BIM技术研究

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　　【题目】石化项目油品储运工程BIM平台构建探究
　　【第一章】基于BIM的石化项目油品储运系统创建绪论
　　【2.1  2.2】石化项目油品储运安全影响因素分析
　　【2.3】石化项目油品储运安全管理分析
　　【3.1】BIM技术研究
　　【3.2】油品储运的工作流程及安全需求
　　【3.3】油品储运工程的BIM平台设计
　　【4.1】油品储运工程的BIM平台系统
　　【4.2】BIM平台在油品储运工程运维管理中的应用
　　【4.3】BIM平台的应用拓展
　　【结论/参考文献】石化油品储运工程安全管理系统研究结论与参考文献
　　
    3 BIM 技术在油品储运安全管理中的分析

　　3.1 BIM 技术研究

　　3.1.1 BIM 的概述

　　1、BIM 的概念

　　建筑信息模型（BIM）是信息化技术的典型代表，业内称之为工程建设领域的“第二次数字革命”.BIM 的概念最早由美国的查克·伊斯曼博士提出。他将 BIM表述为：“建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息[54].”

　　丁士昭教授对 BIM 的本土化做了大量研究，指出：BIM 是以三维数字化技术为基础，集成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目相关信息详尽的数字化表达[55].它包含了与几何图形及数据相关的数据模型和与管理相关的行为模型，两者的结合可以有效模拟真实世界的行为。

　　2002 年，Autodesk 公司发布了 BLM/BIM 白皮书，正式提出把 BLM 和 BIM 作为建筑业信息化解决方案的两个轮子，由此 BIM 技术真正开始引起人们关注。该公司在相继推出相关解决方案后，如 Buzzsaw、Revit、DWF Composer 及 Civil 3D,BIM 技术逐渐得到业内的普遍接受。随后，业界和学术界掀起了 BIM 研究的热潮，BIM 的应用领域不断拓宽，深刻影响了建筑业发展进程[53].

　　2、BIM 技术的特点

　　作为能有效实现项目全寿命周期所有数据、过程和资源等信息集成的技术，BIM模型是对工程对象几何信息和整个工程信息的完整表达，能支持建设项目各参与方的交流共享。其主要特点可归纳为：

　　（1）集成全寿命周期信息BIM 模型涵盖了几何、空间关系、地理信息系统、各种建筑组件的性质及数量，可以集成项目的全寿命周期各阶段产生的所有相关信息。

　　（2）信息的高度关联BIM 模型基于共同的标准-IFC 体系，面向工程对象，采用参数化建模技术，通过参数间关系的表述以实现信息传递。模型中数据的任何调整，都可以即时在与之关联的地方反映出来，从而提高使用者的工作效率并保证工程质量。

　　（3）信息表达的一致性BIM 模型信息在项目全寿命周期的不同阶段具有高度一致性。一致性指构建模型时，同一信息无需重复输入，同时，某一特定信息在任何阶段都是相同的。在运行中，模型具有自动演化功能，能够在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问，使项目参与方可以清楚全面地了解项目。

　　（4）强大的信息输出支持和良好的可视化功能模型构建完成后，除了可以及时提供二维、三维图形及实体模型外，还能输出完整的非图形报告，可以持续、即时地反馈可靠的有关项目质量、进度和成本等信息。更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。图 3-1 体现了宁夏石化项目 BIM 模型的可视化效果。
　　
　　3、BIM 的关键技术

　　BIM 技术将对工程建设领域带来深远的影响。BIM 技术的推行，一方面可以对项目早期不同策划方案的优劣进行综合分析、模拟、比较，从而得到更科学、合理的方案；另一方面，模型对全寿命周期信息的集成不但可以促使项目降低成本、缩短工期、提高质量，同时可以为建成后的运营、维护、改扩建、交易、拆除等提供长久的技术支持。总的来说，BIM 的关键技术包括两个方面：

　　（1）IFC 体系IFC 体系是 BIM 实施的基础。在项目的全寿命周期内，参与方及不同阶段使用的软件不尽相同，不同的软件具有不同的数据模型和数据标准。BIM 技术要想最大限度的发挥其优势，就必须促使各参与方遵守共同的行业标准，这样才能使信息实现全过程、全方位共享。因此，开发和采用统一的数据标准是客观需要。IFC 是当前主导 BIM 构建的技术标准，建立模型需要借助 IFC 的数据描述规范、数据访问及数据转换技术，从而形成基于 IFC 标准的 BIM 体系结构、模型对象定义以及对象问的关联机制，以解决工程数据全寿命周期的一致性和高度共享问题[56].

　　（2）参数化建模技术参数化建模技术是 BIM 的实现手段。该技术是通过对构件参数的修改，或图形的某一部分尺寸的调整，以实现对图形中相关部分的改动，即尺寸参数值的变化直接控制实体模型的变化。其核心技术包含两个方面，一是构造设计对象的参数化模型；二是建立参数驱动机制[57].参数化模型由尺寸参数模型、特征参数模型组成，其中尺寸参数模型是指以尺寸驱动为基础的参数化的中介，反映构件的尺寸类型及其特定的语言信息，如油品储运装置的罐体、泵站、管道、阀门等图元的尺寸关系。

　　特征参数模型主要描述面向工程实体的参数属性、约束属性及关联属性。参数化驱动机制则作用于有关联关系的图元，如果改变某一参数其他相关参数也会做出相应变化。比如，修改罐体的位置，与罐体相连的管道和阀门等，也会随之而改动。参数化建模技术是实现 BIM 的重要手段，通过参数来表达实体构件的几何、关系及属性等相关信息，使构件对象化、数字化，从而使 BIM 在信息集成管理中更好的发挥作用。
　　
　　4、BIM 的结构分析

　　一个项目的 BIM 结构应包含体系结构和数据结构两部分，它们是由各类图元组成的。其中，图元是有关线段、圆、弧、文字等图形元素和属性元素的表达形式，是模型内在联系和外在表现的基础，是基础性的元素[58].根据图元性质和功能的不同，3D 建筑信息模型的图元分为模型图元、视图图元和注释符号图元，图元之间存在关联关系，其中任一图元发生变化，其他图元将随之发生相应变化。

　　（1）模型图元模型图元是模型的物质基础，包括主体图元和构件图元两类，它们是形成各类建筑的几何模型。模型图元的数据是对建筑构件的各种属性、特征及操作的描述，反映工程项目实施过程中设计、采购、施工、材料设备供应等环节的工作对象[58].

　　（2）视图图元视图图元是模型图元的图形表达，用于观察 BIM 的表现形态，决定了模型的观察方向及图元的表现方法。楼层的平、立、剖面，3D 视图，图纸，明细表，报告等构成了视图图元。

　　（3）注释符号图元该图元用于建筑设计中的标注和说明。它由注释图元和基准图元组成。其中前者主要表现为尺寸标注、文字标注、荷载标注、符号等二维图元；后者表现为楼层柱网、标高、参考平面等，是构建项目场景的非物理项。图 3-2 是对 BIM 模型各类图元的分类：【1】

　　
　　3.1.2 BIM 的建模原则与安全管理

　　1、BIM 建模遵循的原则构建基于 IFC 标准的石化项目安全管理 BIM 基本架构，应该遵循一定的原则，这样才能保证信息的完整性和海量信息管理的有序性。具体原则分析如下：

　　（1）规范性原则根据全寿命周期安全管理的需求，对各阶段安全信息参数化处理后应进行分类编码，使信息规范有序地储存在数据系统中，减少数据冗余现象。

　　（2）信息唯一且一致原则模型中某一特定信息只需描述一次，且每条信息都赋予唯一编码，如居民的身份证号码，这样可以提高信息被引用时的准确性。油品储运装置 10 号设备 0#止回阀的编码可以表示为：S-J10-ZHF-000.如此每个元件按照图纸和设备结构进行编码，与元件相关的基本属性及信息可以对应到编码中，最终形成图元的数据库。同时，基于关联机制，当某条信息被系统修改时，其它相关信息会做出自动更新，从而保证信息的一致性[56].

　　（3）完备性原则集成项目全寿命周期不同阶段、各阶段不同专业间的所有与安全相关的要素信息，包括几何信息、属性信息和关系信息，依据 IFC 标准进行定义，并附属到对应编码中，构建起综合高效的 BIM 模型，保证其功能的完备性。

　　（4）信息集成原则BIM 模型的目标就是涵盖工程项目全寿命周期的所有信息，因此需要把不同来源的异构数据有序地集成到 BIM 模型的中央数据库中。参与各方能够通过各应用模块从中央数据库中获取各自所需要的信息[56].

　　（5）模块化及拓展性原则建模时，应根据涉及安全要素的不同，将模型系统分解成若干相互独立的子模块，注重子模块间的内聚性，减小耦合性和数据冗余。同时，充分利用互联网的优势，将空间上相互独立且分散的项目各方联系起来，实现系统安全信息的高度共享与重用，使 BIM 模型功能得到拓展。某石化项目的 BIM 模型模块结构见图 3-3.【2】

　　
　　2、BIM 的安全信息维分析基于 BIM 的安全管理模型是在 3 维 BIM 模型的基础上载入安全信息拓展而成的。参照 BIM 技术应用成果的称呼，可以将其表示为基于 BIM 的 3D+安全信息维模型。其中 3D 模型是基础信息模型，安全信息模型是在此基础上对项目全寿命周期的安全信息进行集成与扩展的结果。图 3-4 描述了模型安全维度的拓展过程。【3】

　　
　　依照此思路，构建基于 BIM 的安全管理模型首先需要建立 3D 基本模型，将项目相关的几何信息、属性信息和构件间关系信息集成起来，实现对项目的 3D 展示，并能对构件属性进行管理与查询。然后，将项目全寿命周期各阶段、各领域的与安全相关的要素信息基于 IFC 标准关联到基础模型。

　　运用 BIM 技术开展项目安全管理工作，应该把与全寿命周期不同阶段影响安全生产的要素依次找出，针对石化项目，需要把与项目相关的人、环境、运营设备、施工设施、管理、工艺技术等要素信息找出，分析其安全需求，梳理出关键因素，并对这些因素进行参数化处理，如把与油品储运装置安全状态相关的温度、压力、泄露量、容量等作为关键因素，将其转化为参数化指标。然后把这些指标参数按阶段分类添加到 BIM 模型中去，这样就可以构建起一个动态的安全信息集成、关联和共享平台，则能满足规划、设计、施工、中交验收、运营管理等全寿命周期各阶段的安全信息需求。