三維協同設計在水泥工程中的應用

相沖，劉剛

三維協同設計在水泥工程中的應用

相沖，劉剛

隨著工程建設行業計算機輔助設計及信息化水平的不斷提高，二維向三維的轉換和升級已經成為工程設計和建設的必然趨勢，基于三維設計軟件的協同設計將給工程建設行業帶來一場技術革命。本文著重介紹了三維協同設計在水泥工程領域的應用，闡述了三維協同的設計方式、設計流程和設計理念。通過三維協同設計，在設計和施工之間建立起無縫的溝通橋梁，實現有效的信息交互，減少錯誤率，提高設計質量，降低項目成本，將項目管理提升到一個新的高度。

三維協同設計；工作集；中心文件；建筑信息模型（BIM）

1 引言

近年來三維設計已經逐步在建筑領域得到應用，而國內的水泥行業還是一直按照傳統的二維方法來設計。整條水泥生產線車間多、設備雜，涉及到工藝、結構、建筑、電氣、水道、暖通等專業，設計難度比較大。設計從工藝專業開始，先做工藝系統設計，然后工藝專業向其他專業提資料圖，結構專業根據工藝專業的資料，布置樓板、柱子、梁，建筑專業根據工藝專業的資料布置樓梯、鋼平臺等，電氣專業、水道暖通等專業布置本專業的設施，然后工藝專業再進行穿圖查返，查返過程中如果有問題還要和其他專業及時溝通，是一種串行的工作模式。一旦設備資料或布置發生改動，那么工藝設計師需要對資料做相應的調整，并及時向其他專業提資料變更，以便其他專業做相應的調整。而在這個過程中，各專業間的數據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各專業間的設計變更，那么就會造成最終各專業的施工圖紙對不上，無法正確銜接，給現場施工造成很大影響。比較常見的現象：工藝非標或設備與結構梁柱相撞、建筑門窗與結構梁相撞，還有就是黑白錯誤等等。而設計中的資料變更是不可避免的，以往的設計方法，各專業之間的圖紙不能同步修改，只能靠人力花更多的時間來進行各自的圖紙修改，因此各專業的設計圖紙之間缺乏關聯協調就成了設計中所遇到的主要問題。據研究表明，工程項目約有30%成本消耗在團隊成員溝通協調過程中，各管理模塊實時獲取項目海量數據存在巨大困難，數據傳輸不及時致使管理流程變得更加復雜。

2 三維協同設計的概念

三維協同設計是以三維數字技術為基礎，以三維設計軟件為載體，設計團隊為了共同實現或完成一個設計目標或項目共享數據、信息和知識，在并行工作模式下完成工作任務的設計方法。

三維協同設計將以設計圖紙為目標的設計方式轉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。設計師們只需要建立合理的三維模型，將設計精力和資源用于模型的建立，而通過三維協同軟件平臺，可以直接對內容的有關數據進行統一儲存和輸出，并且直接生成施工圖，而無需像以往一樣，將大量的精力花費在圖紙的繪制和修改上。

在三維協同設計平臺下，設計師們首先按設計要求建立合適的三維模型，再從三維模型直接生成二維施工圖。從三維模型生成二維施工圖，是由協同設計中的三維系統軟件來完成的。通過指定視口中的顯示配置和指定所在視口中的某個方向查看視口中顯示的對象，可產生不同的顯示畫面，如平面圖、平面基礎圖、立面、三維模型和示意圖顯示等，幾乎不需重新繪制任何對象。

利用BIM（建筑信息模型）的設計過程：

通過建立三維模型、輸入參數創建BIM文件，并始終圍繞其來完成設計過程。

三維模型可以提供直觀的參照，幫助專業間的交流討論。

所有專業文件始終集成在同一文件中。

對設計內容進行統計、檢測等處理，并用于未來的工廠管理。

三維協同設計方式：

在三維建模過程中，基于Revit平臺軟件，主要可以采用以下三種協同方式：（1）網絡中心工作集方式（見圖6），將項目文件建立工作集作為中心文件存放到網絡位置，各成員建立本地文件副本，各成員將所做的修改發布到中心模型中，所有成員都可以隨時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之間模型關聯度比較高的情況，各專業根據需要通過工作集，進行權限控制和權限轉移，能有效解決工作中模型協同和技術交流。但是項目文件過大的話會對協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目文件，各自在獨立的項目文件中設計，通過網絡鏈接的方式鏈接其他成員的項目文件，也可以根據需要對其項目文件中的模型進行復制。這種方式適合于項目之間沒有約束為獨立的項目或者是不同規程之間的協調。（3）模型獨立專有方式（見圖3），項目模型由專人負責，通過各專業設計師的指導，完成相應的設計工作。采用這種方式模型的問題就會相對減少，協調成本也隨之降低。

3 三維協同設計實施方案

經過幾年的探索，天津院的設計師們在技術層面上取得了突破和創新，引進了BIM設計理念，在以Revit系列軟件為平臺的基礎上進行三維信息化設計。借助強大的Revit Ar?chitecture、Revit Structure、Revit MEP軟件，將之前孤立的數據和信息整合在一個平臺上，這樣各專業數據共享、信息順暢便成為現實。

下面以煤磨車間為例探討一下三維協同設計在工程建設領域的應用（見圖4）。

煤磨車間三維設計充分運用BIM技術實現工程設計方法的改變，建立以BIM為核心的多專業協同設計。在施工圖設計過程中，天津院通過建立網絡中心文件的方式進行協同設計。每個專業的設計者建立自己的本地文件，建立本專業的工作集（見圖5），啟動文件編輯權限。在三維項目進行過程中，工藝專業進行工藝布置、非標設計，結構、建筑根據工藝布置設計樓板、梁柱、樓梯，這個過程幾乎是同步進行的，如果資料發生變更，設計者只需在協同平臺上及時發布和更新自己的設計成果，保存到網絡中心（見圖6）。這樣每個專業設計者保存一下網絡中心，本地文件就會自動更新同步，哪個地方作了修改馬上就能看到，這樣的工作平臺使每一位設計者在同一個項目模型下工作。此舉將二維的串行工作模式改為各專業并行，并實現各專業文件實時交互，同步構建整體項目的BIM三維項目信息模型。在設計過程中可以主動地消除各專業的碰撞問題（見圖7），而不必全部依賴于設計后校審的碰撞檢查，一旦發現設計問題，各專業設計師能夠實時進行討論和修正，將整個設計流程整合起來。這樣既加快了前期的設計進度，也避免了后期大量變更和修改，提高了項目的設計質量，提升了項目整體設計進度。

基于三維協同設計在煤磨車間的運用，各專業能夠精確統計出材料量，輸出材料清單。工藝專業統計出非標準件用各種規格鋼板、螺栓、螺母、墊圈的用量；結構專業統計出混凝土用量（見圖8）；建筑專業統計出門窗、鋼梯的量；電氣專業統計出電纜、橋架的量，這些數據都會對項目的投標報價，提供很大的幫助，對項目的預投提供精確的數據支持，降低工程項目的風險。

BIM模型還可以通過圖形運算并考慮專業出圖規則自動獲得2D圖紙，并可以提取出其他的文檔，如工程量統計表等，還可以將模型用于能耗分析、日照分析、結構分析、照明分析、聲學分析等諸多方面。

4 結論

三維協同設計模式是目前最先進的、協同關系最緊密的實時協同模式，多專業在并行設計中相互協調，減少了協同過程中的障礙，將設計問題消除在初始狀態，而不必全部依賴于設計后校審的碰撞檢查。一旦發現設計問題，各專業設計師能夠實時進行討論和修正，極大縮短了設計周期，有利于工程材料量的準確統計，提高了工程設計的經濟性。采用三維設計方法可以對工程中的各設計對象進行精確設計，三維設計模型與實際工廠唯一對應，提高設計的完整性和直觀性。

三維協同設計更多是提高設計+建造+運營的綜合效率，而非單一設計環節的效率。對設計環節來說，三維設計需要增加信息量的輸入，增強了各設計對象的關聯關系，信息量的增加和關聯關系的緊密結合體現了精細化設計的理念，為建造和運營提供了可管理的基礎數據，三維協同設計的綜合效率得到充分體現。從市場策略來看，采用三維協同的技術方法在投標過程中得到業主更高的認可度。

未來的協同設計，將不再是單純意義上的設計交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設計過程的核心技術和方法。借助于BIM的技術優勢，協同的范疇也將從單純的設計階段擴展到建筑全生命周期，需要設計、施工、運營、維護等各方的集體參與，從而帶來綜合效率的大幅提升。當前的BIM還存在一些缺點，BIM的發展也應推動行業內部標準的改變，制定一個既不限制創作又可供審核的三維標準才是BIM發展所需要的。隨著BIM的發展，三維替代二維將不是遙遠的事。

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：中國中材國際工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2012-02-21；

呂 光