BIM技術的應用如何助力日用化工行業實現數字化轉型

儲可新 袁 路 崔 洋

中國中輕國際工程有限公司，北京，100022

1 引言

隨著信息技術的迅速發展，數字化轉型已經成為各個行業的發展趨勢，各行業都在嘗試實現數字化管理以促進企業的數字化轉型工作，日用化工領域也不例外。在傳統的日用化工工程建設中，由于信息孤立、協作不暢和數據重復輸入等問題，往往導致工程效率低下、質量難以保障、成本居高不下。然而，BIM作為一種全新的數字化技術，已經在建筑和工程領域引起了革命性的變化。它不僅僅是一種工具，更是一種全新的方法論，通過數字化的方式重新定義了工程設計、建設和管理的方式。BIM技術通過創建高度精確的三維模型，整合了項目的多個方面，包括建筑、結構、設備、材料和工程進度，以實現項目的全生命周期管理。因此，BIM技術的出現為日用化工行業帶來了嶄新的機遇。本文將重點探討BIM技術在日用化工領域能起到哪些作用進而促進企業實現數字化轉型。

2 BIM技術在施工階段的應用

2.1 數字化造價管理

中共中央國務院2021年發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》相繼發布，這宣告了碳達峰、碳中和等低碳減排的政策體系正式確立，也為日用化工行業創造了風口發展期。為了有效利用資源以實現低碳減排，更為保障投資安全性，日化項目最直接的優化管理方式就是對投資估算、設計概算、工程預算、竣工結算等全過程進行數字化造價管理。

傳統造價管理方式存在局限性，許多管理工作都屬于事后管控，而事后管控多是干預和結果調整，所以并不利于企業發展，企業也因此無法做到高效控制，最終數據難以真實反映實際情況。

而數字化造價管理應用BIM、云計算、物聯網等數字技術，可有效引領建設領域的造價管理轉型升級，實現造價管理價值鏈的全要素、全過程的智能化和系統化，做到工程造價全業務流程數字化。

首先，BIM模型能為建設工程的監理方、設計方等各方提供直觀的信息，減少信息屏蔽，提高管理有效性；其次，BIM模型成果具備檢測功能，可真實檢測出建設項目過程中將會出現的沖突與矛盾，能讓工作人員及時解決問題，避免資源大量浪費造成的預算不可控；再次，BIM模型能夠對工程的施工方案進行驗證，明確方案可行性。這樣通過BIM模型將建設方、設計方、監理方、施工方等，歸結成一個核心為信息共享的無壁壘利益共同體，在BIM模型內細致到每一個構件的透明數據下，各方互相交流、合作，共同商議，能更好地減少各方的矛盾，享受資源，最終實現多方共贏。

2.2 施工過程優化

在建設階段，BIM技術的應用主要集中在優化施工過程和協助實現精細化管控。傳統的施工過程中，很多問題往往是在現場才被發現，這會導致工程延誤，支付額外的成本。但通過BIM技術，施工團隊可以在計算機模擬的環境下進行虛擬施工，模擬真實施工過程中的各個細節，包括工序安排、物料搬運、機械操作等。這樣一來，施工團隊可以提前預知潛在的沖突和問題，并做出相應調整，從而避免了在現場才發現的不必要麻煩。

日化行業的日常生產需要用到眾多大型設備，現以設備吊裝舉一個簡單例子：在傳統的施工中，吊裝設備是一個復雜而危險的任務，需要施工團隊精確規劃和協調。而采用BIM技術，施工團隊可以在虛擬環境中創建三維模型（圖1），并模擬不同的吊裝方案。通過模擬，施工方可以提前識別潛在的問題，如吊裝過程中可能出現的碰撞點、設備與周圍結構的干涉等，還可以通過模型查看吊裝路徑、角度，以確保吊裝過程的安全和準確性。

圖1 吊裝模擬

例如某場地有限，大型設備、構件較多且當地吊車資源稀缺的項目，這種條件下傳統吊裝方案很有可能出現吊裝事故，因此對安全技術規范把握的準確性就是吊裝安全性的關鍵。此時應用BIM技術進行實施作業前的吊裝模擬，則可精確定位吊車站位尺寸及吊裝路徑。

（1）參數化吊機模型建立：應用BIM工具，通過拉伸、融合、旋轉、放樣等功能創建吊機實例模型；將臂桿長度、角度等關鍵參數與所創建的吊機實體構件部分進行關聯以進行各項參數的調整；賦予所創建實體模型相應材質以提升觀感，使模擬成果更貼近實際作業場景。

（2）確定吊車站位區域：根據設備或構件最遠吊裝位置，以吊車性能所示的吊車臂長及最大吊裝重量，確定最大作業半徑。吊車運動區域與作業半徑重合區域即為吊車站位區域。

（3）定位吊車站位點：通過以往數據及經驗積累，在已確定的作業區域內以圓錐碰撞法的方式，利用BIM的全視角三維視圖觀測吊車與項目整體框架的碰撞情況。首先排除可視碰撞點，而后再用BIM工具進行機器碰撞計算，徹底排除隱藏碰撞點。若有碰撞，則調整臂桿運動軌跡以避免碰撞；若無法避免碰撞，則調整吊車站位進行再次模擬，直至避免全部碰撞并確定吊車站位點。

這種利用BIM技術模擬吊裝過程的方法使得設備安裝過程更加高效和安全。通過提前模擬，施工方能夠減少人為錯誤和風險，避免可能的事故和施工延期，不僅提升了工程質量，還節省了時間和資源，杜絕了安全隱患，為整個工廠的施工過程帶來了實質性的好處。

2.3 施工管控的改進

在施工過程優化的同時，BIM技術的應用也可以使得施工管控更加精準和高效。施工方能通過BIM技術實時把控工程進度，并將實際進度反饋到模型中與計劃進度進行比對和分析。項目管理人員可以及時了解工程的進展情況，并做出相應的調整和安排。

例如在某日化生產廠的施工過程中，BIM技術可以通過計算預定好材料日消耗量，并與應用三維可視化的施工進度計劃應用相關聯，幫助施工團隊準確掌握材料的消耗情況（圖2）。另外，通過直觀的模型變化及模型數據中記錄材料的進出和使用情況，施工團隊可以實時掌握材料的庫存和消耗情況。這就使得施工過程中的材料管控更加精細和高效，避免材料短缺和浪費。

圖2 基于BIM的施工管理界面

2.4 物資管理

物資管理是施工項目管理相當重要的組成部分，其關系到項目的成本、質量和進度三大目標的實現。將BIM的三維可視性結合時間維度和成本形成五維BIM，既可以實現施工裝置分區管理，又能做到將工程項目所有構件的各項實際參數進行集成加載。根據施工裝置的分區、進度計劃、標段、樓層和構件參數等，施工企業能夠制訂精準的物資需求計劃和采購計劃表，具體到單項工程、單位工程和分項工程。結合工程實際進度和需求，采購適量的物資，減少物資采購不足、過度或不及時造成的施工質量和安全問題。同時，參照限額領料單據，有效管控物資發放，做到不超發，節約施工成本。與此同時，BIM 5D技術還能根據實際空間和施工計劃的參照，合理指導物資堆放，避免物資二次搬運成本，減少保存不當造成的材料損耗率，如鋼材氧化變質、水泥受潮降效等。

綜上所述，BIM技術在日化領域的施工階段應用將帶來諸多優勢。通過參考資料可查的眾多其他各行業實際應用BIM技術實施工程的案例，可以看到BIM技術在建設工作的實施中確實優化了決策和施工過程。將日化行業技術密集、附加值高、品種繁多和多學科交叉特點與其他行業應用BIM技術產生的共性優勢，如提高效率、降低成本和增強質量相結合，其實不難總結出：提高效率即可視作變相再提高產品的附加值；增強質量能夠使品種繁多、多學科交叉的日化產品安全性與穩定性得到有效提高；降低成本、提高資源利用率則能將技術密集的日化產品生產設備和空間在進行最優布置的同時減少資源浪費、低碳減排，促進可持續性，在當下最重要的企業發展道路上為日化企業博得更多優勢。

3 BIM技術在運營維護階段的應用

美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）研究報告顯示，每年因計算機輔助設計、工程設計和軟件系統中的操作性不夠充分而造成的損失高達158億美元，而業主和運營商在持續設施運營和維護方面消耗的成本幾乎占總成本的三分之二。美國建筑師協會（American Institute of Architects，AIA）正在考慮如何修改其合同文件，以規范建筑信息模型的遷出流程。實施一種協議結構，以便使其代表的建筑信息模型和知識產權可以自然地從建筑師過渡到業主或運營商，從而使用更有效的數據管理建筑運營維護[1]。

目前，國內外已開始研究BIM在建筑運營維護（后文簡稱運維）階段的運用。將BIM模型與傳統運維管理系統相結合，可將BIM模型中存儲的大量建筑相關信息，如設施幾何形狀、材料耐火等級和傳熱系數、構件造價和采購等數字信息用于運維管理系統，克服傳統的二維運維系統過程抽象的缺點，實現對建筑物的三維可視化運營維護管理[2]。

3.1 運維管理的數字化轉型

傳統運維管理常依賴于手工記錄和經驗積累，不僅耗時耗力，而且容易出現錯誤。BIM技術的應用在運維階段可以為傳統方式帶來數字化轉變。運維人員可以通過BIM技術將實際工程與建筑信息模型對接，實現數據的傳輸和管理。這使得運維數據可以實時、準確地輸入到數字化模型中，形成直觀且全面的一體化運維管理系統。

在某母嬰洗護用品公司的運維實踐中，BIM技術為運維團隊提供了數字化的設備管理平臺。通過BIM模型，運維管理人員可以查看設備的實時運行狀態、維護記錄及維修情況。同時，還通過技術手段將設備的二維碼或射頻識別（radio frequency identification，RFID）標簽與BIM模型中的構件形成對接，這樣就能通過掃描二維碼或RFID標簽來直接獲取設備的詳細信息。這種數字化管理方式大大提高了運維效率和準確性。

以上只是個簡單的例子，從更高層面來講，將物聯網、云技術、RFID、移動終端等結合起來應用基于三維展示平臺的運維系統，不但能為建筑物實現三維可視化信息模型管理，使空間信息與實時數據融為一體，更為建筑物的所有構件和設施賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物運營維護提升到智慧建筑的全新高度[3]。

通過結合BIM技術與各種高新科技，基于三維展示平臺的運維系統能為建筑物管理帶來革命性的變化。這種智慧化的解決方案不僅能提升運維管理的水平，還為未來建筑物的發展奠定了堅實的基礎。

基于BIM的數字化運維管理轉變方面將常規的運維管理系統與BIM模型相結合，再通過數據庫映射，以更具象化和直觀的方式加以實現。在實際應用中，其基本功能應至少包含以下六個方面。

（1）數據監控：基于BIM模型的可視化，實現對設備的查找、查看和定位功能的集成。通過系統能快速查找并定位建筑中各設施的準確位置，直觀地展示設施的運行狀態，并查詢設施的歷史運行數據，甚至碳排放的動態數據。讓管理者對設施的運行情況有全面了解的同時，對數據出現異常趨勢的設施能進行自動預警和提示維護，進而預防事故發生，提高設施的可靠性和安全性，同時促進低碳減排的實施。

（2）維護計劃：在建筑物的使用過程中，每個構件和設施都需要定期維護和管理以確保建筑物的正常運行和延長其使用壽命。通過將BIM模型與運維系統結合，能夠充分發揮兩者優勢，運用模型的空間快速定位和系統準確且及時的數據記錄功能，協助運維人員完成更合理的維護方案，從而提高維護效率、減少潛在問題。

（3）資產管理：運維管理水平的提升需要一套有序的資產管理系統與之配合。而通過引入BIM技術，將所需的資產信息加載到對應構件上的同時再與RFID的資產標簽芯片相結合（圖3），既可以大幅降低資產管理系統初始化的數據準備，又可以在建筑物中快速查詢定位一切相關資產的參數信息，減少人力的投入。

圖3 設備資產與RFID結合

（4）環境分析：通過傳感器的連接獲取建筑物內各空間的環境指標數據，將數據抓取到基于BIM的運維管理平臺上展示，可以直觀地了解建筑空間的各種環境指標。后續通過開發能耗管控模塊，更可以對各空間的能源使用狀況進行自動統計、分析，并加以管控。

（5）空間管理：想要有效管理空間資源，使空間資源發揮出最大的利用率，抽象的數據和平面的顯示都很難表達清晰，只有將建筑設備和空間信息結合BIM技術來實現更好的管控。BIM技術的可視化特性讓空間資源的管理變得直觀形象。通過BIM模型，可以直觀地定位和查找各個系統和設備的位置信息。運維人員可以在虛擬環境中輕松找到需要的空間資源，無須費時費力地在實地搜索，從而提高了定位和查找的效率。

（6）應急管理：應用BIM技術配合相應的災害分析模擬軟件來進行人員疏散、應急救援預案的模擬，可在災害發生前進行各類災害發生的過程模擬且不會占用真實的人力物力。而將基于BIM的運維系統與樓宇自動化系統打通，當災害發生時，可以及時獲取建筑物和設施的當前狀態信息，直觀地展示各應急設施是否正常啟動，疏散通道是否因突發情況導致被堵塞，大幅提高應急行動的成效。

3.2 建立運維數據庫實現平臺管理優化

通過BIM技術，日化領域在工程建設的過程中就可提前布局，后期建立全面的運維數據庫，實現平臺數字化管理和優化。在某化工廠的運維實踐中，運維人員將BIM技術與物聯網技術相結合，讓各類傳感器和監控設備的數據與數據庫相連的同時映射至BIM模型相對應構件上，實現了設備的遠程監控、數據采集和可視化數據集成。通過查看可視化的具體設施，運維人員就可以快速得到所需的信息，并根據設施的運行情況和維護記錄，制訂并實施更科學合理的設施維護計劃。如重中之重的安全維護：乙氧基化反應溫度經傳感器數據傳輸至數據庫，通過借鑒其他工廠的安全數據及理論安全值，系統進行預判式的預警及控制，同時全過程映射在基于BIM的運維管理界面上，工作人員一眼便可看到是廠區哪個車間、哪個區域、哪臺設備進入或即將進入預警范圍，并做出快速處理，避免反應溫度超過185 ℃導致劇烈反應，發生爆炸危險。此外，基于BIM的運維管理平臺在結合物聯網技術后，數據庫可通過以往數據積累以及大數據收集，計算出最佳的進料比和換熱比并實時將其狀態映射至三維模型界面的對應設備構件上以不同顏色加載數值顯示，以此直觀地顯示狀態，使工作人員能準確地掌握、控制每一臺設備的最優反應效率，在保障安全性、穩定性的同時提高每一臺設備的生產反應效率。

另外，運維團隊還可以將運維數據庫與企業資源計劃（enterprise resource planning，ERP）系統對接，實現運維與生產、物流、采購等部門的無縫對接。通過ERP系統，運維團隊可以實時了解生產進度和物料消耗情況，從而更好地調配人員和物資，提高運維效率和資源利用率（圖4）。

圖4 基于BIM的運維管理平臺與ERP系統數據共享

如何將BIM模型與運維平臺集成，簡單來講分為以下幾個步驟。

3.2.1 運維數據庫與BIM模型的連接

運維數據庫是工廠進行設備管理和運維工作的核心系統，它記錄了設備的運行狀態、維護記錄、維修情況等重要信息。在BIM模型中，要實現與運維數據庫的連接，需要建立數據接口，使得兩者之間能夠實現數據的傳輸和共享。

（1）建立數據接口：數據接口是連接運維數據庫與BIM模型的橋梁。在數字模型與數據庫連接時，通常會采用開放式數據接口，如應用程序編程接口（application programming interface，API）等來實現BIM模型與運維數據庫的實時數據同步。

（2）數據庫數據的映射：在建立數據接口的基礎上，需要對數據庫中的數據進行映射，將數據庫中的數據與BIM模型中的相應構件進行關聯。這需要確保數據庫中的數據字段與BIM模型中的組件屬性相匹配，以實現數據的準確傳輸和映射。

（3）數據庫權限管理：連接運維數據庫與BIM模型時，要考慮數據的權限管理，確保數據的安全和保密性。

3.2.2 數據的探測和抓取

在BIM模型與運維數據庫成功連接后，需要對設備的運行數據進行實時探測和抓取，以保證數據的準確性和及時性。

為了實現數據的實時探測，可以在設備中安裝傳感器。傳感器可以監測設備的溫度、壓力、振動等參數，感知設備的整體運行狀態和性能，并將采集到的數據經過信號處理后通過數據采集器傳輸到運維數據庫。

在運維數據庫中，數據會被抓取并存儲在相應的數據表中。這些數據表會按照設備的不同屬性進行分類，以便運維人員能夠快速查找和分析數據。

3.2.3 數據的反應與分析

在運維階段，數據的反應和分析是非常重要的。通過對設備運行數據的反應和分析，運維人員可以及時發現設備的異常和問題，并采取合理的措施進行處理，避免突發狀況。

（1）實時監測：運維數據庫中存儲的數據通過映射反映到BIM模型中進行實時監測。運維人員可以通過模型，掌握任何位置設備的運行狀態，如溫度、壓力等參數。若設備出現異常，BIM模型會顯示相應位置的警告信息，提醒運維人員注意。

（2）數據分析：運維數據庫中的數據可以通過數據分析工具進行進一步的處理和分析。數據分析工具可以根據設備的運行數據，進行趨勢分析、異常檢測等，幫助運維人員更深入地了解設備的運行狀況。

3.2.4 數據的總結和歸納

在運維階段，大量的數據會被傳輸到運維數據庫并映射到BIM模型中。為了更好地利用這些數據，需要對數據進行總結和歸納，提取有價值的信息和規律。

（1）報表生成：運維數據庫可以根據設定的時間間隔，生成相應的數據報表。報表中包含設備的運行數據、維護記錄和故障情況等信息。這些報表可以與BIM模型對應設備或空間進行綁定，當需要查看時，直接點擊對應設備或區域即可直接調取，幫助運維人員更快更全面地了解設備的運行狀況，及時發現問題。

（2）統計分析：通過對運維數據庫中的數據進行統計分析，可以得出一些重要的運維指標。例如，運維人員可以通過統計設備的故障率、維護周期等指標，評估設備的運行可靠性和穩定性。

（3）數據挖掘：通過數據挖掘技術，可以挖掘出隱藏在大量數據中的有用信息，總結設備運行的規律和趨勢，更合理地制訂設備優化和改進方案。

4 結論

BIM技術作為一種數字化轉型的輔助工具，在各工程建設領域中的應用都能使得設計、施工和運維等各個環節之間實現信息共享和無縫對接。設計團隊可將數字化的建筑信息模型傳遞給施工團隊，施工團隊在施工過程中反饋實際數據到模型中，而運維團隊又可以利用這些數據對設備進行監控和管理，形成了一張數字化的工程信息傳遞網絡，極大提高了信息流動的效率和準確性。

重點值得一提的是，BIM技術在運維階段的應用能為各類企業行業帶來更多的便利。日用化工企業也不例外，通過對運維數據庫的持續更新和優化，工廠可以實現設備的智能化管理，極大限度地提高安全風險的預防效率，將防患于未然實現于“目光”之內。

如今在生產建設中，重中之重是安全和環保。三維數字化BIM技術的應用能為日用化工企業的安全建設和建設單位的低碳減排、環境保護帶來促進作用，通過可視化和預防安全風險、優化安全培訓和演練、加強事故應急和救援響應均可以提供應用方向，幫助企業實現對日用化工產品的安全生產，對建筑和設備的全生命周期管理。在低碳減排和環境保護方面，通過節能環保設計的優化、建筑材料和資源的優化利用、綠色建筑的推廣、環境影響評估和管理，以及施工過程的優化和減排，BIM技術也能給建設單位提供更好的對比和模擬措施。

綜上所述，日用化工行業若能積極推動BIM技術的應用，并在更多的領域與其他信息技術相結合，充分發揮BIM技術各方面的優勢，則可以不斷提升相關企業的行業競爭力和可持續發展水平，為整個日化行業實現更全面、高效的數字化轉型提供有力支撐。