三維軟件引領高效工程設計

文｜劉玉平 惠文博

在進行三維模型出圖過程中經常遇到各種問題，結合BIM 技術在南通如皋垃圾發電廠項目中的工程應用，給出了一些模型輕量化的工程經驗。BIM 技術的應用加快了項目的進度，控制了項目的成本，應盡快推廣到更多環保項目中。

圖1 上海電氣某垃圾焚燒發電項目效果圖

隨著人們生活水平的提高，“垃圾圍城”的現象日趨嚴重。國家對“減量化、無害化、資源化”的垃圾發電廠通過處理垃圾進行發電的方式越來越重視。但是，垃圾發電廠房設計中涉及多個專業，管線眾多、排列復雜，設備布置要求相對集中，采用傳統設計方式，存在著圖形表達和專業協同等諸多缺陷，一定程度上影響了整體工程的設計質量。BIM 技術強調工程建設項目的全面信息化，強調信息模型和管理流程在工程建設全生命周期中的應用。其中，在工程設計方面，其三維建模、協同設計、數字化交付、節能分析、碰撞檢測等優勢顯露無遺。作為一種新型的設計手段，它正在引領這一場工程設計模式的變革。

信息匯集支撐項目數字化運維

圖2 主廠房建筑結構

圖3 主廠房辦公樓建筑模型

圖4 滲瀝液車間建筑模型

圖5 水處理車間總裝模型

圖6 主廠房內部設備管道模型

圖7 垃圾廠站全景圖

以上海電氣環保集團上海市機電設計研究院有限公司（簡稱機電院）承接的南通如皋2250t/d 垃圾焚燒電廠技擴改項目為例，上海電氣南通環保熱電公司垃圾處理量為2250t/d，工程范圍包括：主廠房、綜合水泵房、辦公宿舍樓、110KV 配電所、冷卻循環水泵房、取水泵房、滲濾液處理車間、煙囪、水處理車間、污水處理站等建筑和廠區范圍內的道路、電纜溝以及綜合管網。通過運用BIM 技術，開展了全專業的三維建模、碰撞檢查、設計復核、模型渲染、工程漫游等工作，形成南通垃圾焚燒電廠三維模型、施工圖紙、設備及材料清冊等三維交付所需要的技術資料。典型建筑物三維模型如圖2～圖7 所示。

在項目進行初期，三維模型設計團隊根據專業，依次分為建筑、暖通、電氣、水工、熱機等小組，初期各專業小組根據圖紙分別各自獨立進行三維模型的設計工作。主廠房軸網的搭建是項目建模的第一步，主廠房的軸網是各專業建模定位標高的基準，為后續模型的總裝提供了極大的便利。

熱機專業設計內容主要包括主蒸汽管道、主給水管道、鍋爐上水、疏水、排汽等管道。以熱機專業模型為例，使用Open Plant Modeler軟件進行熱機管道的搭建，可以實時查看管道屬性，包括管徑、壁厚、保溫層厚度、材質等信息，這一系列管道信息的錄入也為廠區后期數字化運維提供了便捷。

由于前期建模工作的定位、標高準確，因此，在進行管道、設備整合時更加方便，也為后續的碰撞檢測工作提供了很大的便利，提高了小組成員的工作效率。

自動出圖提高工作效率

完成電廠三維模型之后，利用MicroStation的動態視圖功能，可方便的實現二維圖紙自動出圖。三維模型修改后，二維模型能實現動態更新，想要出取理想的二維圖紙，對三維建模也存在一些要求。

建模精細化程度。建模是三維設計的一項重要工作，三維建模精細化程度的選取是至關重要的一個方面。模型過于精細，后續模型組織，出圖將消耗更多的時間成本；模型過于簡單，則無法達到設計的深度，無法體現設計者意圖。針對目前軟件硬件環境及實踐經驗，主廠房專業建模基本要求如下：板、梁、柱、墻、大體積混凝土、樓梯、門等各系統應按照設計要求詳細建模，而對于孔洞、窗、欄桿等則可以根據設計需要進行適當的取舍。比如大孔洞（樓梯孔等）必須在模型中體現，而管路開孔、橋架開孔則不必體現或視不同階段出圖要求酌情體現。又比如，樓梯應該按照設計要求建模，而欄桿則可根據設計深度要求進行簡化或者不做處理，以減小模型的體積，又能反映設計意圖。再比如，設備應根據圖紙尺寸建模，但是設備中的螺栓、螺母不作處理。建模過程中，如果將全場模型螺母都加入建模文件中，電腦運行負荷將多大，不利于工作。簡化前后的模型如圖9-圖10 所示。

隨著軟件硬件水平的發展，可以適當提高建模精度，但并不意味著只要有處理效率高的軟件和硬件配置高就盡可能提高建模精度，因為建模精度越高，消耗的各種成本就越高，在能滿足設計和工程需要的建模精度下，應該盡可能的簡化模型，以提高工作效率。

精選出圖模型，剔除不必要的元素，是提高效率的前提。基于模型的復雜性及時間成本的考慮，無法將整個完整模型進行出圖，也沒有必要選取整個完整的模型進行出圖。因此，出圖模型選取是出圖質量高低，出圖能否成功至關重要的一步。主廠房各專業管道布置圖，其中大部分是各層平面圖，因此篩選模型的時候可以按照分層原則，只選取跟出圖模型有關的各層模型，可以極大的減小模型容量，保證出圖的完整性和質量。

圖9 簡化模型

圖10 實際模型

圖11 材料報表

分層次建模。主廠房建模應分層次建模，應用參考關系組裝模型，分層次建模雖然會適當增加模型的復雜性，但可以使各建模保持獨立性，條理層次清晰，不同人可以同時對各層進行操作，提高工作效率；分層次建模是后期出圖模型篩選的前提條件，可以提高后期出圖效率。但層次不宜過多，參考關系不宜過于復雜，否則會加大模型的復雜程度，影響工作效率。本次項目，各個專業都采用分層次建模的思路，每層模型包括每個專業所有的管線模型、設備模型，總裝模型參考各專業模型層，組合合成。

模型精細化程度直接影響模型的復雜程度，建模精確程度將直接影響到出圖質量。因此，根據設計需要考慮建模精細化程度，提高建模精度，可以使三維模型滿足設計需要，提高工作效率。

工程量計量。三維信息模型承載著整場全部的數據，利用OPM 對經過碰撞檢查及輕量化處理后的模型進行材料統計，可以對項目進行更精準的工程量計量。而準確的工程量計量是工程成本計算的基礎，控制了實際材料的支出，從源頭把住了設計成本。圖11 是該項目構件、管道的材料報表。

結合BIM 技術在南通如皋垃圾垃圾發電廠項目中的工程應用，通過對全廠建筑、管線模型出圖，對垃圾發電廠模型精細化程度進行了分析。結果表明，在能滿足設計和工程需要的建模精度下，應該盡可能的簡化模型，以提高工作效率；BIM 技術的應用加快了項目的進度，控制了項目的成本，應盡快推廣到更多環保項目中，這對于工藝復雜的電廠設計起到了巨大的借鑒作用。