shí)現(xiàn)。
(6)將BIM技術(shù)應(yīng)用到我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中,可以有效地加快項(xiàng)目的施工進(jìn)度,同時(shí)確保項(xiàng)目的總體施工質(zhì)量,給其成本管理等層面提供更加科學(xué)性的依據(jù)支撐[2]。