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摘要 ：BIM(Building Information Modeling)- 建筑信息 模块，通过大数据系统整合了各种建筑行业的基础信息， 并利用建筑价值链中各个环节的协同活动，来对建筑信息 进行不断的插入、改进、充实。河钢唐钢新区机械料场项 目也将引入BIM 技术，以验证企业自身针对BIM 项目的协 同设计流程的可执行性以及人力组织结构的正确性。不仅 如此，企业还借助BIM 技术的引入，利用软件中的高碰撞 检测能力、基于三维建模技术的更精确的材料计算，以减 少项目在施工过程中的返工和物料损失造成的经济损失。 且以此次应用为基础，进而探讨和分析BIM 正向设计在国 内推广困难的原因以及对未来的展望。
关键词 ：机械料场,软件技术,BIM,经济效益
在工程设计中，BIM 技术不仅仅只代表着二维与三维的升级，还有设计流程的变化、专业之间配合的变化，设 计输入方式的变化，而且设计质量更高，设计深度更广。 目前冶金行业里包含的专业种类繁多，设计的重点差别较 大，工艺专业注重设备布置，动力专业偏管道设计，电气、 仪表专业偏电缆敷设。各专业综合到一起时，普通的二维 设计已经不能满足当前数字化的需求。为了提高设计质 量，使设计人员有着更直观的设计体验，BIM 技术必须成 为工程设计中重要的一环。此次BIM 技术在河钢唐钢机械 料场工程中的应用也是对公司初步形成的软件架构、设计 流程、人力组织的一次验证。
1 项目背景
中国国家发改委于2014 年 6 月 30 日公布了《河北省钢 铁产业结构调整方案及有关事项的批复》，明确了“在唐山 市开展钢铁产业转型升级试点”“积极支持河北省钢铁产 业结构调整”的方针政策。2016 年 6 月 8 日，河北省就通过 确定关于环境、能源、技术、安全、质量等严于国家的地方 标准，倒逼钢铁过剩产能退出、促进钢铁行业提质增效举 行了新闻发布会。
本工程建设内容为机械化料场，主要包括工艺设备及 其配套公辅设施，用于各种原燃料的进场、储存和向个用 户输送生产原燃料。主要原燃料来自位于厂区南侧的港 口，部分煤炭通过汽车运输或者铁路运输进入库存，以满 足焦化、烧结、炼铁、球团、石灰窑等工序的原燃料需求。
2 BIM技术的必要性
BIM 是工程行业的新兴技术，是 CAD 技术的更新换 代。自2011 年以来，我国掀起了由BIM 引领的行业技术变 革，越来越多的项目开始引入BIM 技术。而BIM 技术的优 势也为众多企业带来更多的经济效益。
BIM 技术带来的优势主要有 ：(1)施工进度有保 障，减少材料浪费，提高利润 ;(2)增加收益 ：充分应 用BIM 技术，可以至少减少 50% ～ 70% 的变更单，缩短 20% ～ 25% 的各专业协调时间，缩短 5% ～ 10% 的施工工 期， 同时节约建设投资 1.23%。
3 BIM软件架构
本工程选择适用于冶金及市政工程且业内以及国际认 可度高的Bentley 系列软件作为主软件，包括适用于工艺、 设备、动力专业的 Openplant Modeler，适用于建筑专业的 Aecosim Building Designer，适用于电气仪表专业的Raceway and Cable Management。
4 设计准备工作
(1)人力组织架构。由于BIM技术尚未广泛应用， BIM 团队更偏向于软件使用，缺乏工程设计经验，因此采用了 BIM 团队与设计团队相互配合的方式。
BIM 团队的成员包括 ：项目经理、BIM 管理人员、数 据管理人员、原料工艺组、机械组、动力管道组、电气组、 仪表组、建筑结构组和总图组。
(2)BIM 项目设计规范制定。为了更好地组织和规范 BIM 项目的实施，优化设计流程，明确人员职责分工，确 保进度， 特别制定了《三维设计规则》《BIM模型深度标准》 《BIM设计标准》等规范。这些规范涵盖了设计资源标准、 设计流程、设计内容和建模精度、模型文件命名、设备编 码规则以及设计交付标准等。
(3)BIM 工作内容。项目经理在团队中担任领导职务， 是团队对外沟通的窗口，负责把控项目进度，并协调BIM 团队和设计团队之间的配合， 解决项目进行中出现的问题。
BIM 管理人员负责管理设计文件的质量， 协调BIM 团 队内不同专业的协作并进行模型的总装。他们主要关注设 计文件是否符合公司制定的标准或规范，例如管道代号、外观颜色、图层、模型深度、文件命名等。其次， 他们还注 意各专业管道的综合以及设备之间的碰撞问题， 并及时提 醒相关专业。
数据管理人员主要负责保证软件正常运行，构建项目 树文件夹。在专业BIM文件夹下， 他们需要建立总装文件、 定位基础、原始资料、三维模型和二维成果等子文件夹， 以方便BIM 管理人员查看。数据管理人还需分配人员读写 权限，以免出现误操作、误删除等严重影响项目进度的意 外发生。
原料工艺组主要负责原料工艺设备的建模和布置，以 及炼铁专业自身管道的布置。机械组根据模型深度说明负 责机械设备的建模，包括装配关系和设备层级。电气组主 要负责电缆桥架的敷设、电控柜的布置和操作箱的布置。 仪表组主要负责电缆桥架的敷设、控制室的布置以及仪表 设备的建模和布置。建筑结构组通过对施工图的模型化处 理，将门窗、基础、框架结构和建筑外墙等进行三维转化， 但不对细致节点进行处理。总图组主要负责厂区内道路、 排水和绿化的建模处理，以及外部网络管道的综合。他们 根据最终总图的定位，放置各个子项的分装模型，形成整 个厂区的总装模型。
(4)BIM 设计流程。在BIM 技术应用之前，没有一个 统一的设计平台或服务器服务于所有专业。上游专业向下 游专业提供的设计资料仍然采用点对点传输，并依赖于 公司内部通讯软件。设计文件的内容也不会实时更新。因 此，必须采用串行的设计方式，即下游专业的设计绘图必 须等到上游专业的图纸完全设计完成，这无论是工作效率 还是时效性都存在一定的不足。
本次料场工程BIM 的应用，采用串行 +并行的方式进 行设计，具体为 ：第一步，总图组确定各独立厂房、建筑 物的定位 ;第二步，建筑组确定各厂房、建筑物的轴网， 包含轴网号，轴间距等信息。以上两步属于“串行”设计， 建筑组要在总图组完成后进行设计。第三步，工艺组、机 械组、动力管道组、电气组、仪表组通过参考轴网设计模 型，根据设计团队提供的资料，确定好本专业设备、管道、 桥架定位及标高后，运用本专业软件在各自专业文件上进 行设计。与此同时，建筑组在轴网确定后继续进行基础、 平台、墙体、门窗的设计，总图组确定好定位后进行厂区 道路、绿化的设计。第三步实施过程中，所有专业工作同 时进行，称之为“并行”。第四步，BIM 管理人进行各专业 BIM 设计文件的总装，检查问题。第五步，各专业统计材 料清单， 至此BIM设计结束。
通过这种“串行 + 并行”的协同设计模式，在本次料 场工程的BIM设计应用中得到了验证。
5 实施成果
通过项目的实施，实现了全球首个拥有智能处理、数 字化、无人值守特点的料场。我们引入了许多新设备和新 理念， 使得料场的总图布局更加紧密， 物流运输更加顺畅， 为本料场赋予了经济、环保、智能、高效等众多优势， 确保 了原燃料的运输快速而稳定。最终， 全世界范围内首座“无 人化”料场在河钢唐钢新区问世， 媲美国际领先水平。
在BIM技术应用过程中，我们运用了软件的碰撞检查 功能，从而审核出了多处可能发生碰撞的问题，成功避免 了施工过程中的返工。同时， 利用三维的管线材料计算， 我 们实现了对各专业的管道材料和电缆材料统计更加精确， 进一步完成了主材费用的管控工作。通过科学计算和保守 估计， BIM技术的应用节约了大约百万余元的经济损失。
6 BIM正向设计的探讨
本次BIM 技术应用带来的各种优势，已经印证了BIM 设计的必要性。然而本次应用采用的是对二维图纸进行翻 模的形式进行的。采用此种形式的主要原因为，BIM设计 对设计人员的计算机水平要求高，学习使用专业软件需要 一定的时间，工期上无法满足要求 ;直接交付BIM设计成 果生成的二维视图图纸没有相关的制图规范，在质量上无 法保证 ;BIM设计体系团队培养周期长，各专业协同设计 模式未得到印证，时机还未成熟。但是此种模式针对于某 些专业，尤其是建筑与结构专业，未能感受到BIM 技术在 土建设计过程中所带来的效率提升、方案优化等优势。然 而这是设计行业推广BIM道路上的一个必然出现的阶段， 有着一定的积极作用。随着BIM 技术的推广，此种模式必 然不符合发展方向， 并且被淘汰。
(1)什么是BIM 正向设计。将BIM模型作为数据源， 展开方案设计和施工图设计，这种全流程设计方式被称为 BIM 正向设计。其意义在于设计师可以在信息化平台上通 过设定模型参数与设计软件进行信息交互，省去了繁琐的 绘图步骤， 能更快地将自己的设计理念表达在电子图板上。
(2)BIM 正向设计发展思考。尽管BIM 技术在国内已 经有一段时间了，但BIM软件的专业化程度偏低，以电气 仪表专业为例，仍需要进行二次开发以满足专业需求，否 则设计时间比传统的二维设计要多出 1倍～ 2倍。显然， 设计方需要投入大量的财力和人力来推广BIM。而对于业 主和施工方来说，图纸仍然是最简单的获取信息的方式， 无需购买昂贵的相关软件。
想要推广BIM 的正向设计，必须实现冶金工程的信息 化。然而，目前图纸仍然是业主、设计方和施工方之间信 息传递的主要媒介。信息化要求计算机作为辅助工具，虽然国内计算机行业发展迅速，普及程度已达到国际水平。 但由于冶金行业的专业性强，拥有专业知识和丰富经验 的工程师未必能熟练掌握相关计算机软件操作。这导致业 主、设计方和施工方都需要投入相应的财力和时间来配置 计算机软硬件以及培养人才。而国内冶金工程普遍注重工 程进度， 因此信息化程度一直远低于国际水平。
通过以上两个方面的分析， 尽管业主、设计方和施工方 在实施BIM正向设计方面与传统的图纸相比都需要额外的 投入，但它们所得到的收益却各不相同， 其中业主的收益最 大。然而，在实际操作中，设计合同并没有为BIM设计添加 相应的条款来增加设计方的收益。目前，设计院在推进BIM 正向设计中扮演着关键的角色，其增加的生产成本是三方 中最多的， 主要用于升级计算几和培养人才， 然而却并非最 大受益者。这也使得设计院缺乏推广BIM正向设计的积极 性，整个工程建设行业的利益链无法形成良性循环。
想要推进BIM 正向设计，先要进行“无纸化”。BIM 的 设计成果文件包含了能指导工程进行的各种信息要素，不 仅有建筑模型尺寸、清单表格还有机电设备的订货参数， 是携带多种信息的三维模型，并且可在2D、3D 两种视图 模式中切换。工程的设计审查、设备采购、备料、施工、验 收、结算等各个阶段都可从中获得需要的信息。而且随着 技术的发展，移动端设备获取信息将会更符合施工方的需 求，方便与快捷。对于设计方和业主，从长远来看，“无纸 化”会节省生产成本，电子资料将不会有保存期限，也不 会因时间而导致资料受损。
推进BIM 正向设计，要调动相关企业的积极性，根据 BIM 工程实施占比给予一定的优惠，减免税负，创造良性 循环。
7 BIM技术的应用方向
(1)BIM与 GIS。地理信息系统 Geographic information system(GIS) 是用来收集、存储、分析、管理和呈现与地理 位置有关的城市信息数据， 如城市的道路、燃气、电力、通 讯、供水等。GIS 的优势在于三维空间数据的分析和管理， 可在大范围空间内基于物理空间数据和室外环境进行空 间分析，但在 GIS 中建筑物的表达很简单，而且缺少精细 及全面的建筑信息数据。高精度的BIM模型将成为 GIS 的 重要微观数据来源。
(2)BIM与VR。虚拟现实技术Visual reality是指参与者 通过计算机技术可直观的对周围的环境产生视觉以及听觉 的感受，并使其可以与虚拟世界交互操作的技术。BIM技 术与VR技术有很高的互补性，BIM技术将信息数据集成VR则可以很好的展现在人们面前，实现空间可视化。由于 BIM与VR较强的互补性，BIM技术与VR技术在教学领域 及施工安全培训中应用， 并取得一些成效。
(3)BIM与 5D。所谓的“5D”是指在基础的三维空间 属性之上，增加了两个额外的维度，即“时间”和“成本”。 利用BIM本身具有的三维可视化参数模型，结合目前国内 流行的三维激光扫描技术，将现实世界呈现到BIM软件中 并进行分析。这样可以对工程的进度、质量和安全进行管 控，演示和模拟工程中的施工难点， 并提前制定解决方案。 同时，利用BIM 的信息化平台，将设计方案实时反馈给项 目管理者，并结合施工中实时的物料成本进行计算和分 析，以对设计方案进行评估和成本控制。在施工难点较多 的超大型项目中，使用BIM可以实现预测和准备，从而避 免浪费各方的利益， 并妥善处理各方之间的关系。
8 BIM技术国外应用现状
CAD 的诞生引领了设计行业的首次革命，计算机技术 的进步取代了手工绘图，将绘画过程数字化。而BIM 技术 则带来了设计行业的第二次革命，将其引向了数字化和自 动化的方向。至今为止，我国BIM 技术的应用程度与范围 还达不到国际先进水平，仍有一些差距。一些BIM 发展较 早的国家所有大型项目都需要应用BIM，并且应用到了空 间规划的4 维、验证模拟，激光扫描模拟，能源消耗模拟 等。对于BIM规范标准的制定，延伸到了各个领域。某些 国家已经强制要求建筑设计行业全面实现BIM-3D 交付， 并将所有设计成果以信息化形式管理。
9 结论
通过在本项目中应用BIM技术，验证了公司BIM软件 系统的可行性、BIM 技术的高级性、人员架构的合理性以 及规范化流程的可执行性，为今后其他项目的顺利开展打 下了坚实基础。通过在料场工程中采用BIM 技术，提升了 团队的能力，验证了公司BIM规范的可行性和BIM 团队人 员配置的合理性，提高了公司的竞争力。可以说，这为公 司未来 10 年内的BIM 发展奠定了坚实基础。
BIM设计的前景非常美好，其应用范围也非常广泛。然 而，由于我国工程行业的时代背景，目前大力推行此种技术 并不符合行业需求。信息化无疑是冶金工程行业未来的发 展方向，国内软件技术也将逐步趋于专业需求，设计审查、 施工验收和管理等关键步骤也将通过云计算平台实现。
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