基于逆向工程的BIM技術在卷煙廠小改小革中的應用

許雷 葉學華

摘 要：煙草企業(yè)為了適應新工藝、新技術的要求，都會進行大規(guī)模技術改造。在技改完成后，為充分挖掘新工藝和新技術的優(yōu)勢，經(jīng)常會在既有現(xiàn)狀的基礎上進行小改小革，以便在提高產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的同時降低成本和消耗。為解決傳統(tǒng)的CAD制圖軟件只能顯示二維平面模型的弱勢，在進行小改小革的方案論證時，通過引入逆向工程技術，借助三維激光掃描技術，對現(xiàn)狀進行摸排，建立現(xiàn)狀BIM模型，在此模型中進行方案論證時，較為直觀高效，且能快速進行管道碰撞檢查，得到優(yōu)化報告和施工圖紙，指導后續(xù)項目實施。

關鍵詞：逆向工程;BIM技術;協(xié)同作業(yè);小改小革

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0087-02

0 引言

隨著煙草市場需求的不斷升級，卷煙的內(nèi)在品質(zhì)迫切需要升級維護，以滿足消費者個性化需求。卷煙作為特殊的消費品，其產(chǎn)品質(zhì)量受環(huán)境（溫度、濕度等）影響較大。為適應卷煙工藝不斷提升，保障產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，需要對生產(chǎn)車間環(huán)境條件進行改善。卷煙生產(chǎn)聯(lián)合工房空調(diào)、暖通、消防、送絲、除塵等管道錯綜復雜，在經(jīng)歷各期技改后，已經(jīng)很難完成其他管道優(yōu)化布局。為減少新增管道實施工程遇到的碰撞問題，本文以曲靖卷煙廠裝封箱間改造為例，利用BIM（Building Information Modeling）逆向技術，對現(xiàn)狀進行還原，采用BIM進行逆向建模，仿真新增管道的安裝實施過程，在減少碰撞降低施工難度的同時，高效完成改造方案的實施。在改造與生產(chǎn)協(xié)調(diào)困難等既有建筑改造技術難題的同時，能獲得現(xiàn)狀原始圖紙資料，為實現(xiàn)智能智造奠定基礎。

1 逆向工程

1.1 逆向工程

建筑信息模型（BIM）是以三維數(shù)字技術為基礎、集成了建筑工程項目各種相關謝謝的數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設施實體與功能性的數(shù)字化表達。逆向工程（又稱逆向技術），即通過技術手段對得到現(xiàn)狀的數(shù)字模型，以該模型為基礎，進行逆向分析及研究，模擬小改小革的改造實施過程[1]。

1.2 逆向工程的關鍵技術

逆向工程的關鍵技術主要有：三維激光掃描數(shù)字化測量、測量數(shù)據(jù)預處理、三維重構(gòu)、坐標配準和誤差分析。其中三維重構(gòu)就是由測量數(shù)據(jù)生成三維實體模型的過程，主要使用的軟件有Imageware Surfacer、Geomagic Studio、CopyCAD、RapidForm等。

1.3 三維點云模型構(gòu)建

利用三維激光掃描儀獲得的點云數(shù)據(jù)，可以直接導入Imageware軟件或FARO三維激光掃描儀scene中進行一系列的處理，最終生成三維實體模型，實施的技術流程為：三維激光掃描→點云數(shù)據(jù)拼接→完整點云模型→基于點云的模型創(chuàng)建[2]。

SCENE是面向?qū)I(yè)用戶的全方位3D點云處理和管理工具。該軟件用于查看、管理和處理從三維激光掃描儀獲取的三維掃描數(shù)據(jù)。具體處理步驟如：

（1）設備原形的數(shù)字化。采用激光掃描儀測量裝置獲取零件原形表面點的三維坐標值，即點云數(shù)據(jù)。（2）從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設計與加工特征。（3）設備原形CAD模型的重建。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。在三維激光掃描儀SCENE中選擇自動拼接，用標靶球進行簡單高效預處理，最終獲得精確點云模型。

2 逆向工程的運用

本文以曲靖卷煙廠現(xiàn)有裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部加裝空調(diào)風管為例，利用三維激光掃描技術，獲得該區(qū)域三維數(shù)字實體模型，仿真加裝風管及風口實施方案，有效減少碰撞，降低施工難度，對其他管道類技術改革具有較強的借鑒意義[3，4]。

2.1 裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部現(xiàn)狀

在技改完成后，現(xiàn)有裝封箱間區(qū)域內(nèi)暖通、空負壓、水汽氣等管線錯綜復雜，管道新增及后續(xù)施工難度較大。通過三維激光掃描，構(gòu)建三維實體模型，裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部現(xiàn)狀詳細示意如圖1所示。

2.2 裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部BIM模型及新增風管平面圖

根據(jù)裝封箱間設備布局和工藝要求，根據(jù)生產(chǎn)車間溫濕度要求，新增空調(diào)風管送回風管及風口，在BIM三維信息模型中得到對應模型，進而得到后續(xù)施工方案。新增風管BIM模型與平面圖對比如圖2所示。

2.3 BIM模型優(yōu)化報告及施工圖

通過逆向工程的BIM模型和實景現(xiàn)狀（或三維點云模型）分析，得到優(yōu)化報告，及時發(fā)現(xiàn)碰撞及施工問題，有效降低施工難度。在本次裝封箱間新增空調(diào)風管改造中，主要存在問題和優(yōu)化建議如下：

（1）KJ8回風主管。問題說明：由KJ8回風主管引出的回風管，主管按原設計位置拐彎較多，施工平面圖難度大;2軸與3軸之間的回風口原設計位置與排煙主管碰撞。優(yōu)化建議：由KJ8回風主管引出的回風管向北移動至H1軸往北第一根吊桿北側(cè)安裝;2軸與3軸之間的回風口向東南移動。KJ8回風主管碰撞模型圖紙對比如圖3所示。

（2）KJ9送風主管。問題說明：由KJ9送風主管引出的送風管2軸與3軸之間的送風口下穿燈帶;送風口與回風口距離較近，影響空調(diào)功能及溫濕度控制。優(yōu)化建議：2軸與3軸之間的送風口;北側(cè)和中間兩排在原設計位置基礎上向北移動避開燈帶。KJ9送風主管碰撞模型圖紙對比如圖4所示。

（3）KJ6送風主管。問題說明：由KJ6送風主管引出的送風口原設計位置上方有空調(diào)送回風主管，剩余空間狹小，施工難度大。優(yōu)化建議：由KJ6引出的送風口向南大空間移動，均布置送風管。KJ6送風主管碰撞模型圖紙對比如圖5所示。

3 結(jié)語

本文將基于三維激光掃描的逆向工程技術引入到工廠改造項目中，進行逆向數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集，獲取項目現(xiàn)狀的原始技術資料，能夠模擬小改小革的施工過程，有效解決施工過程中碰撞等難題，解決了既有工程改造過程中存在的技術難點。通過底層統(tǒng)一規(guī)則編碼+自主平臺開發(fā)，自主研發(fā)工廠信息基礎運營平臺，可解決現(xiàn)有工廠建設模式下的建設階段與生產(chǎn)階段之間的數(shù)據(jù)割裂問題，拓展現(xiàn)有工廠的數(shù)字化運營管理，基于逆向工程的BIM技術在工程全生命周期運維，為建設智慧工廠，構(gòu)建MBE（基于模型的企業(yè)Model Based Enterprise），實現(xiàn)智能制造奠定基礎。

參考文獻

[1] 謝婷，張曉玲，孫亦軍，等.BIM技術在機電管線綜合深化設計中的應用[J].建筑技術，2016（8）：727-729.

[2] 王建宇，王昕妍.二次開發(fā)實現(xiàn)從AUTOCAD到REVIT快速翻模技術研究[J].土木建筑工程信息技術，2015（3）：111-115.

[3] 張人友，王珺.BIM核心建模軟件概述[J].工業(yè)建筑，2012（S1）：66-73.

[4] 王樹友.BIM技術在施工階段的應用研究[J].價值工程，2015（30）：216-218.