Bentley 三維軟件在模型出圖中的應用

劉玉平，惠文博，雍士瑋

（上海市機電設計研究院有限公司，上海 200040）

1 引言

隨著人們生活水平的提高，“垃圾圍城”的現象日趨嚴重。因此，國家對“減量化、無害化、資源化”的垃圾發電廠和通過處理垃圾進行發電的方式越來越重視[1]。但是，垃圾發電廠房的設計，需要涉及多個專業，且廠區管線眾多、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。相比于傳統設計方式，其在工程設計方面，三維建模、協同設計、數字化交付、節能分析和碰撞檢測等方面的優勢非常明顯。作為一種新型的設計手段，BIM 技術正在引領工程設計模式的變革[2]。

本文基于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2 250 t/d 垃圾焚燒電廠技擴改項目，介紹和分享了運用Bentley 軟件在自動出圖中的應用和經驗。

圖1 上海電氣某垃圾焚燒發電項目效果圖

2 項目介紹

上海電氣南通環保熱電公司垃圾處理量為2 250 t/d。工程范圍包括：主廠房、綜合水泵房、辦公宿舍樓、110 KV配電所、冷卻循環水泵房、取水泵房、滲濾液處理車間、煙囪、水處理車間和污水處理站等建筑，以及廠區范圍內的道路、電纜溝和綜合管網。通過運用BIM 技術，開展了覆蓋全專業的三維建模、碰撞檢查、設計復核、模型渲染和工程漫游等工作，形成南通垃圾焚燒電廠三維模型、施工圖樣、設備及材料清冊等三維交付所需要的技術資料。圖1 是該項目全場模型展示。以下著重分享Bentley 軟件公司的Open Plant Modeler 軟件在BIM 模型出圖過程中的應用。典型建筑物三維模型如圖2～10 所示。

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 水處理車間設備模型

圖6 水處理車間總裝模型

圖7 廠房管道局部

圖8 主廠房管道模型總裝

圖9 主廠房內部設備管道模型

圖10 垃圾廠站全景圖

在項目實施初期，三維模型設計團隊根據專業，依次分為建筑、暖通、電氣、水工和熱機等小組，各專業小組根據圖樣分別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便利。

熱機專業設計內容主要包括主蒸汽管道（圖11）、主給水管道、鍋爐上水、疏水和排氣等管道，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、保溫層厚度和材質等信息，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利。

圖11 主蒸汽管道的相關屬性

由于前期建模工作的定位、標高準確，既方便了管道、設備整合工作（圖12），也為后續的碰撞檢測工作打好了基礎，提高了小組成員的工作效率。

圖12 主廠房設備、管道相關模型的初步整合

3 自動出圖

完成電廠三維模型之后，利用Micro Station 的動態視圖功能，可方便地實現二維圖樣自動出圖，并在三維模型修改后，實現二維模型動態更新。理想的二維圖樣需要從三維建模階段開始提高制圖要求。

3.1 建模精細化程度

建模是三維設計的一項重要的工作，其中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，則后續模型組織、出圖將消耗更多的時間成本。模型過于簡單，則無法達到設計要求，無法體現設計者意圖。針對目前軟件硬件環境及實踐經驗，主廠房專業建模的基本要求如下：板、梁、柱、墻、大體積混凝土、樓梯和門等各系統應按照設計要求詳細建模，而對于孔洞、窗和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，或可以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，以達到既減小模型的體積，又能反映設計意圖的目的。再比如，設備應根據圖樣尺寸建模，但是設備中的螺栓、螺母可以不作處理。建模過程中，如果將全場模型螺母都加入建模文件中，電腦運行負荷過大，將不利于工作。簡化前后的模型如圖13 所示。

圖13 簡化與實際模型對比

隨著軟件、硬件技術水平的發展，可以在設計過程中適當提高建模精度，但這并不意味著只要有處理效率高的軟件或硬件配置高，就應該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，應該盡可能地簡化模型，以提高工作效率。

3.2 精選出圖模型

精選出圖模型，剔除不必要的元素，是提高效率的前提。考慮到模型的復雜性和時間成本，通常在出圖過程中無法對完整模型進行出圖，也沒有必要對整個模型進行出圖。因此，出圖模型選取是決定出圖質量高低，甚至能否成功出圖的重要步驟。在主廠房各專業管道布置圖中，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，可以極大地減小模型容量，保證出圖的完整性和質量。

3.3 分層次建模

在主廠房建模的過程中，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，否則會增加模型的復雜程度，影響工作效率。在本文的項目案例中，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和設備模型，總裝模型則參考各專業模型層，組合合成。

模型精細化程度直接影響模型的復雜程度，建模精確程度則直接影響到出圖質量。因此，要根據設計需要，考慮建模精細化程度，適當的建模精度既可以使三維模型滿足設計需要，又能提高工作效率。由三維模型得到的二維圖樣如圖14～18 所示。

圖14 水處理車間平面圖

圖15 水處理車間前視圖

圖16 ISO 圖示例

圖17 主廠房設備布置圖

圖18 管道布置平面圖

3.3 工程量計量

三維信息模型承載著整個項目全部的數據，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，可以對項目進行更準確的工程量計量。準確的工程量計量是工程成本計算的基礎，保證準確的工程量計量，既可以控制實際材料的支出，也可以從源頭把握住設計成本。該項目構件、管道的材料報表如圖19 所示[3]。

圖19 材料報表

4 結語

本文結合南通如皋垃圾電廠項目介紹了BIM 軟件在垃圾發電廠中的工程應用，展示了項目部分建筑和設備的布置圖以及管道和構件的材料報表，提出了在進行三維模型出圖過程中經常遇到的問題，并介紹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，提高了工程建設項目的整體實施效率。