BIM技術(shù)是在1995年底由國際互協(xié)作組織IAI(Industry Alliance for Interoperability)利用自主編制的IFC(Industry Foundation Classes)建筑信息共享標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的利用開放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對工程主體進(jìn)行數(shù)字化形式表述模型^{[7, 8]}。在開創(chuàng)了土木工程領(lǐng)域工作全新技術(shù)理念的基礎(chǔ)上, 其目標(biāo)是在土木建筑全生命周期范圍內(nèi), 改變以往的工程專業(yè)協(xié)作模式、改善信息交流方式, 進(jìn)而提高效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本^{[9, 10]}。該技術(shù)的最終目標(biāo)是將工程建設(shè)中的各相關(guān)方通過一對多的協(xié)作模式轉(zhuǎn)化為一對一的高效工作模式(圖1)。

圖1

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	圖1 BIM技術(shù)最終目標(biāo)圖

BIM技術(shù)在國外的建設(shè)工程項目中已經(jīng)取得了不俗的成果。在部分歐美國家, 使用BIM技術(shù)的在建工程數(shù)量甚至超過了采用傳統(tǒng)方法建設(shè)的數(shù)量。該技術(shù)在成熟的工程體系和框架下可以實現(xiàn)“ 規(guī)劃— 設(shè)計— 施工— 運營” 整個生命周期的應(yīng)用, 其優(yōu)勢特點能夠解決傳統(tǒng)工作中的諸多復(fù)雜問題。

而BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段。從2003年我國引入該技術(shù)至今, 僅在北京、上海和香港等地的一些標(biāo)志性建筑工程的設(shè)計階段有了一定的應(yīng)用, 但其在設(shè)計消耗和成本控制上, 都已經(jīng)顯現(xiàn)出了良好的效果和優(yōu)勢。

目前, 國際上的大型LNG儲罐設(shè)計通常采用較成熟的API標(biāo)準(zhǔn)、EN歐洲標(biāo)準(zhǔn), 或日韓標(biāo)準(zhǔn)等。對于具有較高危險性的LNG產(chǎn)品存儲, 在儲罐設(shè)計時需要根據(jù)LNG特性做特殊的考慮和處理, 在施工過程必須嚴(yán)格控制容許偏差和材料使用。例如LNG全容儲罐, 其結(jié)構(gòu)密封性要求較高, 需采用內(nèi)、外罐兩層罐壁儲存結(jié)構(gòu); 內(nèi)罐需采用國際上廣泛使用的耐低溫鋼材(9%Ni鋼); 外罐采用雙層配筋的鋼筋混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu); 中間夾層中充填導(dǎo)熱系數(shù)較低的保溫材料。

LNG儲罐的設(shè)計使用年限均在50年以上, 生命周期長。因此, 在LNG儲罐的設(shè)計過程中一般要考慮地震災(zāi)害的影響, 并做出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強, 提高抗震能力。此外, 在儲罐操作運行的過程中會高頻率地進(jìn)行低溫LNG循環(huán)卸料和外輸, 在此過程中儲罐的管線系統(tǒng)將涉及復(fù)雜的人工和自動化操控; 同時儲罐將經(jīng)歷高、低溫循環(huán)和應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)變化等工況。此過程對儲罐整個生命周期的管理、操作控制和安全維護(hù)等有顯著的影響。

利用BIM技術(shù)可以在大型LNG儲罐的實體建造之前進(jìn)行虛擬工程設(shè)計。建立4D模型首先需要對罐體的3D建筑特征和結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行完整的搭建; 同時對應(yīng)罐體所有組成結(jié)構(gòu)單元的詳細(xì)材料屬性、設(shè)計信息、采辦信息和施工方法等全部數(shù)據(jù)。在整個LNG儲罐工程的過程中, 其資源配置和工程進(jìn)度都是動態(tài)變化的。嚴(yán)格按照施工工序進(jìn)行4D過程模擬, 可以對施工全過程有詳細(xì)的把握和控制, 從而對施工過程中可能發(fā)生的各種狀況進(jìn)行預(yù)判和提前計劃準(zhǔn)備, 極大地縮短工期、降低成本和提高質(zhì)量。其管理模式如表1所示。

表1 BIM技術(shù)在LNG儲罐生命周期中的應(yīng)用表 BIM技術(shù)在LNG儲罐生命周期中的應(yīng)用 規(guī)劃 設(shè)計 施工 運營 LNG全容儲罐BIM建模 地質(zhì)勘查             預(yù)可研分析               方案論證             可視化設(shè)計             協(xié)同設(shè)計             性能化分析             工程量統(tǒng)計           管線綜合             施工進(jìn)度模型             施工組織模擬             數(shù)字化建造             物料跟蹤             施工現(xiàn)場配合             施工模型交付維護(hù)計劃               資產(chǎn)管理             空間管理             系統(tǒng)分析             安全/災(zāi)害/應(yīng)急模擬

表1 BIM技術(shù)在LNG儲罐生命周期中的應(yīng)用表

在利用BIM技術(shù)對大型LNG儲罐的全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲管理的過程中, 工程中各個交叉銜接作業(yè)的信息資料也是相互關(guān)聯(lián)和調(diào)用的。因此, 在工程的4D虛擬設(shè)計過程中, 任意一個文件資料發(fā)生變更或調(diào)整, 其他相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息也會自動發(fā)生改變, 不會出現(xiàn)人工處理數(shù)據(jù)資料時, 因遺忘和疏忽而發(fā)生錯誤的現(xiàn)象。這也會明顯地縮短工程評估和預(yù)算的時間, 并提高準(zhǔn)確性。并且通過關(guān)聯(lián)更新可使整個工程的數(shù)據(jù)信息始終保持最新狀態(tài)。

當(dāng)大型LNG儲罐的虛擬工程體設(shè)計并建模完成以后, 利用BIM技術(shù)并結(jié)合相關(guān)工程分析方法, 可進(jìn)一步開展對工程體的高級分析, 如對LNG儲罐的保冷性能、節(jié)能環(huán)保性能和安全運營周期等進(jìn)行分析。所以, 可以借此對大型LNG儲罐的長期運營經(jīng)濟(jì)效益和社會效益做出較為準(zhǔn)確和全面的評價。

LNG儲罐的建設(shè)工藝非常繁瑣, 尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的全容儲罐更為突出。目前在國際上, 相關(guān)核心技術(shù)主要掌握在幾個從事LNG業(yè)務(wù)較早的企業(yè)手中, 如CBI、TGE、IHI等; 在國內(nèi), 已有幾家能源公司的技術(shù)部門掌握了LNG儲罐建造的核心技術(shù)。但各個公司之間都相對獨立, 很難實現(xiàn)信息共享, 這就使得該項技術(shù)在工程建設(shè)中很難讓其他公司很好地掌握, 因此就不能通過有效而又密切的配合來完成LNG儲罐的建設(shè), 并在此基礎(chǔ)上對該項技術(shù)不斷地完善和創(chuàng)新。

BIM技術(shù)的目標(biāo)就是工程的各個參建方能夠?qū)崿F(xiàn)信息完全共享并相互配合搭建一個完整的4D全模型。但受到知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等一系列條件的制約, 在當(dāng)前環(huán)境下, 很難將LNG儲罐建設(shè)時, 使用BIM技術(shù)牽涉到的利益問題全部妥善解決。

BIM技術(shù)實現(xiàn)的重要基礎(chǔ), 就是整個工程體的4D全模型必須在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系下進(jìn)行設(shè)計。目前建模方法中較為領(lǐng)先的是“ 分布式” BIM模型, 該方法實現(xiàn)目標(biāo)可能需要的模型包括:設(shè)計模型、施工模型、進(jìn)度模型、成本模型、制造模型、操作模型等。要求所有的模型必須遵從統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn), 才能實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的統(tǒng)一控制和管理。這在目前的LNG儲罐建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)還是一個難題, 仍需要行業(yè)內(nèi)從業(yè)者共同努力建立一個通用、可靠的規(guī)范。

在LNG儲罐建設(shè)中的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化主要包括兩個方面的內(nèi)容:①模型的標(biāo)準(zhǔn)化, 如材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn)等; ②模型數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化, 涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的管理、相互調(diào)用等。