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      BIM技術(shù)在糖廠工程設(shè)計(jì)中全過程應(yīng)用分析

      2022-12-29 07:01:36曹乾春郭榮來張平軍
      甘蔗糖業(yè) 2022年5期
      關(guān)鍵詞:糖廠吊架插件

      曹乾春,郭榮來,張平軍

      (1中國輕工業(yè)廣州工程有限公司,廣東廣州 511447;2廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所,廣東廣州 510316;3廣東省綠色制糖工程技術(shù)研究中心,廣東廣州 510316)

      0 引言

      近年來,隨著國家信息化智能化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn),BIM技術(shù)得到了不斷的創(chuàng)新與發(fā)展,受到了廣泛的關(guān)注,正在逐步應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中展現(xiàn)出可視化、一體化、參數(shù)化、協(xié)調(diào)性、便于模擬、利于優(yōu)化、出圖便利、算量精確、信息完備等優(yōu)勢(shì),得到客戶的普遍認(rèn)可,BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)已形成趨勢(shì)。

      在“一帶一路”戰(zhàn)略的引領(lǐng)下,國內(nèi)工程公司有越來越多的機(jī)會(huì)參與國際項(xiàng)目的建設(shè),當(dāng)然同時(shí)也會(huì)面對(duì)日趨激烈的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。面對(duì)這些機(jī)遇和挑戰(zhàn),從設(shè)計(jì)單位的角度看,必須不斷創(chuàng)新發(fā)展并采取多種措施努力提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量,提高自身的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和可持續(xù)發(fā)展能力。

      對(duì)于糖廠工程設(shè)計(jì)而言,BIM技術(shù)可以在優(yōu)化項(xiàng)目空間布局,精確計(jì)算各項(xiàng)工程量和提升各參建方協(xié)作效率等方面發(fā)揮獨(dú)特的作用,本文擬就BIM技術(shù)在糖廠工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析,進(jìn)而有利于顯著提升工廠設(shè)計(jì)質(zhì)量。

      1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)介和糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目特點(diǎn)

      1.1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

      BIM是Building Information Modeling的簡(jiǎn)稱,中文翻譯為“建筑信息模型”。BIM的理念由美國喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授于1975年所創(chuàng)建,后經(jīng)各方逐步豐富發(fā)展。當(dāng)前研究認(rèn)為,BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具,通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息,在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞,使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對(duì),為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ),在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[1-3]。

      因此,BIM可謂是理念先進(jìn)技術(shù)優(yōu)良,其應(yīng)用可以貫穿于工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期并適用于相關(guān)參建方。

      1.2 糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目特點(diǎn)

      最近幾年新建的甘蔗糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目情況,具有以下特點(diǎn)[1]:

      1.2.1 產(chǎn)能規(guī)模和用地面積比較大,建構(gòu)筑物數(shù)量多

      最近幾年國外新建甘蔗糖廠項(xiàng)目中,產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大,處理能力從原來的5000、6000、12000 t/d到之后的24000 t/d,廠區(qū)總占地面積也越來越大,達(dá)到了750000 m2。建構(gòu)筑物數(shù)量在增多,主要單體包含預(yù)處理車間、壓榨車間、制煉車間、化水間、汽機(jī)間、鍋爐間、輔料間等,有的項(xiàng)目還配備煉糖車間、酒精車間、復(fù)合肥車間以及生活區(qū)和學(xué)校等,建構(gòu)筑物總數(shù)量已超80個(gè)。

      1.2.2 設(shè)備和管道數(shù)量較多且布置空間有限,容易發(fā)生各類碰撞

      大型甘蔗糖廠各類管道數(shù)量龐大,總計(jì)多達(dá)6000多根。而因糖廠生產(chǎn)工藝與設(shè)備結(jié)構(gòu)的特性,部分區(qū)域管道布置復(fù)雜且空間很緊湊,如蒸發(fā)工段蒸發(fā)罐底部夾層、煮糖罐底和室外綜合管廊等。蒸發(fā)夾層區(qū)域的蒸汽管道數(shù)量較多且外徑大,蒸汽冷凝水管、物料管道以及眾多公用工程管道交錯(cuò)布置,還需考慮清洗及維修通道;煮糖工段以高濃度物料為主,應(yīng)盡量以最大坡度布置管道,連續(xù)煮糖罐底部區(qū)域的管道數(shù)量多且異常復(fù)雜,合理空間布置難度很大;此外,室外綜合管廊也是管道數(shù)量多管徑大容易發(fā)生碰撞的區(qū)域。如何在設(shè)備和管道多,空間有限的地方合理布置,避免碰撞尤為重要。

      1.2.3 設(shè)計(jì)周期相對(duì)較短,出圖質(zhì)量要求較高

      二十世紀(jì)八九十年代,一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期短則一、兩年,長(zhǎng)則達(dá)四、五年,有的甚至更長(zhǎng)。而現(xiàn)在,施工圖設(shè)計(jì)周期就幾個(gè)月。時(shí)間壓縮的越來越少,而出圖質(zhì)量的要求卻越來越高。

      1.2.4 材料統(tǒng)計(jì)的精準(zhǔn)性要求

      海外糖廠工程項(xiàng)目,大部分距離比較遠(yuǎn),成本原因基本采用海運(yùn)形式,運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)致整個(gè)采購周期較長(zhǎng),運(yùn)輸成本高。因此,材料統(tǒng)計(jì)的精準(zhǔn)性尤其重要,統(tǒng)計(jì)有誤,將會(huì)增加運(yùn)輸成本,影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。所以精準(zhǔn)的材料統(tǒng)計(jì)有利于控制成本,提高項(xiàng)目建設(shè)效益。

      1.2.5 客戶對(duì)BIM技術(shù)的要求

      近年來BIM技術(shù)迅猛發(fā)展,不斷應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,尤其在工程設(shè)計(jì)施工和管理方面,為大量的工程項(xiàng)目提供巨大助力,受到客戶的普遍好評(píng)。政府相關(guān)部門也在不斷推進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用,BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)逐步形成趨勢(shì)。最近幾個(gè)甘蔗糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目,客戶均希望設(shè)計(jì)成果中包含三維模型、三維動(dòng)畫,甚至要求應(yīng)用BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì),以方便后續(xù)的施工和管理工作。

      綜合上述糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的特點(diǎn),設(shè)計(jì)單位推廣并普及BIM技術(shù)將勢(shì)在必行。

      2 BIM 技術(shù)在糖廠工程設(shè)計(jì)中的全過程應(yīng)用分析

      2.1 工業(yè)BIM平臺(tái)簡(jiǎn)介

      目前運(yùn)用于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各類軟件很多,每款軟件都各具特色。如何根據(jù)糖廠工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的特點(diǎn),組合一套成熟合理的三維軟件尤其重要,理想的軟件組合可以有效提高工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

      2.1.1 BIM技術(shù)軟件配置

      糖廠工程項(xiàng)目工藝熱力管道數(shù)量龐大、布置復(fù)雜,閥門種類繁多,在管道建模時(shí)要求靈活多變且操作簡(jiǎn)易,AVEVA公司開發(fā)的PDMS軟件兼容性強(qiáng)且操作靈便,能滿足管道布置的要求[1]。Autodesk公司開發(fā)的 Revit具有良好的易用性和較高的建模效率,已能成熟運(yùn)用于建筑、結(jié)構(gòu)及水暖電專業(yè),滿足土建包的設(shè)計(jì)要求。PDMS和Revit是2款不同公司開發(fā)的軟件,其三維模型各自獨(dú)立,無法直接合成,Autodesk公司的 Navisworks具備合成功能,合成后的三維模型可以進(jìn)行查看與編輯,可用于BIM模型交付。根據(jù)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果需要,用3Ds Max、Premiere Pro等軟件進(jìn)行模型整合、鏡頭制作和后期剪輯可得到非常逼真的動(dòng)畫模型。最后還需配套部分設(shè)計(jì)及出圖插件。一套合理實(shí)用的軟件組合(PDMS+Revit+Navisworks+插件)是提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的保證。

      2.1.2 BIM設(shè)計(jì)工作流程簡(jiǎn)介

      經(jīng)過不斷摸索、實(shí)踐和總結(jié),一套適用于糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用工作流程見圖1和圖2。

      圖1 工藝包設(shè)計(jì)工作流程

      圖2 土建包設(shè)計(jì)工作流程

      2.2 BIM技術(shù)在糖廠工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用效果

      2.2.1 BIM技術(shù)在方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

      在糖廠工程設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)階段,可應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目的豎向分析、流向分析、土方平衡分析、平面分析、做法分析、可視化展示,并溝通項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案。

      BIM技術(shù)運(yùn)用于流向分析中,可直觀且準(zhǔn)確的保證潔污分開,生活辦公與生產(chǎn)分開,甘蔗原料及成品運(yùn)輸與人流分開,確保糖廠整體布置工藝流暢,方便運(yùn)行管理(圖3)。

      圖3 人流、物流演示

      2.2.2 BIM技術(shù)在施工圖階段的應(yīng)用

      2.2.2.1 工藝包設(shè)計(jì)

      用PDMS軟件創(chuàng)建工藝熱力BIM模型,復(fù)雜的設(shè)備可通過Revit創(chuàng)建設(shè)備BIM模型,再配合插件自動(dòng)生成工藝熱力專業(yè)所需的預(yù)留孔圖和埋件提資圖、平面圖、立面圖、ISO圖、支吊架圖、管道材料匯總表、支吊架材料匯總表、管道表、管道特性表、閥門清單和法蘭清單等施工圖紙(圖4),還可以根據(jù)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)需要,生成三維視圖。

      圖4 自動(dòng)生成匯總表

      2.2.2.2 土建包設(shè)計(jì)

      用Revit軟件創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電控專業(yè)BIM模型,通過Revit插件自動(dòng)生成滿足設(shè)計(jì)成果需要的平面圖、立面圖、軸測(cè)圖和柱、梁、板筋、外墻、內(nèi)墻、屋頂、門窗、樓板、欄桿扶手、幕墻、設(shè)備、管材、閥門、橋架、電纜等材料明細(xì)表(圖5),還可以根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工需要生產(chǎn)各種專業(yè)的三維視圖。

      圖5 自動(dòng)生成立面圖

      2.2.2.3 三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)

      用 3Ds Max、Lumion、After Effects、Photoshop、Premiere Pro等軟件進(jìn)行模型整合、鏡頭制作、圖文編輯和后期剪輯等可得到逼真的動(dòng)畫效果(圖6)。

      圖6 三維動(dòng)畫

      2.2.3 BIM技術(shù)在糖廠工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

      BIM技術(shù)應(yīng)用于糖廠工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目,高效出圖和高品質(zhì)的設(shè)計(jì)成果,提升設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)手段,增強(qiáng)設(shè)計(jì)公司競(jìng)爭(zhēng)力??锥春吐窦豳Y根據(jù)三維自動(dòng)生成,解決了以往項(xiàng)目孔洞及埋件的遺漏和提資不正確的問題。可視化同平臺(tái)協(xié)作設(shè)計(jì),并可進(jìn)行碰撞檢查,解決了以往項(xiàng)目的大量碰撞問題,根據(jù)近幾個(gè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)變更單數(shù)量減少約90%,提高了設(shè)計(jì)效率和現(xiàn)場(chǎng)施工效率,減少了建造和管理成本,提高企業(yè)效益。

      2.2.3.1 方案可視化直觀展示,提升溝通效率

      BIM技術(shù)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)時(shí),可在BIM模型中直觀展示需要討論的方案內(nèi)容,快速準(zhǔn)確表現(xiàn)方案現(xiàn)狀供客戶全方位查看,可根據(jù)客戶意見現(xiàn)場(chǎng)在BIM模型中迅速修改平面,方便客戶理解,顯著提升溝通效率。

      2.2.3.2 圖紙中增加復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的三維視圖,便于圖紙的準(zhǔn)確表達(dá)

      對(duì)于糖廠一些比較重要的位置,或者布置復(fù)雜的地方,或者施工難度大容易引起誤解的區(qū)域,在圖紙中增加三維視圖,直觀展示設(shè)計(jì)方案和詳細(xì)做法,便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員和施工人員準(zhǔn)確理解施工圖紙(圖 7)。

      圖7 圖紙中增加三維視圖

      2.2.3.3 正向設(shè)計(jì),模型設(shè)計(jì)信息完整

      BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)信息一次輸入,全過程應(yīng)用,確保模型設(shè)計(jì)信息完整。如糖廠工程項(xiàng)目工藝熱力設(shè)計(jì)過程中,把工藝熱力工況參數(shù)表導(dǎo)入智能 P&ID中,工況參數(shù)自動(dòng)生成管線信息,在智能 P&ID中的設(shè)備信息模板輸入設(shè)備參數(shù)信息,再把智能P&ID中的參數(shù)通過插件傳遞到BIM模型中,可在模型中查看設(shè)備、管道、閥門和管件的參數(shù)信息,實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)信息一次輸入全過程應(yīng)用,確保BIM模型信息完整(圖8)。

      圖8 模型中閥門信息

      2.2.3.4 各專業(yè)協(xié)同,可視化設(shè)計(jì),避免碰撞,減少現(xiàn)場(chǎng)變更

      BIM技術(shù)應(yīng)用糖廠項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)時(shí),各專業(yè)同一工業(yè)BIM平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì),各專業(yè)根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要,隨時(shí)調(diào)用其它相關(guān)專業(yè)的模型進(jìn)行查看,直觀展示其它各個(gè)專業(yè)的模型情況,如果空間不足,可立即截圖或者發(fā)送元素ID值給相關(guān)專業(yè),溝通討論更改方案,避免碰撞,提高了溝通效率,有效減少現(xiàn)場(chǎng)變更。

      2.2.3.5 孔洞和埋件的三維提資,確??锥春吐窦恼_性

      PMDS進(jìn)行設(shè)備管道建模和管道支吊架建模時(shí),導(dǎo)入建筑結(jié)構(gòu)BIM模型,設(shè)備管道模型完成后,通過插件在建筑結(jié)構(gòu)模型上自動(dòng)開孔,保證所有穿墻穿樓板管道都已開孔,不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)漏,在用管道支吊架軟件進(jìn)行建模時(shí),輸入埋件參數(shù)信息,并傳遞到PDMS中,再通過相關(guān)插件把孔洞和埋件信息形成提資文件,輸入到 Revit平臺(tái)生成孔洞埋件實(shí)體模型,由建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)模型通過 Revit完成出圖。二維 CAD手工繪圖的孔洞和埋件提資容易出現(xiàn)錯(cuò)漏,由BIM模型直接生成三維提資,有效避免二維繪圖時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)漏,確??锥春吐窦恼_性。

      2.2.3.6 BIM模型自動(dòng)出圖,減輕繪圖工作量

      BIM模型完成建模后,各個(gè)專業(yè)根據(jù)各自設(shè)計(jì)成果需要,通過相關(guān)插件完成自動(dòng)出圖。例如,工藝熱力管道,根據(jù)某大型甘蔗糖廠項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)約6000多張ISO圖,還有其他的設(shè)備平面布置圖、設(shè)備立面布置圖、管道平面布置圖、管道立面布置圖、支吊架詳圖、管段表、特性表、管道材料匯總表、支吊架材料匯總表和油漆保溫材料匯總表等,都可通過BIM模型完成自動(dòng)出圖,大量減少手工繪圖工作時(shí)間,提高工作效率和設(shè)計(jì)成果品質(zhì)。

      2.2.3.7 工藝熱力管道模型自動(dòng)生成管道預(yù)制圖,用于管道的預(yù)制

      BIM 模型里面的工藝熱力管道是按 1∶1比例建模,與實(shí)體參數(shù)一致,由BIM模型自動(dòng)生成的管道預(yù)制圖,尺寸精準(zhǔn),可用于管道預(yù)制。對(duì)于材料貴重、割焊困難或者現(xiàn)場(chǎng)施工難度大的地方,由廠家按管道預(yù)制圖預(yù)制管道,現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝,降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度,提高施工效率。

      2.2.3.8 熱力管道應(yīng)力計(jì)算、支吊架設(shè)計(jì)和 BIM 模型的集成

      BIM技術(shù)應(yīng)用于熱力管道設(shè)計(jì)時(shí),用PDMS根據(jù)模型空間情況進(jìn)行管道建模,并根據(jù)管道布置情況選擇合適的支吊架類型插入相應(yīng)位置,再用插件把管道和支吊架信息導(dǎo)入應(yīng)力計(jì)算軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算,通過直接調(diào)整管道模型、支吊架類型及其位置來滿足應(yīng)力計(jì)算,再把應(yīng)力計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入支吊架設(shè)計(jì)軟件,直接在PDMS中生成支吊架模型,避免了應(yīng)力計(jì)算、支吊架設(shè)計(jì)和創(chuàng)建BIM模型三者獨(dú)立的局面,完成了熱力管道應(yīng)力計(jì)算、支吊架設(shè)計(jì)和BIM模型的集成。

      2.2.3.9 電纜三維敷設(shè),電纜材料統(tǒng)計(jì)精確

      全專業(yè)BIM技術(shù)設(shè)計(jì),電控專業(yè)用Revit進(jìn)行強(qiáng)弱電協(xié)同設(shè)計(jì),在可視化BIM模型進(jìn)行電纜自動(dòng)敷設(shè),精準(zhǔn)設(shè)計(jì)照明和自控點(diǎn)位,并不斷優(yōu)化橋架和線管布置,避免出現(xiàn)碰撞。電纜材料由BIM模型自動(dòng)生成,統(tǒng)計(jì)精準(zhǔn)(圖9)。

      圖9 優(yōu)化電纜敷設(shè)

      3 結(jié)語

      BIM技術(shù)應(yīng)用于甘蔗糖廠工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有諸多優(yōu)勢(shì),可以顯著提升糖廠工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量,有助于工程各參建方多方協(xié)同提升項(xiàng)目管理效率,提高項(xiàng)目建設(shè)效益。

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