BIM在洁净厂房设计和施工中的应用

汪诗敏，朱磊森，唐国强

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

目前，现代电子产品的生产行业相比于传统的制造工厂，其生产工艺技术对车间的环境要求更加严格。比如，集成微电子产品的生产必须在洁净厂房内进行，其建筑面积大，同时需要配置纯净水、冷冻水、特气和通风空调等系统，因此与该厂房配套的设备、管网及布线施工比较复杂。在洁净厂房建设过程中，对相关人员做好空间管理、施工管控和掌握施工进度等工作是对建设单位管理能力的挑战。BIM模型本质上是数据收集、处理、分析的工具，该模型包含工程建设全过程的各类信息，通过对数据进行处理和分析后，进一步实现三维展示、虚拟情景演示、综合能源规划、能耗分析等，有利于各参建方协同合作、数据共享、沟通交流、成本控制。提高了项目工程物料、人力及设备的使用效率和经济效益，提高了工程的生产效率，同时达到了节约项目成本和缩减施工工期的目的[1]。

2 BIM技术应用原理

在建筑工程进行设计时，传统的建筑设计基本采用CAD绘图软件，通过该软件对建筑、结构和暖通以及通风空调系统进行设计，之后生成二维平面图纸，可视化效果较差，如图1。建筑项目中应用BIM技术，可以对整个建筑行业的管理流程进行优化，加强整个建筑管理系统的各上下级、各平行工序之间多维信息沟通和数据流处理的效率，进而使整个项目工程的管理趋向数据化、可视化、具体化[2]。

图1 CAD软件建筑图纸

2.1 项目的设计阶段

目前，常见的集成微电子产品的生产厂房建筑布局为回字形，建筑四周一般为配套设备区域，包含空调系统机房、变配电设备区域、材料仓库、制气设备区、废弃和污水处理区域等功能，建筑的中央区域为厂房的核心生产车间，主要包含各种技术工艺生产和产品核心制作区域等。在微电子产品的生产运行过程中，建筑四周的不同配套系统设施为建筑中央核心生产区域提供了辅助服务，进而满足核心区域日常生产的各类物资供应。

建筑项目中，机电配套系统相对复杂，因此在设计阶段需要统筹协调各个系统，确保各个系统的匹配性，为其相互协调工作提供保障。通过BIM技术的应用可以对管网配套系统进行深化设计，实现各个系统协作运营的目的。基于BIM技术，设计人员对建筑的结构、电气、水、通风空调等多个系统进行参数化建模，并通过所建立的模型对各系统进行数据分析，例如，对建筑的节能环保设计、照明设计、洁净送风设计等环节进行分析研究，对各个系统的运行参数进行预测，判断其是否符合相关设计标准。经过上述操作，相关设计人员可以对设计方案进行检查，对设计中可能存在的缺陷和冲突之处进行快速定位，并对相关专业设计进行调整和优化，确保设计方案与设计理念的一致性，提高整套系统的设计质量和效率[3]。同时，通过BIM技术搭建的参数模型，以三维立体模型的方式向业主和施工单位进行可视化展示，并提出相关设计需求和建议，提高设计效率。

2.2 项目施工的安装阶段

项目的机电安装工程是洁净厂房的重点施工内容，主要包含管网施工、电气布设、通风空调和洁净送风系统的施工等内容，其施工的主要环节有设计方案交底、设备采购和仓储、现场交叉作业、竣工验收和现场总协调等。以集成微电子产品生产厂房标配的万级净化施工为例，该类净化厂房工程施工的主要流程为：对现场施工作业班组设计进行技术交底→施工物资材料预算及采购→现场所需物资材料进场→各个专业现场测量、放样→预制风管构件的制作→施工现场墙面及屋顶涂刷→电气、管道、风管桥架等系统的安装→地面涂刷工程的施工→彩钢板组立及安装→吊顶安装→电气、照明、智能控制、排风送风、消防系统的制作安装→天花板和墙壁装饰工程施工等。洁净厂房工程在不同施工阶段相互交叉作业，需要多个专业协同配合，同时基于BIM技术可以对现场施工过程进行模拟预演，实现宏观整体的可视化，实现对现场施工过程的管控。

2.3 项目施工的关键环节

2.3.1 施工现场技术交底

项目施工前，施工单位会组织相关专业人员进行施工图纸的设计研究，并且结合其专业优势熟悉施工设计方案，之后对其存在的问题进行汇总。该类洁净厂房的施工重点主要在于机电安装部分，机电工程的安装主要是各系统的电气布置和管道空间的管理，例如电气管网（弱电控制布线、强电电路），水路管网（冷冻水、纯净水和消防喷淋水管网），特制气体管网（特气、压缩空气、PN2、GN2）等施工环节[4]。在对机电工程的管网环节进行施工时，相关人员应严格按照相应的施工规范进行现场作业，并且对管网的施工空间和预留空间做好后期的规划设计，方便现场施工及后期的建筑运维工作。基于BIM技术搭建的三维可视化模型，可以直观形象地展示整套系统的管网走向分布，还可以动态化地对机电工程管网施工的全过程进行模拟预演（如图2所示），进而及时发现设计和施工方案中的缺陷。

图2 BIM技术管网模型建立

2.3.2 施工进度计划管控

施工进度计划管理是工程项目管理内容中最重要的环节，基于施工进度计划管理可以更好地执行相关物资计划、设备材料进场、资金计划等内容。传统的施工进度计划管理一般采用甘特图流程管理方法，以BIM技术所搭建的项目参数模型，将进度计划与现场生产数据相结合，并加入时间参数，实现现场施工进度的模拟展示，之后，通过数据分析得出资源配置图，指导现场的工序搭接、材料供应等施工，不仅可以掌握现场实际进度，还可以实现施工进度的偏差管理，并对偏差进行纠错。

2.3.3 项目施工现场管理

在洁净厂房的施工现场，多专业施工环节交叉或同步进行施工，同时，大量的机械设备系统需要同时作业，通过采用BIM技术可以更好地对现场施工方案进行研究，并合理调配现场中人、料、机等施工资源，提高施工现场的资源利用率。基于BIM技术的可视化和动态模拟功能，可以进一步对项目工程的施工过程、场地布置进行可视化模拟，实现对施工现场的加工制作区、材料进场区、办公及生活区域的路线、场地等需求的合理布置[5]。同时，施工现场中各个专业需要交叉或同时进行施工作业，因此，基于BIM技术进一步协调好施工现场各参建方的进度安排和管网工程的施工作业，例如对电力管线、消防管道系统进行施工时，通过采用BIM技术建立相关参数模型能够直观展示各个工程的作业空间，避免出现现场施工环节相互冲突的现象，造成二次返工或者停工，加大了项目的成本投入。此外，通过BIM技术搭建的现场参数模型，可以直观展示现场施工的各个细节，精准识别施工现场的安全隐患和质量问题，并且为相关质量和隐患安全给予治理优化建议，为建筑的施工安全和质量安全提供保障。

2.3.4 项目成本计划管理

基于BIM技术所搭建的模型不能直接生成数据，而是基于对项目中相关参数进行分析和计算后，生成各种工程成本的明细表，例如根据参数模型可以生成工程量的明细和设备材料的明细表，之后通过关联相关设备材料的定价目录，实现项目工程的造价预算。在项目的施工过程中，经常会出现施工方案及各类施工计划的动态调整和部分变更，因而，通过BIM技术可以实现对各种信息数据的采集，之后将其与施工进度计划进行对比，对不合理的现场及时进行改正，提高项目的成本控制效率。

2.4 竣工验收阶段

在项目进行竣工验收的过程中，传统的做法就是施工单位将各类文档、图纸、报告等项目资料移交给业主，但是由于项目数据的资料较多，该方法效率较低。而BIM技术作为一种先进的信息参数模型，涵盖了整个工程建设施工全过程的数据信息，具有明显的技术优势。相关施工单位将现场相关数据，以及工程签证、设计变更等文件录入模型系统，可以进一步提高工程竣工结算的效率。在工程进行交付时，BIM技术具备整个建筑建设过程中的设计图纸、文档资料、模型文件等数据，并且业主还可以将其他相关信息录入BIM信息平台，实现数据、资料的无纸化、节约化管理[6]。项目工程的运维阶段不仅可以直接查阅工程信息，还可以记录运维检修信息，形成一个项目查阅、变更及信息共享的完整数据库。

3 结语

综上所述，洁净厂房项目在建设施工中，通过采用BIM技术，提供三维可视化模型、动态模拟预演，可实现对整个项目从勘察、设计、施工到竣工的全过程数字化管理。此外，还可以在项目的工程造价预算、工程量和清单统计、工程质量和竣工移交，以及后期运营、维护、管理等多个施工方面为业主提供高效率的增值服务。