BIM技术在不锈钢冷连轧项目中的应用

BIM技术在不锈钢冷连轧项目中的应用

BIM technology in the application of the stainless steel cold rolling project

摘要：建筑信息模型技术（BIM）技术经过十几年的发展，从国内概念热潮转到落地应用；太钢不锈钢冷连轧项目属于工业类应用，从局部尝试到项目全生命周期的应用；从单独软件的应用到平台应用，BIM技术在建筑工程领域得到了各方的认可。作为施工企业，顺应BIM发展趋势，在企业内开展BIM技术普及应用。

BIM技术是建筑企业实现管理标准化、标准表单化、表单信息化的新途径，也是建筑企业实现信息集约化的新阶段，全面实施后可实现企业的精细化管理目的。作为施工单位，BIM模型的来源有三个：1、设计院提供；2、算量模型；3、自主建模。这个项目主要模型为设计院给的生产线设备管道模型，我单位对设备模型、厂房钢结构模型、场地施工模型做了补充。

一、 项目概况

太钢不锈钢冷连轧项目，总投资64.7亿元，建安量11.8亿元。是世界上最大的不锈钢生产基地的最先进生产线！太钢不锈钢冷连轧项目是世界首创五机架不锈钢冷连轧机组，首创了连轧机、酸洗线、退火线平整机、拉轿机、在线切边剪机等工艺设备，在一条生产线上的超高度集成，采用了当今世界最先进技术和设备，可以直接生产出成品卷，并配套实施了酸再生、酸净化、污水处理、氮氧化物减排等一系列环保、节能技术；对太钢乃至不锈钢行业影响深远。

由法国DMS总设计，德国SMS、德国UVK、日本中外炉、日本TEMIC等联合体协同设计。不锈钢冷连轧工程是冶金工程上的皇冠明珠。太钢不锈钢冷连轧项目获得了中冶集团BIM大赛一等奖、中建协BIM大赛卓越奖，获得荣获国家优质工程奖，获得了中冶集团新技术应用示范工程奖，2015年度冶金行业优质工程奖，荣获2015-2016年度中国安装工程优质奖。

本工程退火炉长550米，酸洗300米。主要生产线为多层结构，从下至上依次为酸坑—酸洗段—空跑段—退火炉。是山西省“十二五”重点工程、山西省唯一获得中央专项资金支持的项目。厂房面积7.9万平方米。钢结构5.6万吨、设备1.8万吨、管道6500吨。

二、 项目难点

太钢冷连轧重点难点主要体现在:

安装精度高: 轧机底座---0.02mm、钢带全长8000m；

场地狭窄：场内4.0m、场外4.5m、场内无存放空间；

参与方多：设计院6家、监理1家、总包3个公司、施工13个公司；

施工周期短：532日历天。

项目策划后领导决定本项目采用BIM技术解决工程重点难点。

三、 项目组织

以中冶天工集团BIM中心为核心，组成了项目35人的BIM技术应用团队。

四、 软件选择

我公司以施工为主，在项目实施过程中交互方多，所以选择在建筑邻域市场占有率较高的欧特克公司软件作为公司和项目的软件解决方案。基于项目实际情况，采用C/S拓扑结构。应用了以Revit为核心、以vault为协同平台的13款软件。

以Revit为核心的文件导入、导出交互格式可以有效解决各种软件格式交互的问题。

图2  Revit软件的导入导出格式

以Revit为核心软件导入，主要支持格式有ifc、dwf、dwg、dxf、dgn、sat、skp、3dm、NWD、NWC、点云等。

Autodesk Revit主要可以导出DWG DXF DGN ACIS (SAT) DWF IFC XML FBX等。通过Revit插件还可以导入、导出其他应用格式，例如用于BIM5D项目管理的轻量化igms格式，用于加工制造软件Fabrication的MAJ格式。

图3   本项目BIM应用的简化流程图

以施工建造为核心，向前拓展到深化设计，向后延伸到生产运维阶段。在施工建造阶段BIM技术主要应用在技术、进度、成本、质量安全管理等方面。

基于网络的工作环境，利用中心模型、链接模型进行协同工作。中心模型按照单位工程划分,各模型以链接/复制监视方式进行整合。工作集根据工作量、人员、区域综合考虑划分。专业负责人可以在Autodesk Vault平台上使用Autodesk Revit 或Autodesk Navisworks协同本专业设计。

图4   Autodesk vault的Revit插件界面

图5  模型文件的链接关系

利用Autodesk Vault平台，可以高效管理BIM数据，多方协同，方便整体移交。利用vault数据库的优势，在vault平台搭建Revit族库。BIM技术应用团队在族库管理方面制定了上传、审批、下载流程及模型审核规范。本工程收集和创建各类族及模型3000多个。目前使用Revit族库人数已经达到260人，提高了建模的速度、标准化程度。

图6  Autodesk vault 族库

图7  本项目耐火材料Revit族

图8  钢结构族细节

利用Autodesk Inventor软件创建设计院未提供的设备族。Inventor软件可以快速的创建机电设备形成设备族。且模型精细化程度高。

图9  Inventor创建设备族流程

图10  Inventor软件的BIM部分共能截图

图11 本项目的重点设备族

五、 标准制定

建筑工程涉及多专业、多领域、多部门的业务活动，没有统一的BIM应用标准，在施工阶段的资源、行为、交付会变得寸步难行，将无法实现BIM的系统优势。

针对本项目情况，制定了“施工建模流程”和“施工应用标准”，解决参与方多、专业复杂、数据交换量大等难题。通过项目积累与应用，形成四部企业BIM标准，于2015年7月1日颁布实施。

图12  公司发布的BIM标准封面

六、 BIM应用

利用轻量化BIM项目管理软件BIM5D在场布、进度、工艺、成本、材料、质量、安全等方面进行综合应用。

1. 场地管理

本工程东、北、西三侧均有厂区铁路通过，铁路线距厂房最近距离只有4.5m。而且只能单方向进出厂区。在如此狭小的空间安装结构、设备、管道83100吨。狭小场地内物流管理成为一大难题。机电安装只有3个月有效工期。利用BIM技术支持，平均日安装量创造了行业安装的纪录。

2. 进度管理

首先在进度方面采用BIM安装4D管理。例如：酸槽与工艺钢结构的安装顺序。利用Primavera P6编制进度计划，在Navisworks中利用TimeLiner功能与模型绑定进行4D模拟，审核施工方案，避免返工。

针对工艺段的复杂多层结构，详细编制进度计划，并且加载资源与费用。利用4D进度模拟，达到四层（酸坑、酸洗、空跑、退火）同时施工的目的，大大节约工期。

图13  太钢不锈钢冷连轧生产线层次结构

3. 施工模拟

利用Navisworks的TimeLiner对施工过程与施工场地布置情况进行动态演示，这不仅能够将整个施工过程更为直观的展示出来，确保能够对施工过程展开可视化管理工作，同时也实现了4D施工进度的模拟目标，为那些大型建设项目的管理提供更多的管理途径。

图14  利用Navisworks进行进度模拟

4. 材料管理

通过BIM技术，整合模型与耐火材料管理系统，快速实现工程量统计、物资提取等功能。

图15  耐火材料的二维码应用

在耐火材料管理系统中加入相应的BIM管理模块，利用移动端扫描二维码，对耐火材料进行物流管理。

通过整合BIM模型与二维码技术，指导复杂炉体砌筑。根据施工部位先后顺序采用项目窗口进行整体模型的分层、分部搭建，可以采用“先平面后立面”创建方式完成退火炉三维模型搭建，实现退火炉模型的可视化显示，图形效果更直观，同时也为后期模型信息的载入和传输提供载体。

5. 碰撞检测

通过BIM模型的专业内与专业间的碰撞检测，主要发现130余处管道与管道、工艺结构的碰撞，少量的设备与结构碰撞。

碰撞检测主要应用于检测管线与管线间、管线与建筑、结构专业构件的直接干涉。碰撞检测的主要步骤为：

①选择需要进行碰撞检测的系统。

②生成碰撞模型，并保存碰撞视点；

③输出碰撞报告，对比碰撞视图及相关的CAD原图，分析碰撞原因；

④得出解决方案，根据分析的碰撞原因及现场情况，得出解决碰撞的方案。

设备碰撞举例：平整机前710张力辊电机与工艺钢结构柱子P47相碰，预制结构柱时经过修改设计，并模拟结构分析受力，工字钢的应力云图（最大应力16Mpa，小于材料的屈服强度280MPa）满足原设计要求。通过设计院下发设计变更单。

图16  平整机前710张力辊电机与工艺钢结构柱子P47相碰

6. 吊架设计

在支吊架深化中，对支吊架结构形式和布局进行了优化，并出图预制。可节约材料与工期、并提高了安装质量。

在施工中组合支吊架的使用，可以大大的节约材料、合理的布置管道。但是设计院出图时，各专业分开制图，没有考虑到施工时使用组合吊支架。现场施工时工人们就需要更具现场情况设置组合支吊架，还需要根据情况调节各种支吊架尺寸，没有图纸的指导，现场施工还是不够方便的。

通过BIM技术的前知性，在管线建模过程中，有意识的使用组合支吊架，可以非常方便的指导现场施工。工人们可以通过BIM技术的出图，快速设置管道走向、标高，支吊架位置，因为设计时的碰撞检查，在施工时，各专业同时施工成为可能。组合支吊架可以在管线布置前就预先安装，有效的节约工时、材料。

图17  支吊架深化设计及出图

七、 总结展望

本工程为，零伤亡、零事故、零工期拖延。取得这样的成绩，是BIM技术的应用，和敬业的员工、加上出色的团队的共同努力结果！

BIM技术在工程项目管理的进度、安全、质量等方面已经显现其具有极大的优势，这与公司一直提倡精细化管理相一致。BIM技术已经是大势所趋，是企业转型升级与精细化管理的必备手段，通过BIM技术的引进，结合传统管理方法，将大大提高公司精细化管理水平及协同效率。

公司大范围应用在人才、软硬件、管理流程上还有诸多困难。必须加紧培训公司BIM技术、管理人才，加大软硬件投入，建立基于BIM的符合企业运营逻辑的企业（项目管理）信息化综合管理流程，实现提质、降本、增效的目标。

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