BIM技术在中国石油科技创新基地北京石油机械厂搬迁改造项目中的应用

摘要：该项目设计积极采用”五新”技术和推广”智慧工厂设计”、”绿色工厂”的设计理念,将BIM技术应用于工业设计、建筑、结构专业设计及综合管线专业设计中，旨在打造一个科技含量一流的石油钻采装备制造基地。

一、项目背景：

1.项目名称：石油机械厂搬迁改造项目中的应用

2.设计单位：机械工业第六设计研究院有限公司

机械工业第六设计研究院有限公司（简称“中机六院”）创建于1951年，是我国最早成立的、影响广泛的设计单位之一，是全国勘察设计行业综合实力百强单位，隶属于中央大型企业集团——中国机械工业集团有限公司。2007年通过了ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系、GB/T28001职业健康安全管理体系“三标一体化”认证。机械工业第六设计研究院有限公司是国内机床工具和无机非金属材料两个行业唯一的专业设计院。是烟草、铸造、重矿、工程机械、民用建筑五大行业设计强院，在大型工厂和园区规划、企业生产流程再造、高难度结构、暖通空调、工业除尘、信息智能化、绿色建筑、市政和环境工程等许多方面具有国内一流的工程技术，同时也是国家绿色工业建筑标准的主编单位。

3.相关软件应用

Autodesk Revit

Autodesk Navisworks

Autodesk Ecotect Analysis

Autodesk Showcase

Autodesk Project Vasari

Autodesk SimulationCFD

AutoCAD

北京石油机械厂搬迁改造图项目鸟瞰

二、正文

项目概况：

北京石油机械厂始建于1955年，隶属于中国石油天然气集团公司钻井工程技术研究院，是集开发、设计、制造、销售、服务为一体的现代化石油钻采装备的专业制造企业。

北京石油机械厂新厂位于北京市昌平区国家工程技术创新基地东北部，占地面积约11.77万平方米，总建筑面积7.35万平方米，是集科技创新、研究实验、成果转化为一体，面向国内外石油勘探开发市场，以钻井尖端技术为先导，打造”资源充分共享，生产能力合理，配套设施齐全，厂区环境优美”的科研成果转化基地。

新厂投产后将实现年产80套顶驱装置、60套钻井随钻仪器系列、2500套螺杆钻具系列、500套地面防喷器控制装置系列、1000套震击器和减震器系列、300套单螺杆抽油泵系列、及配套的300套螺杆泵地面驱动装置、10套顶驱下套管装置、2套随钻仪器用井下发电机等各类产品4472台套，达产年实现销售收入19.4亿元。

该项目设计积极采用”五新”技术和推广”智慧工厂设计”、”绿色工厂”的设计理念，通过项目建设，实现北京石油机械厂和钻井院新产品的快速转化和专业化生产，提高产品生产效率，提高产品质量，形成一个科技含量一流的石油钻采装备制造基地。

项目难点

1、生产环境

厂区生产物流科学合理是工厂园区布局的关键。厂区风环境及声环境的影响、车间噪声以及烟尘处理，是保障建筑与自然的和谐共生，以及建筑使用空间的健康、适用、高效的关键。这些生产环境方案的合理性都需要通过BIM技术进行优化。

2、工艺流程

该项目的设计目标为新型数字化工厂，工艺特点为”多品种、小批量”生产，生产空间局限且工艺复杂，对其生产系统的柔性、先进性、和高效性提出更高要求。为降低建造风险，优化铸造厂的车间设计和生产组织，必须应用BIM技术和仿真技术对铸造生产过程进行仿真研究。通过虚拟试生产过程，找出生产流程中的薄弱环节，提出优化车间设计和生产组织的方案。

3、项目实施组织

机械工业第六设计研究院有限公司和宁夏共享装备有限公司为推进”多品种、小批量”铸造生产向着智能化、绿色化方向发展，联合研制数字化铸造车间系统，突破测控装置与关键零部件在”多品种、小批量”生产的应用技术，推动智能制造的创新发展，促进其推广应用和产业化，为我国铸造行业转型升级提供示范作用。

为实现这一项目目标，项目采用了BIM技术，并制定详细的实施计划。中机六院采用一台中心服务器和多台本地服务器进行Autodesk RevitServer的署，将中心文件迁移到中心服务器，对数据进行备份和管理，提高了数据同步速度，实现了基于服务器的工作工序。基于BIM的AutodeskSimulation平台，实现了建模与仿真的无缝连接，提升和完善了工程设计工具，推动了建设领域的精细化建造。

项目BIM设计及应用

1、工艺设计

数字化铸造车间由模样工部、造型工部、熔炼工部、精整工部、通风除尘系统、以及配套系统组成，年生产能力为20000吨关键高端铸件。方案设计阶段应用Autodesk Revit建立BIM模型，通过其数据接口将模型导入自主开发的仿真分析柔性平台，对4种工艺设计方案从车间物流量、生产平衡、生产能力等多方面进行仿真分析，验证工艺规划，实现设计过程可视化、评价指标可量化，有效地评估和优化设计方案，降低建造风险。

施工调试阶段和生产运营阶段对关键工位及生产线（如熔炼工位、造型线、退火炉、白模造型线等）进行局部物流、工艺过程、生产瓶颈等仿真分析和虚拟试生产，深度优化工艺方案与生产排程，提高产品质量和生产效率。真分析柔性平台包含了许多专门针对生产和物流系统仿真模型的内嵌工具，用于对其性能和仿真结果进行评价。在本项目的工艺物流仿真过程中，使用图形分析工具，将仿真模型的参数和结果快速图形化、图表化，并进行数值跟踪和显示，形象直观地比较分析各方案，助力深化和优化工艺和物流设计。

2、建筑、结构专业设计

宁夏共享装备有限公司数字化铸造工厂项目为大型工业建筑项目，由白区及黑区两部分组成。其建筑基底面积为8975.32㎡，总建筑面积11918.17㎡，其中地下站房建筑面积为127.99㎡。一层白区建筑面积2814.86㎡；一层黑区建筑面积6160.46㎡；二层白区建筑面积2814.该项目为钢结构厂房，公共站房为框架结构，厂房主要跨度为24m和30m。主要柱距：厂房为9m，公共站房为6m。主要吊车轨顶标高为9.6m，主要吊车吨位为10T。主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为8度。主体结构采用钢结构，焊接实腹钢柱，焊接实腹钢梁，屋面板采用双层彩钢板夹岩棉保温层。86㎡。分析污染物的发生及扩散规律，验证污染源的房间、厂房通风方案的可靠性和可行性，对暖通通风、除尘方案进行优化，保障员工健康。

３.综合管线专业设计

二次开发综合管线辅助设计程序，能够完成管线调整、支吊架设计、快速标注、图纸布置等功能。基于Autodesk Revit开发的三维支吊架辅助设计工具能够对各种形式支吊架进行常规分析校核、受力有限元计算、辅助选型等功能，提高了三维管线支吊架设计的效率和质量。

综合管线设计出图以三维模型轴测、剖面加平面的方式，多角度对各专业管线敷设安装进行展示，弥补了传统二维设计空间表现的不足。同时在满足检修空间和施工空间的前提下，对管道支吊架和预制件进行深化设计，使设计成品质量水平和施工阶段指导作用明显提高。

Autodesk Revit提供的材料快速精确统计及实时更新功能，大大提高了设计的效率。基于Revit提供的API，团队开发了更灵活的材料统计功能，可以保存材料清单模板，便于下次使用，并将统计数据与三维模型综合交付系统数据库集成，实现了材料快速统计和数据共享。

项目创新应用

1、设计成品综合交付系统

设计成品综合交付系统使项目各参与方能够基于统一的建筑信息模型，跨互联网协同工作，并将三维模型为信息载体集成项目，从设计到竣工全过程的建设资料，最终交付给业主，可用于三维运维系统和数字工厂系统集成开发出富含信息的建筑信息模型。

2、二次开发构件库

Autodesk Revit系列软件提供了便于二次开发的接口，可方便进行辅助设计工具的开发。中机六院利用开发接口开发了一系列辅助设计插件，包含企业三维构件库、综合管线支吊架、以及其它辅助设计工具。

３、设计规范检查及碰撞检测云服务

设计规范检查及碰撞检测云服务会按照定时模式或工单模式，自动保存并上传Autodesk Revit文件到云端。云端服务依据企业设计规范和预设的碰撞检测规则，调用Autodesk Revit插件和Autodesk Navisworks插件完成设计规范检查和碰撞检测任务，并将生成的报告反馈给设计人员。

4、辅助项目管理

基于BIM的项目管理方式是一种全新项目管理方式。结合施工进度模拟/施工工序模拟，以4D的方式形象地对施工进度计划进行模拟，便于管理人员组织决策，提高工作和沟通的效率，减少因工期交叉造成的工程返工，节约人力和物力成本。

基于BIM技术自主开发的可视化项目管理系统，对分包工程的基本信息、人力配置、时间成本等进行统一管理，加强内部核算，降低成本。

5、虚拟现实技术应用

根据数字化工厂建设及运营要求，对建筑信息模型进行轻量化处理，集成生产过程控制信息和生产管理信息，实现建筑信息模型与虚拟现实之间空间数据和工厂设施数据的无缝衔接，为数字化工厂在运营阶段建设可视化的工厂管理系统和后续的技术改造提供支撑。

项目创新应用

1、设计成品综合交付系统

设计成品综合交付系统使项目各参与方能够基于统一的建筑信息模型，跨互联网协同工作，并将三维模型为信息载体集成项目，从设计到竣工全过程的建设资料，最终交付给业主，可用于三维运维系统和数字工厂系统集成开发出富含信息的建筑信息模型。

2、二次开发构件库

Autodesk Revit系列软件提供了便于二次开发的接口，可方便进行辅助设计工具的开发。中机六院利用开发接口开发了一系列辅助设计插件，包含企业三维构件库、综合管线支吊架、以及其它辅助设计工具。

3、设计规范检查及碰撞检测云服务

设计规范检查及碰撞检测云服务会按照定时模式或工单模式，自动保存并上传Autodesk Revit文件到云端。云端服务依据企业设计规范和预设的碰撞检测规则，调用Autodesk Revit插件和Autodesk Navisworks插件完成设计规范检查和碰撞检测任务，并将生成的报告反馈给设计人员。

4、辅助项目管理

基于BIM的项目管理方式是一种全新项目管理方式。结合施工进度模拟/施工工序模拟，以4D的方式形象地对施工进度计划进行模拟，便于管理人员组织决策，提高工作和沟通的效率，减少因工期交叉造成的工程返工，节约人力和物力成本。

基于BIM技术自主开发的可视化项目管理系统，对分包工程的基本信息、人力配置、时间成本等进行统一管理，加强内部核算，降低成本。

5、虚拟现实技术应用

根据数字化工厂建设及运营要求，对建筑信息模型进行轻量化处理，集成生产过程控制信息和生产管理信息，实现建筑信息模型与虚拟现实之间空间数据和工厂设施数据的无缝衔接，为数字化工厂在运营阶段建设可视化的工厂管理系统和后续的技术改造提供支撑。

BIM技术应用总结

机械工业第六设计研究院有限公司在项目中不断扩大BIM技术应用范围，继续提高BIM技术应用水平，搭建好BIM技术平台，保持核心竞争力，在设计、施工、以及运营维护全生命周期过程中应用BIM解决方案，为项目建设的投标、竞标、方案设计、基础设计、详细设计、现场施工指导、运行和维护。

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