三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水泥工程中的應(yīng)用

相沖，劉剛

三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水泥工程中的應(yīng)用

相沖，劉剛

隨著工程建設(shè)行業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及信息化水平的不斷提高，二維向三維的轉(zhuǎn)換和升級(jí)已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的必然趨勢(shì)，基于三維設(shè)計(jì)軟件的協(xié)同設(shè)計(jì)將給工程建設(shè)行業(yè)帶來一場(chǎng)技術(shù)革命。本文著重介紹了三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水泥工程領(lǐng)域的應(yīng)用，闡述了三維協(xié)同的設(shè)計(jì)方式、設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)理念。通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)和施工之間建立起無縫的溝通橋梁，實(shí)現(xiàn)有效的信息交互，減少錯(cuò)誤率，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低項(xiàng)目成本，將項(xiàng)目管理提升到一個(gè)新的高度。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)；工作集；中心文件；建筑信息模型（BIM）

1 引言

近年來三維設(shè)計(jì)已經(jīng)逐步在建筑領(lǐng)域得到應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)的水泥行業(yè)還是一直按照傳統(tǒng)的二維方法來設(shè)計(jì)。整條水泥生產(chǎn)線車間多、設(shè)備雜，涉及到工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、電氣、水道、暖通等專業(yè)，設(shè)計(jì)難度比較大。設(shè)計(jì)從工藝專業(yè)開始，先做工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后工藝專業(yè)向其他專業(yè)提資料圖，結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)工藝專業(yè)的資料，布置樓板、柱子、梁，建筑專業(yè)根據(jù)工藝專業(yè)的資料布置樓梯、鋼平臺(tái)等，電氣專業(yè)、水道暖通等專業(yè)布置本專業(yè)的設(shè)施，然后工藝專業(yè)再進(jìn)行穿圖查返，查返過程中如果有問題還要和其他專業(yè)及時(shí)溝通，是一種串行的工作模式。一旦設(shè)備資料或布置發(fā)生改動(dòng)，那么工藝設(shè)計(jì)師需要對(duì)資料做相應(yīng)的調(diào)整，并及時(shí)向其他專業(yè)提資料變更，以便其他專業(yè)做相應(yīng)的調(diào)整。而在這個(gè)過程中，各專業(yè)間的數(shù)據(jù)傳遞和信息溝通就顯得尤為重要。如果沒有一種高效有力的手段來傳達(dá)各專業(yè)間的設(shè)計(jì)變更，那么就會(huì)造成最終各專業(yè)的施工圖紙對(duì)不上，無法正確銜接，給現(xiàn)場(chǎng)施工造成很大影響。比較常見的現(xiàn)象：工藝非標(biāo)或設(shè)備與結(jié)構(gòu)梁柱相撞、建筑門窗與結(jié)構(gòu)梁相撞，還有就是黑白錯(cuò)誤等等。而設(shè)計(jì)中的資料變更是不可避免的，以往的設(shè)計(jì)方法，各專業(yè)之間的圖紙不能同步修改，只能靠人力花更多的時(shí)間來進(jìn)行各自的圖紙修改，因此各專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙之間缺乏關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)就成了設(shè)計(jì)中所遇到的主要問題。據(jù)研究表明，工程項(xiàng)目約有30%成本消耗在團(tuán)隊(duì)成員溝通協(xié)調(diào)過程中，各管理模塊實(shí)時(shí)獲取項(xiàng)目海量數(shù)據(jù)存在巨大困難，數(shù)據(jù)傳輸不及時(shí)致使管理流程變得更加復(fù)雜。

2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)的概念

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以三維設(shè)計(jì)軟件為載體，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為了共同實(shí)現(xiàn)或完成一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)或項(xiàng)目共享數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)，在并行工作模式下完成工作任務(wù)的設(shè)計(jì)方法。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)將以設(shè)計(jì)圖紙為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)為以三維建模為過程，從模型直接生成材料清單和圖紙的方式。設(shè)計(jì)師們只需要建立合理的三維模型，將設(shè)計(jì)精力和資源用于模型的建立，而通過三維協(xié)同軟件平臺(tái)，可以直接對(duì)內(nèi)容的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一儲(chǔ)存和輸出，并且直接生成施工圖，而無需像以往一樣，將大量的精力花費(fèi)在圖紙的繪制和修改上。

在三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)下，設(shè)計(jì)師們首先按設(shè)計(jì)要求建立合適的三維模型，再?gòu)娜S模型直接生成二維施工圖。從三維模型生成二維施工圖，是由協(xié)同設(shè)計(jì)中的三維系統(tǒng)軟件來完成的。通過指定視口中的顯示配置和指定所在視口中的某個(gè)方向查看視口中顯示的對(duì)象，可產(chǎn)生不同的顯示畫面，如平面圖、平面基礎(chǔ)圖、立面、三維模型和示意圖顯示等，幾乎不需重新繪制任何對(duì)象。

利用BIM（建筑信息模型）的設(shè)計(jì)過程：

通過建立三維模型、輸入?yún)?shù)創(chuàng)建BIM文件，并始終圍繞其來完成設(shè)計(jì)過程。

三維模型可以提供直觀的參照，幫助專業(yè)間的交流討論。

所有專業(yè)文件始終集成在同一文件中。

對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、檢測(cè)等處理，并用于未來的工廠管理。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)方式：

在三維建模過程中，基于Revit平臺(tái)軟件，主要可以采用以下三種協(xié)同方式：（1）網(wǎng)絡(luò)中心工作集方式（見圖6），將項(xiàng)目文件建立工作集作為中心文件存放到網(wǎng)絡(luò)位置，各成員建立本地文件副本，各成員將所做的修改發(fā)布到中心模型中，所有成員都可以隨時(shí)從中心模型載入其他成員所做的修改。這種方式適合不同專業(yè)之間模型關(guān)聯(lián)度比較高的情況，各專業(yè)根據(jù)需要通過工作集，進(jìn)行權(quán)限控制和權(quán)限轉(zhuǎn)移，能有效解決工作中模型協(xié)同和技術(shù)交流。但是項(xiàng)目文件過大的話會(huì)對(duì)協(xié)同可操作性造成影響。（2）鏈接模型方式（見圖2），各成員建立自己的項(xiàng)目文件，各自在獨(dú)立的項(xiàng)目文件中設(shè)計(jì)，通過網(wǎng)絡(luò)鏈接的方式鏈接其他成員的項(xiàng)目文件，也可以根據(jù)需要對(duì)其項(xiàng)目文件中的模型進(jìn)行復(fù)制。這種方式適合于項(xiàng)目之間沒有約束為獨(dú)立的項(xiàng)目或者是不同規(guī)程之間的協(xié)調(diào)。（3）模型獨(dú)立專有方式（見圖3），項(xiàng)目模型由專人負(fù)責(zé)，通過各專業(yè)設(shè)計(jì)師的指導(dǎo)，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。采用這種方式模型的問題就會(huì)相對(duì)減少，協(xié)調(diào)成本也隨之降低。

3 三維協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)施方案

經(jīng)過幾年的探索，天津院的設(shè)計(jì)師們?cè)诩夹g(shù)層面上取得了突破和創(chuàng)新，引進(jìn)了BIM設(shè)計(jì)理念，在以Revit系列軟件為平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維信息化設(shè)計(jì)。借助強(qiáng)大的Revit Ar?chitecture、Revit Structure、Revit MEP軟件，將之前孤立的數(shù)據(jù)和信息整合在一個(gè)平臺(tái)上，這樣各專業(yè)數(shù)據(jù)共享、信息順暢便成為現(xiàn)實(shí)。

下面以煤磨車間為例探討一下三維協(xié)同設(shè)計(jì)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用（見圖4）。

煤磨車間三維設(shè)計(jì)充分運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)方法的改變，建立以BIM為核心的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。在施工圖設(shè)計(jì)過程中，天津院通過建立網(wǎng)絡(luò)中心文件的方式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。每個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)者建立自己的本地文件，建立本專業(yè)的工作集（見圖5），啟動(dòng)文件編輯權(quán)限。在三維項(xiàng)目進(jìn)行過程中，工藝專業(yè)進(jìn)行工藝布置、非標(biāo)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)、建筑根據(jù)工藝布置設(shè)計(jì)樓板、梁柱、樓梯，這個(gè)過程幾乎是同步進(jìn)行的，如果資料發(fā)生變更，設(shè)計(jì)者只需在協(xié)同平臺(tái)上及時(shí)發(fā)布和更新自己的設(shè)計(jì)成果，保存到網(wǎng)絡(luò)中心（見圖6）。這樣每個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)者保存一下網(wǎng)絡(luò)中心，本地文件就會(huì)自動(dòng)更新同步，哪個(gè)地方作了修改馬上就能看到，這樣的工作平臺(tái)使每一位設(shè)計(jì)者在同一個(gè)項(xiàng)目模型下工作。此舉將二維的串行工作模式改為各專業(yè)并行，并實(shí)現(xiàn)各專業(yè)文件實(shí)時(shí)交互，同步構(gòu)建整體項(xiàng)目的BIM三維項(xiàng)目信息模型。在設(shè)計(jì)過程中可以主動(dòng)地消除各專業(yè)的碰撞問題（見圖7），而不必全部依賴于設(shè)計(jì)后校審的碰撞檢查，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，各專業(yè)設(shè)計(jì)師能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行討論和修正，將整個(gè)設(shè)計(jì)流程整合起來。這樣既加快了前期的設(shè)計(jì)進(jìn)度，也避免了后期大量變更和修改，提高了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升了項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)進(jìn)度。

基于三維協(xié)同設(shè)計(jì)在煤磨車間的運(yùn)用，各專業(yè)能夠精確統(tǒng)計(jì)出材料量，輸出材料清單。工藝專業(yè)統(tǒng)計(jì)出非標(biāo)準(zhǔn)件用各種規(guī)格鋼板、螺栓、螺母、墊圈的用量；結(jié)構(gòu)專業(yè)統(tǒng)計(jì)出混凝土用量（見圖8）；建筑專業(yè)統(tǒng)計(jì)出門窗、鋼梯的量；電氣專業(yè)統(tǒng)計(jì)出電纜、橋架的量，這些數(shù)據(jù)都會(huì)對(duì)項(xiàng)目的投標(biāo)報(bào)價(jià)，提供很大的幫助，對(duì)項(xiàng)目的預(yù)投提供精確的數(shù)據(jù)支持，降低工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。

BIM模型還可以通過圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動(dòng)獲得2D圖紙，并可以提取出其他的文檔，如工程量統(tǒng)計(jì)表等，還可以將模型用于能耗分析、日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析等諸多方面。

4 結(jié)論

三維協(xié)同設(shè)計(jì)模式是目前最先進(jìn)的、協(xié)同關(guān)系最緊密的實(shí)時(shí)協(xié)同模式，多專業(yè)在并行設(shè)計(jì)中相互協(xié)調(diào)，減少了協(xié)同過程中的障礙，將設(shè)計(jì)問題消除在初始狀態(tài)，而不必全部依賴于設(shè)計(jì)后校審的碰撞檢查。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，各專業(yè)設(shè)計(jì)師能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行討論和修正，極大縮短了設(shè)計(jì)周期，有利于工程材料量的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，提高了工程設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。采用三維設(shè)計(jì)方法可以對(duì)工程中的各設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)模型與實(shí)際工廠唯一對(duì)應(yīng)，提高設(shè)計(jì)的完整性和直觀性。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)更多是提高設(shè)計(jì)+建造+運(yùn)營(yíng)的綜合效率，而非單一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的效率。對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來說，三維設(shè)計(jì)需要增加信息量的輸入，增強(qiáng)了各設(shè)計(jì)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，信息量的增加和關(guān)聯(lián)關(guān)系的緊密結(jié)合體現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計(jì)的理念，為建造和運(yùn)營(yíng)提供了可管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)的綜合效率得到充分體現(xiàn)。從市場(chǎng)策略來看，采用三維協(xié)同的技術(shù)方法在投標(biāo)過程中得到業(yè)主更高的認(rèn)可度。

未來的協(xié)同設(shè)計(jì)，將不再是單純意義上的設(shè)計(jì)交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設(shè)計(jì)過程的核心技術(shù)和方法。借助于BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，協(xié)同的范疇也將從單純的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期，需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等各方的集體參與，從而帶來綜合效率的大幅提升。當(dāng)前的BIM還存在一些缺點(diǎn)，BIM的發(fā)展也應(yīng)推動(dòng)行業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的改變，制定一個(gè)既不限制創(chuàng)作又可供審核的三維標(biāo)準(zhǔn)才是BIM發(fā)展所需要的。隨著BIM的發(fā)展，三維替代二維將不是遙遠(yuǎn)的事。

The Application of the 3D Collaborative Design in Cement Engineering

XIANG Chong,LIU Gang
(Sinoma International Engineering(Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

As the rapid improvement of informatization and computer aided design in construction industry,the conversion and upgrading from two-dimensional to three-dimensional has become the inevitable trend of engi?neering design and construction,the collaborative designing based on the 3D(three-dimensional)would bring technological revolution for the construction industry.This paper mainly introduces application of 3D collabora?tive designing in cement engineering,including the design way,the design process and the idea of 3D collabora?tive design,establishing seamless communication between designing and construction,realizing the effective in?teraction of information,reducing the fault rate,improving design quality,and decreasing the project cost.All of these advantages of 3D collaborative design would bring the project management to a high level.

3D collaborative design;working set;central file;building information modeling(BIM)

TQ172.8

A

1001-6171（2012）05-0031-03

通訊地址：中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2012-02-21；

呂 光