數字化設計在水泥廠設計中的應用

陳治剛，王團峰（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 ）

0 引言

隨著“中國制造2025”和“智能制造”上升為國家戰略，信息化進程的加快及數字化技術普及，以數字化設計為核心的協同設計模式已成為可能。水泥生產作為傳統工業，其信息化與數字化程度落后于其他新興產業，面對全球性的環保、能耗、管理等標準不斷提高，水泥行業迫切需要實現從設計、施工到生產運維上的技術變革。

目前水泥廠設計大多還依賴于成品化的CAD設計軟件，數據不能有效傳遞與結構化存儲，設計過程比較繁瑣，材料統計容易疏漏，影響設計質量的同時也無法滿足未來水泥工業數字化、智能化運維對數據的要求。因此開展數字化設計的研究，已成為行業設計發展的必然選擇。

1 數字化設計平臺

數字化設計是指在工程設計階段對工程數據源進行標準化、結構化的科學管控，使用BIM三維數字建模技術對建設項目數據與模型有機結合，實現建設項目的平臺化、數字化交付的方法和技術。通過數據的集成和共享，可促進設計人員提高工作效率，同時還能降低人為錯誤的發生率，從而提高工作質量[1]，數字化設計的3D模型將為水泥工廠的施工、運維管理等奠定數據基礎。

數字化設計平臺作為開展數字化設計的基礎，通過對數據管理系統和設計工具平臺的集成開發，實現在設計過程中對工程數據的準確高效收集，從而實現對整個設計過程的數字化建設。

1.1 設計數據標準化管理

數字化設計的核心是數據驅動設計，因此數據的準確度、完整度與傳遞效率決定了數字化設計的質量。在水泥工廠設計中，數據涵蓋工藝、結構、建筑、水道、暖動、電氣、新能源等各個專業。通過對各專業工程設計中涉及的設備數據、族庫模型、二維圖形、設計標準等數據的收集，對上述數據的標準化、規范化處理，建立符合設計管理要求的設計數據管理平臺，實現設計數據錄入、調用、維護等過程的統一管理，從而為數字化設計奠定統一的數據基礎。

1.2 數字化設計管理

設計過程的管理，是數字化設計高效與否的關鍵。通過對設計過程進行梳理分析，建立一體化協同設計管理平臺，規范設計流程和設計標準。通過建立工程設備編碼體系，貫通數據全過程，實現精細化管理工程完整數據（工程信息、設備信息、廠家資料等）的目的。通過優化專業間配合流程和方式，使各專業間的協調配合均在協同平臺下按標準流程完成。通過計劃管理與圖檔管理平臺集成，實現設計過程與成果存儲聯動，滿足設計實時關聯與更新。在集中化的工程數據與圖檔平臺管理模式下，實現工程設計成果的快速移交與發布，滿足工程施工階段應用需求。

1.3 專業設計工具集成

在數字化設計平臺內，通過統一的設計數據管理及設計管理平臺的支撐，建立覆蓋全專業的設計工具平臺。滿足水泥工程工藝、電氣、水道、暖動、結構、建筑、總圖等各專業開展數字化設計的需求。實現各個專業的流程圖設計、系統圖設計、模型設計等設計內容的整合，實現各專業多軟件之間的數據傳遞、協同、交互等。從而提高設計各方的良好互動，提高設計工作效率與設計技術水平。

1.4 輕量化協同管理

輕量化技術是3D數字化模型應用的重要技術手段。在數字化設計計平臺內，建立面向設計的輕量化校審及信息展示平臺，實現對工程設計模型三維瀏覽校審、設備模型屬性查詢、校審意見回傳等功能，提高校審人員校審體驗和效率；同時也可滿足作為業主對于水泥工程建設的階段性成果瀏覽需求，輔助業主對工程進度監測，提高協調決策效率。

2 應用簡介

數字化設計平臺的應用，使系統圖中的符號與三維模型指向同一數據源，建立嚴格關聯關系，保證了系統圖與三維布置邏輯對應，不僅為工程提供了外在的可視化模型，還為信息在項目各環節的傳輸打下了基礎。以下以某日產4000t熟料水泥生產線為例，對設計流程做簡要說明。

2.1 項目創建

項目創建由項目負責人在平臺中完成，包括項目名稱、子項代號及名稱、參與人員及其權限、設計進度計劃等，設計人員登錄平臺便可到對應圖檔下進行相關設計操作。

2.2 工程信息配置

平臺包含公共數據庫與工程數據庫。工程參數配置見圖1。公共庫中為標準設計數據，各專業負責人根據本項目實際情況，從公共庫中將設備選型到工程庫，作為工程設計庫，設計人員的設計將在此庫范圍內進行。同時對流程圖中標注樣式及管線樣式等設計樣式進行配置，以滿足本項目的設計需求。

圖1 工程參數配置

2.3 流程圖設計

需要繪制流程圖（原理圖）的專業，設計人員通過登錄設計平臺打開CAD，CAD端會自動生成對應圖檔目錄及權限配置，設計人員在分配權限的圖檔目錄下開展流程圖設計。

在流程圖設計過程中，設計人員可通過設備布置，從圖例庫中調用設備圖例。定義設備所屬車間并定義設備之間的關系，如并列關系或主從關系，通過賦值標注工具可提取圖面所有的設備信息，對設備進行賦值標注。

為提高設效率，規范設計標準，平臺數據庫中包含生產系統組合方案，如收塵系統，輸送系統等，以及標準流程圖，設計人員可直接從方案庫中調用對應車間參考方案。以本項目煤粉制備及輸送車間為例，可從方案庫中調用一套流程圖，根據本項目實際情況進行修改。

設計數據的準確與否關系著數字化設計質量。通過提取，將整個圖面中存在的設備顯示出來，自動編碼功能保證了設備編號的唯一性，該編碼將作為設備的唯一標識貫穿全生命周期。通過賦值，將設計參數賦值給對應圖例，見圖2。通過發布，將所有的信息存儲于數據庫中，為后續應用提供數據支撐。

圖2 設備賦值

2.4 設備材料表導出

設備材料表是設計的重要部分，通過材料統計，可一鍵生成設備材料表，并可根據工程需要切換中英文版，見圖3。篩選功能可實現將項目或子項中某一類設備篩選導出，對設備功率屬性等進行篩選導出。

圖3 設備材料表配置

2.5 模型關聯

在完成流程圖設計后，通過發布將圖紙信息存儲到數據庫中，設計人員通過設計平臺打開Revit模型。建模使用的設備族可從平臺數據庫中調用，也可從族庫中調用。考慮到工藝專業設備外形因型號或生產廠家不同差別較大，本項目采用從族庫調用設備模型的方式開展三維設計。

在Revit端通過系統賦值工具，可調用從CAD端發布的流程圖，選中對應圖例，賦值給三維設備模型，便實現了流程圖與三維模型的關聯。若流程圖中設備參數需要修改，修改完成后再次發布，三維模型中的信息會對應自動更新，無需再次關聯。打開設計屬性工具欄，點擊設備模型，可直接查看設備屬性，見圖4。

圖4 設計屬性查看

2.6 協同設計

本項目通過鏈接文件的模式展開協同設計。通過平臺鏈接管理，可將車間對應的其他專業的模型鏈接到本專業文件當中。通過鏈接協同，能夠實時反映相關專業的設計進度，查看各專業間是否存在碰撞等問題，以便及時優化設計方案。各車間模型更新后，平臺會自動提示，方便設計人員及時更新。

2.7 輕量化校審

在完成設計后，設計人員可將模型提交至輕量化校審平臺。校審人員可在輕量化校審平臺進行校對審核，校審信息也可回傳至REVIT端供設計人員查看并以此為依據對模型、參數等進行修改。

3 數字化設計應用前景

3.1 數字化交付

數字化交付區別于傳統工程設計（以紙介質為主體）的交付方式，是通過數字化集成平臺，將相關設計成品以標準數據格式提交給業主的成品交付方式，也稱為數字化移交[2]，即在向業主交付實物工廠的同時，交付以集成數據為基礎的虛擬工廠。

水泥行業傳統的紙質交付與電子文檔交付，大量的圖紙除了資源浪費外，對資料的保存與管理也較為繁瑣。在工廠建設階段，由于二維圖紙表達的局限性，為安裝施工人員明確設計的意圖帶來一些困難。而數字化交付通過集成設計數據的3D數字化模型，實現“所見即所得”，通過模型拆分、安裝指導、設計數據的快速查閱等功能，將為水泥工廠的施工和管理提供新的思路。數字化工廠管理模式的運用，不僅能將階段性的決策、建設、改造階段的工廠信息串聯起來，而且在工廠建設階段，能起到縮短建設周期，節約建設投資的重要作用[3]。

3.2 水泥工廠智能運維

數字化設計使得設計信息可以貫穿項目的全生命周期。依托于3D數字模型的數據集成特性，將為傳統工廠智能運維提供數據基礎的同時促進數字化、可視化智能工廠運維的實現，更好的為工廠平穩運行保駕護航。

4 結語

在水泥行業由于BIM技術的價值未被完全挖掘以及水泥工廠設計標準化程度低、工期緊等特點，數字化設計的推廣應用還屬于起步階段。但數字化設計的推廣符合水泥行業的內在需求與長遠利益，隨著水泥行業智能工廠的建設，水泥工廠數字化設計也必將成為未來的發展趨勢。