BIM技术在大型LNG储罐建设中的应用前景.pdf

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1、BIM 技术在大型 LNG 储罐建设中的应用前景 摘要：目前，我国有关全容储罐方面的研究多集中在全模型建模分析、地震响应分析、隔震研究、基础研究、局部构件计算以及其他偶然作用计算等方面。结合大型 LNG 储罐建设的自身特点，引入 BIM 技术，通过建立虚拟模型和模拟工况，可对整个工程建设和运营过程进行优化控制，最终达到提高质量和节约成本等目的。鉴于中国目前已掌握了大型 LNG 储罐建设的传统管理方法和建造技术，引入BIM 技术的条件基本具备。在未来 LNG 产业的发展中，该技术必将在大型 LNG 储罐的全过程管理中发挥重要的作用。关键字：BIM 技术；LNG 储罐；4D 模型；管理模式；虚拟模

2、型 目前有关超大型 LNG 储罐 BIM 技术研究的公开发表成果还不多，但相关的能源企业也已掌握超大型储罐的核心技术，如有合适的时机可随时落地。超大型的薄膜罐和地下罐适用性更广，但受制于 BIM 技术和目前国内市场的需求，现阶段研究和落地的成果较少，因此从长远来看 BIM 技术在大型 LNG 储罐建设中的应用前景广阔，应当开展更加深入的研究。1BIM 技术核心介绍 BIM 技术是在 1995 年底由国际互协作组织 IAI 利用自主编制的 IFC 建筑信息共享标准而开发的利用开放的行业标准对工程主体进行数字化形式表述模型。在开创了土木工程领域工作全新技术理念的基础上，其目标是在土木建筑全生命周期

3、范围内，改变以往的工程专业协作模式、改善信息交流方式，进而提高效率和质量、降低生产成本。该技术的最终目标是将工程建设中的各相关方通过一对多的协作模式转化为一对一的高效工作模式。BIM 技术的核心在于其独有的数据管理平台，利用多种专业分析软件联合建立三维数字化信息模型(亦称虚拟工程体)，涵盖工程建筑体的全部信息，即在工程体建设之前，根据其实际的全部实施环节实现一个虚拟的目标。模型包含了工程体的方案设计、建筑设计、结构设计、施工过程、材料信息、工艺技术、设备设施和运营维护等工程体生命周期内的全部详细数据信息。BIM 技术在国外的建设工程项目中已经取得了不俗的成果。在部分欧美国家，使用 BIM 技术

4、的在建工程数量甚至超过了采用传统方法建设的数量。该技术在成熟的工程体系和框架下可以实现“规划-设计-施工-运营”整个生命周期的应用，其优势特点能够解决传统工作中的诸多复杂问题。2 常规 LNG 储罐的建设进展及不足 2.1 全模型建模分析 由于全容储罐的复杂性，很难用一般的理论公式进行计算推导，目前全模型建模成为储罐计算研究的重要方向。基于仿真云平台，建立了 LNG 储罐全模型，并进行了多个案例分析，验证了基于云平台的 LNG 储罐全模型的有效性。通过建立有限元模型，分析了施工模板材料、施工质量、施工季节等对混凝土外罐温度应力分布的影响及其规律。随着计算机及有限元技术的发展，全模型建模越来越精

5、细，计算结果越来越准确。但现阶段仍需基于一定的基本假设和简化，无法做到完全的实况模拟和全模型的研究，目前多集中在将储罐的各部分进行模型细化，对各部分之间的耦合考虑仍不够充分。2.2 地震响应分析 全容储罐的地震响应分析，是储罐计算需要考虑的最重要的内容之一，需考虑 OBE(运行基准地震)和 SSE(安全停运地震)2 种地震工况。最初的 BS7777 标准对于 SSE 的规定为 10000 年一遇，要求极高，随着储罐建设技术的成熟以及对事故概率的重新评判，在 ENl4620 标准中已将 SSE 的规定降为 5000 年一遇，近年颁布的 ACl37614和 GB5115615两项标准已将 SSE

6、规定降为 2500 年一遇。在地震响应研究方面，建立 LNG 储罐混凝土外罐的精细化模型，研究了不同工况下 LNG 储罐混凝土外罐的振动特性，并开展了单向、双向和三向时程地震响应分析，利用直接耦合法对液体单元和罐体结构进行了流固耦合约束，采用缩减法对储罐的振动特性进行了分析。2.3ING 储罐研究存在不足 目前常规 ING 储罐研究存在不足主要集中在以下方面：研究手段单一，目前的研究手段多集中在有限元软件计算方面。从科学的角度考虑，要验证研究成果的正确性，必须有 2 种或 2 种以上的研究方法得出的结果作为对比，否则仅凭 1种手段得出的结果往往缺乏可信度，基本参数不明确。如前所述，LNG 储罐

7、对于地震作用要求很高，地震响应分析必须考虑 OBE 和 SSE 工况。从目前的研究成果来看，不少地震响应计算并未对此进行明确，由此可能导致的结果是对结构的安全性评价结论值得商榷。3BIM 技术的应用前景 结合 BIM 技术特点，以及大型 LNG 储罐工艺要求可以看出，BIM 技术在大型ING 储罐建造中的应用可以极大地提高储罐的建设和管理效率，减少因工作失误导致的返工和安全事故等问题。3.1 4D 虚拟设计 利用 BIM 技术可以在大型 LNG 储罐的实体建造之前进行虚拟工程设计。建立4D 模型首先需要对罐体的 3D 建筑特征和结构设计进行完整的搭建；同时对应罐体所有组成结构单元的详细材料属性

8、、设计信息、采办信息和施工方法等全部数据。在整个 LNG 储罐工程的过程中，其资源配置和工程进度都是动态变化的。严格按照施工工序进行 4D 过程模拟，可以对施工全过程有详细的把握和控制，从而对施工过程中可能发生的各种状况进行预判和提前计划准备，极大地缩短工期、降低成本和提高质量。3.2 数据信息自动化 在大型 LNG 储罐的生命周期内，拥有大量的设计数据和信息文件，在目前传统的管理模式下，大量的报告、设计文件及相关说明等资料都是通过 2D 的 CAD设计和手工计算相结合的方法来完成。由于资料数量庞大、专业交叉错综复杂，使得文档管理工作相当繁重。BIM 技术则能够对所有数据信息进行 4D 模式统

9、一管理，不但可以使全部数据完整地保存在一个数据库内，还可以根据各个资料文件的相互关系统一协调保存，既节省人力资源又方便应用。与此同时，数据信息对工程各相关方共享资料，这样可以促进各方合作、加强相互监督。3.3 自动变更管理 在利用 BIM 技术对大型 LNG 储罐的全部数据信息进行存储管理的过程中，工程中各个交叉衔接作业的信息资料也是相互关联和调用的。因此，在工程的 4D虚拟设计过程中，任意一个文件资料发生变更或调整，其他相关联的数据信息也会自动发生改变，不会出现人工处理数据资料时，因遗忘和疏忽而发生错误的现象。这也会明显地缩短工程评估和预算的时间，并提高准确性。并且通过关联更新可使整个工程的

10、数据信息始终保持最新状态。3.4 标准化 BIM 技术实现的重要基础，就是整个工程体的 4D 全模型必须在统一的标准体系下进行设计。目前建模方法中较为领先的是“分布式”BIM 模型，该方法实现目标可能需要的模型包括：设计模型、施工模型、进度模型、成本模型、制造模型、操作模型等。要求所有的模型必须遵从统一的建模标准，才能实现全部数据的统一控制和管理。在LNG 储罐建设中的 BIM 技术标准化主要包括两个方面的内容：模型的标准化，如材料标准、设计标准和施工标准等；模型数据管理的标准化，涉及数据结构和数据的管理、相互调用等。结语 目前，国内 LNG 产业的自主化进程已经取得了长足的发展，但要将 BIM 技术引入到 LNG 储罐的建设中并全面实现工程化应用，还需在基于 LNG 储罐建造核心技术，建立统一的工程建设标准，及涉及各个参与部门的专利技术，因此需要建立健全的知识产权保护体系，最终才能实现技术公开应用、效益最大化。参考文献 1陆惠民.基于 BIM 的工程项目管理信息系统设计构想J.建筑管理现代化，2019，23(04):362-366 2赵源煜.中国建筑业 BIM 发展的阻碍因素分析J.工程管理学报，2018，26(01):6-11 3周利剑.内罐影响下 LNG 储罐外罐地震响应分析J.世界地震工程，2019，28(01):21-25