BIM在棉紡織廠設(shè)計(jì)上的應(yīng)用探討

胡文軍　孫曉明　方丹丹

摘? 要：該文探討B(tài)IM在棉紡織廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過(guò)紡織工藝專業(yè)與公用工程專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與配合，將滿足紡織生產(chǎn)所需的設(shè)備排列、運(yùn)轉(zhuǎn)操作等信息與建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等公用工程的配套設(shè)施等信息交互形成三維虛擬的棉紡織廠設(shè)計(jì)模型，利用BIM強(qiáng)大的計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)紡織廠設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)信息的一次自動(dòng)檢查、自動(dòng)提示，以至于修改、完善設(shè)計(jì)文件，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：BIM? 棉紡織廠設(shè)計(jì)? 三維建模? 信息處理? 設(shè)計(jì)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TU2 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）02（c）-0078-03

Abstract： This paper discuss the application of BIM in the design of cotton mills by professional textile technology and public engineering coordination and cooperation between， will meet the textile production equipment needed for the arrangement， operation information such as the operation and? Architecture，Structural Mechanics，Plumbing discipline，Electrical professionals information such as the interaction with the utility of 3D virtual design model of cotton textile factory， using the powerful calculation function of BIM， various professional design information in the process of textile design a automatic inspection and automatic prompt， that modify， perfect the design documents， improve the quality of design.

Key Words： BIM; Cotton mill design; 3D modeling; Information processing; Design quality

紡織工業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高技術(shù)裝備在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用更加深入和廣泛，紡織工業(yè)的技術(shù)裝備、工藝過(guò)程的自動(dòng)化程度、產(chǎn)品檔次、種類的多樣性以及經(jīng)營(yíng)管理模式都發(fā)生了巨大變化。因此，為適應(yīng)紡織工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，紡織廠的設(shè)計(jì)同樣要與時(shí)俱進(jìn)，在設(shè)計(jì)方面緊跟世界最新的設(shè)計(jì)思想，以提高紡織設(shè)計(jì)的水平和程度。

目前代表工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)是BIM（建筑信息模型）技術(shù)，BIM是英文“Building Information Modeling”的縮寫(xiě)，可以譯為“建筑信息模型”，是對(duì)一個(gè)建筑設(shè)施的實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化的設(shè)計(jì)表達(dá)方式。然而探討B(tài)IM的發(fā)展與應(yīng)用方面主要集中在民用領(lǐng)域[1，2]，在工業(yè)方面不足，尤其是紡織工業(yè)，棉紡織工廠作為一個(gè)功能要求較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、各工序設(shè)備排列要求緊湊、集中、溫濕度條件控制較苛刻等特點(diǎn)的大型建筑物，完全可以嘗試應(yīng)用BIM技術(shù)為棉紡織工廠設(shè)計(jì)提供完整、精確、數(shù)字化的設(shè)計(jì)資料，提升紡織工業(yè)化的設(shè)計(jì)水平。

1? 問(wèn)題與現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)進(jìn)入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是CAD輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)，已經(jīng)使工程設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)生了翻天覆地的變化，設(shè)計(jì)效率、精度、范圍都大大超越了以往的手工繪圖設(shè)計(jì)時(shí)代，極大地方便了廣大設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作，使設(shè)計(jì)過(guò)程中的修改、變更快捷，各專業(yè)之間互提資料方便，重復(fù)工作量大為減少，設(shè)計(jì)周期大為縮短，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)行業(yè)必不可少的設(shè)施之一。但隨著CAD二十多年的應(yīng)用，該工具的缺點(diǎn)和不足亦顯現(xiàn)出來(lái)，套圖后各專業(yè)各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，有限的溝通無(wú)法保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的完整，使得各專業(yè)間存在相互沖突、矛盾的問(wèn)題越來(lái)越多，設(shè)計(jì)質(zhì)量不能得到有效保障，在一些專業(yè)性強(qiáng)、工程復(fù)雜、工序較長(zhǎng)的領(lǐng)域顯得就更加明顯。

棉紡織工廠的設(shè)計(jì)就是一個(gè)以工藝專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)，其他公用專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、電氣）進(jìn)行配合的綜合性設(shè)計(jì)的過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，所牽涉到的內(nèi)容非常多，在滿足生產(chǎn)工藝的基本前提之下，讓各專業(yè)的設(shè)計(jì)工程師在平面圖上，需要把與工藝相配合的建筑、結(jié)構(gòu)、給水、排水、電氣、空調(diào)、除塵、空壓、自控、消防、排煙等進(jìn)行合理的布置，不沖突、不交叉，同時(shí)又能充分地與工藝設(shè)備相結(jié)合，是非常不容易的，尤其是在設(shè)計(jì)周期短、工作量大的情況下，顯得更加突出。進(jìn)展到施工階段，不僅各專業(yè)設(shè)計(jì)的矛盾躍然而出，甚至還會(huì)有適用規(guī)范過(guò)期、產(chǎn)品規(guī)格不統(tǒng)一等諸多種問(wèn)題，導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)工程師與施工工程師經(jīng)常會(huì)就出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行不斷的溝通和交流，不斷修改與完善，最終才能使項(xiàng)目完成，這樣一來(lái)會(huì)讓各方都感到非常疲勞、費(fèi)時(shí)，不僅返工重做，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)財(cái)，而且建設(shè)效率也受到很大的影響。

2? 解決方案

BIM技術(shù)是近2年來(lái)出現(xiàn)在建筑界中的一個(gè)新事物，是引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一種新技術(shù)，它的全面應(yīng)用將對(duì)建筑業(yè)界的科技進(jìn)步產(chǎn)生無(wú)可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度，使設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著提高，成本降低[5]。

自2011年住建部發(fā)布的《2011—2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》以來(lái)，基本上每年都會(huì)發(fā)布BIM相關(guān)政策，由此來(lái)推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用，影響建筑行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的重視，到目前為止，全國(guó)已經(jīng)有包括北京、上海、重慶等12個(gè)地區(qū)相繼出臺(tái)BIM政策，強(qiáng)制實(shí)行BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的使用與推廣，尤其是大型民用建筑的設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)的推廣與應(yīng)用方興未艾。

BIM將建筑信息模型以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)信息進(jìn)行詳盡表達(dá)，是數(shù)字技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，以解決建筑工程在軟件中的描述問(wèn)題，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員能夠?qū)Ω鞣N建筑信息做出正確的對(duì)接，為協(xié)同工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

應(yīng)用建筑信息模型，可以使建筑工程設(shè)計(jì)更快、更省、更精確，各工種配合得更好，可減少圖紙的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，甚至可以延伸到施工的階段，以及將來(lái)的建筑物的運(yùn)作、維護(hù)和設(shè)施管理，最大限度可持續(xù)地節(jié)省全過(guò)程費(fèi)用[4]。

建筑信息模型具有建筑工程的所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息可以具有很多種表達(dá)型式，如平面圖、立面、剖面、詳圖、三維立體視圖、透視圖、材料表等，甚至包括每個(gè)房間自然采光的照明效果、所需要的空調(diào)通風(fēng)量，冬、夏季需要的空調(diào)電力消耗等。

既然在民用建筑領(lǐng)域可以建立數(shù)字化的建筑模型，使設(shè)計(jì)質(zhì)量有質(zhì)的飛躍，那么在棉紡織廠設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以借助BIM技術(shù)，延伸和擴(kuò)大數(shù)字化的幾何模型，將紡機(jī)、織機(jī)、配套設(shè)施等的各種工藝設(shè)備以3D模型的方式，與建筑物的3D模型一起進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷建筑、工藝間的關(guān)系，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，在設(shè)計(jì)初期就能大量地減少設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員所產(chǎn)生的各類錯(cuò)誤，尤其是工藝專業(yè)與公用工程專業(yè)之間的沖突和交叉，甚至可以延伸至后續(xù)工程的施工與安裝、調(diào)試，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的系統(tǒng)分析能力，檢查各種專業(yè)之間的關(guān)系，用文字、圖形等不同的表達(dá)方式提示、提醒設(shè)計(jì)人員關(guān)于各類的構(gòu)件、管道、設(shè)備、交流通道等信息在平面、空間中彼此碰撞或干涉情形的詳細(xì)信息，進(jìn)而減少設(shè)計(jì)誤差和施工誤差，節(jié)省工程造價(jià)。

3? BIM在棉紡織工廠設(shè)計(jì)上的探討和分析

棉紡織工廠設(shè)計(jì)較民用建筑設(shè)計(jì)，多一個(gè)工藝專業(yè)，任何一個(gè)工業(yè)建筑物都必須滿足工業(yè)生產(chǎn)的工藝需求，否則無(wú)法進(jìn)行正常的生產(chǎn)過(guò)程，因此，在基本滿足建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等通用專業(yè)的基礎(chǔ)上，利用BIM就充分考慮工藝專業(yè)與其他公用專業(yè)的協(xié)調(diào)和配合問(wèn)題。

同民用專業(yè)一樣，進(jìn)行棉紡織工廠設(shè)計(jì)時(shí)，利用其強(qiáng)大、全面的建筑模型的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在以下方面逐步完成相應(yīng)的工作。

首先，工藝設(shè)備建模。該類軟件強(qiáng)大的建模功能，通過(guò)設(shè)備資料提供的尺寸（諸如紡織主機(jī)清梳聯(lián)合機(jī)、梳棉機(jī)、并條機(jī)、精梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)、并紗機(jī)、倍捻機(jī)、整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、織布機(jī)等，輔機(jī)空調(diào)機(jī)組、除塵機(jī)組、空壓機(jī)組等），建成工藝設(shè)備模型，然后在建筑模型里將生產(chǎn)中必須考慮的擋車操作、原料儲(chǔ)備、成品輸出、管道接入接出等細(xì)節(jié)進(jìn)行排列，使完成的三維模擬可以比較真實(shí)地反映實(shí)際生產(chǎn)情況，為BIM進(jìn)行模擬分析創(chuàng)造條件。

其次，利用建筑、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)條件將所設(shè)計(jì)的棉紡織工廠的三維化。該建筑模型包括了棉紡織工廠中所有的梁、板、柱、墻、門(mén)、窗的所有信息，該信息將在民用建筑范圍內(nèi)把建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題反映出來(lái)，給建筑結(jié)構(gòu)工程師提供了修改和完善的機(jī)會(huì)，減少了土建施工過(guò)程中的沖突、矛盾問(wèn)題。

再次，按照工藝排列的要求，在各個(gè)不同的生產(chǎn)車間按照工藝平面布置圖進(jìn)行工藝設(shè)備、生產(chǎn)輔機(jī)的三維排列。當(dāng)然各個(gè)車間已經(jīng)由BIM完成了相應(yīng)的三維模擬設(shè)計(jì)，進(jìn)而形成三維立體的數(shù)字化的棉紡織設(shè)計(jì)模型，這樣就可以實(shí)現(xiàn)棉紡織廠的三維可視化模型。在該三維模型里，每個(gè)設(shè)備之間、設(shè)備與建筑結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置關(guān)系將真實(shí)地虛擬出來(lái)，在電腦里將真實(shí)地反映出設(shè)備工藝排列的合理性、完整性，使容易出現(xiàn)的工藝路線不暢、交叉，鋼架支撐與設(shè)備沖突等問(wèn)題得以及時(shí)調(diào)整，為后續(xù)的設(shè)備安裝提供條件。

最后，要再加上滿足紡織工藝生產(chǎn)需求所需給水、排水、供電、蒸汽、壓縮空氣、空調(diào)送回風(fēng)管、除塵管道、消防管道、排煙管道等的布置[6]，也是最容易出問(wèn)題的環(huán)節(jié)。該內(nèi)容的設(shè)計(jì)文件已經(jīng)由各專業(yè)工程師完成，利用BIM技術(shù)，在前面的工作的基礎(chǔ)上，將以上設(shè)計(jì)內(nèi)容逐一搬到已經(jīng)建好的三維模型里，此時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)許多問(wèn)題，諸如管線布置不合理、有碰撞、交叉，管道支撐或者懸掛不合理，甚至自相矛盾的地方，尤其是地下的空調(diào)回風(fēng)溝道與工藝排雜排風(fēng)溝道的問(wèn)題，更加明顯，還有空調(diào)的送風(fēng)管道與防排煙風(fēng)道的交叉問(wèn)題等，都會(huì)在三維逼真的模擬環(huán)境下暴露出來(lái)，BIM技術(shù)會(huì)在發(fā)生這些問(wèn)題的地方自動(dòng)提出提示，然后工程師將有問(wèn)題的地方進(jìn)行協(xié)商和調(diào)整，使設(shè)計(jì)問(wèn)題在紙上完成，避免了施工過(guò)程的錯(cuò)誤，減少了經(jīng)濟(jì)損失。

所有模擬工作完成以后，BIM還可以根據(jù)修改后的三維模擬圖形，自動(dòng)完成各專業(yè)的平面圖、立面、剖面、詳圖、三維立體視圖、透視圖、材料表等施工圖文件，大大提高了棉紡織工廠的設(shè)計(jì)效率，減少了浪費(fèi)。

4? 結(jié)語(yǔ)

利用BIM技術(shù)進(jìn)行棉紡織工廠設(shè)計(jì)僅僅是應(yīng)用的一個(gè)方面，它還可以分析、管理項(xiàng)目整個(gè)過(guò)程，包括招投標(biāo)、施工、驗(yàn)收等過(guò)程。

BIM可以還從設(shè)計(jì)的三維模型直接導(dǎo)進(jìn)施工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段BIM模型的進(jìn)一步利用，加上時(shí)間維度，就可以進(jìn)行虛擬施工，隨時(shí)隨地直觀快速地將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，有效協(xié)同施工方、監(jiān)理方，甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)都對(duì)工程項(xiàng)目的各種問(wèn)題和情況了如指掌。這樣通過(guò)BIM技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)測(cè)，大大減少建筑質(zhì)量問(wèn)題、安全問(wèn)題，減少返工和整改;BIM還可以從設(shè)計(jì)的三維模型直接導(dǎo)進(jìn)驗(yàn)收過(guò)程，通過(guò)三維渲染實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，給人以真實(shí)感和直接的視覺(jué)沖擊，反映出設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低;BIM模型可以將以上過(guò)程動(dòng)態(tài)地渲染表現(xiàn)出來(lái)，給業(yè)主更為直觀的宣傳介紹。

總之，在棉紡織工廠設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)將極大地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量，目前BIM的使用與開(kāi)發(fā)正處于初期階段，還有許多東西要不斷地完善和補(bǔ)充，使BIM如同20多年前的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aid Design，CAD）一樣再一次引領(lǐng)棉紡織工廠設(shè)計(jì)的變革。

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