王朝霞

中煤第五建設(shè)有限公司第三工程處 江蘇 徐州 221000

正文：

1 礦建施工項(xiàng)目BIM模型建立

1.1 礦建施工項(xiàng)目特點(diǎn)

礦井建設(shè)工程項(xiàng)目是一個(gè)系統(tǒng)工程，需開鑿大量的地下工程、建設(shè)地面建筑物，鋪設(shè)管線，安裝設(shè)備與器材，涉及礦建、土建、安裝三大類工程。地下工程又包括井筒、硐室、井底車場(chǎng)、大巷與采區(qū)巷道等單位工程施工，涉及鑿巖、打眼、爆破、掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸、提升、機(jī)電安裝等多道工序，需多工種、多部門協(xié)調(diào)與配合，屬于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

礦山建設(shè)工程與地面工程在確定空間中建實(shí)體不同，它是在一定的實(shí)體中尋求空間，施工環(huán)境與條件多變的不確定因素太多。受地下資源條件的限制，須以地下資源賦存情況、地質(zhì)構(gòu)造情況、地下水文、地理環(huán)境等綜合條件為建設(shè)依據(jù)。隨著工程的進(jìn)展地下水位、地壓分布、圍巖特性都在發(fā)生著變化，施工環(huán)境的變化導(dǎo)致施工方案隨之變化，信息獲取也隨著其它條件變化而動(dòng)態(tài)變化，“動(dòng)態(tài)-變化”是礦山工程另一特點(diǎn)。

BIM 技術(shù)為建筑行業(yè)帶來的種種優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于地下礦山建設(shè)工程將促進(jìn)礦建行業(yè)加快項(xiàng)目管理信息化、提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本，提升生產(chǎn)效率。

1.2 礦建施工項(xiàng)目BIM模型內(nèi)容

礦井建設(shè)工程BIM模型需完成的工作包括施工場(chǎng)地設(shè)施布置、礦井掘砌施工設(shè)備布置、井巷工程模型建立、礦井穿過的地質(zhì)模型、煤田地質(zhì)分布模型、配套生活設(shè)施展等，涉及建筑、鋼結(jié)構(gòu)、給排水、供電、機(jī)械、通風(fēng)、地質(zhì)、水文、機(jī)電等專業(yè)領(lǐng)域。

1.3 礦建BIM建模工作平臺(tái)

BIM建模核心工具是建模軟件，平臺(tái)軟件可選擇的很多，BIM界普遍應(yīng)用的軟件平臺(tái)是A（Autodesk）、B（Bentley） 、D（Dassault）格局。但目前平臺(tái)各有所長，沒有哪一軟件平臺(tái)能夠涵蓋所有領(lǐng)域。 Revit 具有成熟且資源充足模型庫，開發(fā)的特色應(yīng)用插件也很靈活好用，在建筑、市政領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。Bentely在工廠設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有著無可抗?fàn)幍膬?yōu)勢(shì)，在解決非標(biāo)工業(yè)性場(chǎng)合、地理信息系統(tǒng)、處理點(diǎn)云的能力上，一馬當(dāng)先獨(dú)樹一幟。但其復(fù)雜的操作界面為軟件的應(yīng)用設(shè)置了障礙。Dassault 公司的CATIA 是全球最高端的機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，從OEM(貫穿供應(yīng)鏈)直到小型獨(dú)立生產(chǎn)商。在工程建筑行業(yè)無論是對(duì)復(fù)雜形體還是超大規(guī)模建筑建模能力，都比傳統(tǒng)的建筑類軟件有優(yōu)勢(shì)。因其是針對(duì)機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用的軟件，與建設(shè)行業(yè)的項(xiàng)目特點(diǎn)與人員特點(diǎn)的對(duì)接成為其不足之處。

1.4 礦建項(xiàng)目BIM建模工作難點(diǎn)

1）、沒有專業(yè)級(jí)平臺(tái)軟件

礦建項(xiàng)目BIM建模工作不論選擇哪款平臺(tái)軟件，都無法象REVIT軟件應(yīng)用于房建項(xiàng)目一樣有成型規(guī)范的族與構(gòu)建庫可用。對(duì)于礦建項(xiàng)目來說都必須利用軟件中的自開發(fā)工具，建立模型所需的礦建基本構(gòu)件族庫。針對(duì)不同專業(yè)適用的軟件有所不同，這為模型的整合及數(shù)據(jù)傳遞帶來難度。

2）、礦建項(xiàng)目涉及領(lǐng)域多專業(yè)組成復(fù)雜

礦建項(xiàng)目需搭建多專業(yè)、多領(lǐng)域的BIM 應(yīng)用體系。建模工作內(nèi)容涵蓋民用建筑、工業(yè)建筑、礦井建設(shè)、地質(zhì)勘察、鐵路建設(shè)等領(lǐng)域，涉及建筑、采礦、機(jī)械設(shè)備、水文地質(zhì)、化工管道、水、暖通、供電等專業(yè)。

3）、基礎(chǔ)族庫建模工作量大

由于工作標(biāo)準(zhǔn)不同、行業(yè)涉及構(gòu)件不同，在建模過程中很多構(gòu)件需大量定制。以BIM模型的精度LOD300標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算統(tǒng)計(jì)，建立一個(gè)立井井筒施工模型，且將施工設(shè)備模型設(shè)為LOD200標(biāo)準(zhǔn)，其構(gòu)件總數(shù)在2萬左右。因構(gòu)件本身多為異形的特點(diǎn)，很多構(gòu)件無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，模型的復(fù)用性差。這樣一個(gè)工作量，又需多專業(yè)協(xié)同工作，如果不能統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)安排，就無法合理布置保質(zhì)高效順利完成工作。

4）、族構(gòu)建過程的合理性關(guān)系到組合模型的質(zhì)量

大型嵌套族構(gòu)建過程布置的不合理性，會(huì)增加模型體量，人為擴(kuò)大冗余數(shù)據(jù)量，為后期從模型中提取數(shù)據(jù)、模擬協(xié)調(diào)等工作帶來負(fù)擔(dān)，科學(xué)高效的建模組織工作可以事半功倍！

2 WBS在礦井建設(shè)項(xiàng)目BIM建模中的應(yīng)用

WBS：工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Structure） 是項(xiàng)目管理重要的專業(yè)工具之一是組織項(xiàng)目實(shí)施的工作依據(jù)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目管理工作起著綱領(lǐng)性的作用。它以可交付成果為導(dǎo)向?qū)?xiàng)目要素進(jìn)行的分組，歸納和定義了項(xiàng)目的整個(gè)工作范圍，清晰地展示了項(xiàng)目各工作之間相互聯(lián)系。WBS每下降一層代表對(duì)項(xiàng)目工作的更詳細(xì)定義。運(yùn)用WBS法，可以讓我們的工作架構(gòu)更加清晰，分解任務(wù)更加到位，任務(wù)落實(shí)更加高效，執(zhí)行操作更加優(yōu)質(zhì)。

基本程序：①熟悉項(xiàng)目，詳解范圍說明書（ScopeStatement）或工作說明書（StatementofWok，承包子項(xiàng)目時(shí)）。②召集有關(guān)人員，確定分解方式，將項(xiàng)目分解成單個(gè)定義且任務(wù)范圍明確的子項(xiàng)目。③分析每個(gè)子項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)規(guī)則與工作特點(diǎn)，完成其所需的活動(dòng)，以做進(jìn)一步的分解。④確定分解結(jié)構(gòu)工作包的詳細(xì)程度是否已經(jīng)達(dá)到可以對(duì)該工作包進(jìn)行估算（成本和歷時(shí)）、安排進(jìn)度、做出預(yù)算等。⑤分析、判斷分解的完整性及適用性，并進(jìn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。⑥用系統(tǒng)規(guī)則將項(xiàng)目單元分組，畫出WBS的層次結(jié)構(gòu)圖。⑦建立結(jié)構(gòu)編碼規(guī)則，對(duì)項(xiàng)目分解結(jié)果進(jìn)行編碼。

2.1 礦井建設(shè)項(xiàng)目的層次結(jié)構(gòu)

在礦井建設(shè)項(xiàng)目施工中WBS層次結(jié)構(gòu)屬于計(jì)劃邏輯，BIM建模屬于圖形邏輯，二者面對(duì)的是同一工程項(xiàng)目，故二者之間具有相容、共通性。

2.2 礦井建設(shè)WBS分解

以某礦山立井建設(shè)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目采用一次設(shè)計(jì)、一次建設(shè)的方式。工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)計(jì)三個(gè)立井井筒，單水平盤區(qū)開拓，地下暗斜井延伸。地面建有主井井塔、副井井架、地面110kV變電所、鍋爐房、采區(qū)辦公、生活福利及食堂聯(lián)合建筑等生活及生產(chǎn)設(shè)施展，配套建有“工企”Ⅰ級(jí)鐵路一條。

該項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）以功能化與結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的方式進(jìn)行分解，包含了項(xiàng)目實(shí)施過程的全部工作。一級(jí)分解主要有地下工程、地面工程、鐵路、設(shè)備安裝四大部分；地下工程是項(xiàng)目的核心，從總體上分為主、副、風(fēng)井、東翼及西翼，再依結(jié)構(gòu)及功能逐級(jí)向下分解，地面工程及設(shè)備安裝工程都以此為基準(zhǔn)開展，見圖1：

圖1 礦井建設(shè)WBS分解 二級(jí)

2.3 立井項(xiàng)目施工BIM模型

立井項(xiàng)目是礦山建設(shè)的首要工程，也是關(guān)鍵線路工程。該立井BIM建模一級(jí)分解主要有施工布置、井筒掘砌施工、地質(zhì)模型三大部分見圖2；施工布置是項(xiàng)目實(shí)施必備的工作條件，立井掘砌工程是項(xiàng)目的核心，各工作依WBS結(jié)構(gòu)及功能逐級(jí)向下分解，BIM建模工作依此開展見圖3：

圖2 副立井建設(shè)WBS分解模型（一級(jí)-三級(jí)）

圖3 副立井建設(shè)WBS分解模型（四級(jí)）

2.4 立井項(xiàng)目施工BIM模型成果

通過WBS 分解，整個(gè)礦山立井施工項(xiàng)目BIM建模工作模塊一目了然。操作者及管理者都確立明確的工作范圍和管理目標(biāo)，無序的工作有序化，復(fù)雜龐大的管理簡單化，整個(gè)建模過程中的任務(wù)清晰有序。BIM模型建立則可從最低層最小工作包開始創(chuàng)建基本族元素。礦建模型的精準(zhǔn)建立為項(xiàng)目施工方案三維可視化，動(dòng)畫演示，施工模擬、碰撞檢測(cè)、安全分析等后期技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。

圖4 礦山立井建設(shè)施工布置BIM模型 （施工布置）

表1 礦山立井建設(shè)施工布置BIM模型-------封口盤構(gòu)件

依據(jù)WBS分解最低層級(jí)構(gòu)建的族是構(gòu)成礦井BIM模型的基本單元，審核達(dá)標(biāo)后按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行命名，統(tǒng)合到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)族庫，建立BIM建模標(biāo)準(zhǔn)流程，實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)。

3 WBS在礦井建設(shè)工程BIM建模中的其它應(yīng)用及展望

WBS項(xiàng)目管理工具應(yīng)用于礦建工程BIM建模工作中，不僅提高建模的工作效率，還為BIM其他工作的開展奠定基礎(chǔ)。

3.1 項(xiàng)目組織分工的依據(jù)

使用WBS規(guī)劃BIM模型可交付成果的同時(shí)，項(xiàng)目組聯(lián)合使用組織分解結(jié)構(gòu)（OBS）安排布置工作并形成責(zé)任分配矩陣。使建模工作的組織與操作嚴(yán)格按照工作流程、工作標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)作制度高效進(jìn)行。

3.2 實(shí)現(xiàn)智能建造、裝配建筑

智能建造的重點(diǎn)在于建造技術(shù)，BIM 技術(shù)植根于建造技術(shù)，又推動(dòng)建造技術(shù)的再發(fā)展。 WBS 作為項(xiàng)目的綜合工具，每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)就是建造過程的基本方法與工藝，是建造技術(shù)的體現(xiàn)，也是智能建造的落腳點(diǎn)，更是BIM 系統(tǒng)的基本組件。

3.3 精確造價(jià)

BIM技術(shù)直接用工程部件對(duì)象來表達(dá)工程構(gòu)件，這為工程構(gòu)件造價(jià)數(shù)據(jù)與BIM對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)提供了數(shù)據(jù)關(guān)系，以工程實(shí)體為單位進(jìn)行WBS分解使以BIM模型為基礎(chǔ)深入開展的精準(zhǔn)造價(jià)成為可能。精確的成本與進(jìn)度管理，為自下而上的拉動(dòng)式管理、浪費(fèi)最小化而價(jià)值最大化的精益管理奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

BIM模型是一個(gè)具有大量真實(shí)信息的三維模型。在設(shè)計(jì)和施工階段的初期，匯集大量的信息，有助于后期的運(yùn)行維護(hù)管理。運(yùn)行維護(hù)單元可以直接利用施工階段的BIM模型，基于此模型，可以增加可視化設(shè)備、人員定位設(shè)備、瓦斯檢測(cè)設(shè)備、機(jī)械設(shè)備和操作設(shè)備監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦山可視化。礦建三維BIM模型的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)主的數(shù)字化交付，實(shí)現(xiàn)礦山建設(shè)全壽命周期管理！