三維設計技術在選礦設計中的應用

陳榮香，歐陽霞嫦

（1.華楚智能科技（湖南）有限公司，湖南長沙 410019；2.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410019）

隨著三維設計技術在建筑業、制造業等行業的推廣及普及，在選礦行業國內外業主對三維項目的需求日益增長，長沙有色冶金設計研究院有限公司提出了要在選礦專業進行三維設計的要求。三維設計不僅僅是將二維圖紙轉化為三維模型進行外觀展示，而是要達到各專業的三維協同設計［1］，使選礦設計更加精確和合理，設計成果無碰撞，材料統計更精確，減少施工過程中的現場設計變更，避免因設計原因而引起的返工現象，降低設計單位的設計風險。

1 三維提資

目前多數設計單位各專業間的相互提資都以二維圖紙的模式進行，二維圖紙的提資難免會出現不直觀，提資遺漏的問題。該公司現階段的三維提資主要是工藝專業向其它專業提交三維設計模型，并從三維模型中切出二維圖紙，其中的關鍵信息在切出的二維圖紙中標注出來。在設計過程中進行三維提資，各專業可以很直觀地看到工藝專業的設計方案及意圖，如圖1所示，其它輔助專業也可以在切出來的二維圖紙的基礎上開展本專業的設計。

設計者還可以就三維設計方案向業主及其它專業設計者進行展示與討論，三維設計的實施讓方案變得更直觀，將二維設計中不便展示的內容也一一呈現，提升了溝通效率，也彰顯了企業的設計實力。

圖1 工藝專業BIM設計方案

2 三維建模及碰撞檢查

該公司目前采用的建模軟件主要是Bentley軟件公司的專業軟件，其中建筑和結構采用AECO Sim進行建模，管道采用Open Plant。目前建筑、結構、暖通、電動等專業主要根據二維設計圖紙進行三維翻模，而工藝的管道設計則采用正向的三維設計。

三維設計是在軟件里將即將建設的項目進行預搭建，因此杜絕了傳統二維設計的設計遺漏、各專業協同設計不到位等情況的發生。在傳統的選礦二維管道設計過程中，設計師僅憑借空間想象進行工藝管道設計，常出現顧此失彼、返工、各專業之間互相“打架”等現象，且“平、立、剖”的常規工程表達方式不直觀、過程繁瑣、效率低下。三維設計過程中還能暴露出隱藏在二維設計圖中看似合理的實則有缺陷的問題［2］。在選礦工程建設中許多管道采用鋼襯復合管，傳統的二維設計管道施工圖在施工建設過程中并不能精準地指導施工。而三維設計的管道圖紙，施工單位按三維管道模型進行管道定制，并運至現場拼裝即可，避免了鋼襯復合管尺寸不合適返回廠家重新制作的現象，大大減少了管道安裝的時間及管道安裝的費用。

碰撞檢查是三維設計的一個重要優勢。建筑、結構、工藝等各專業的三維模型建立好之后，本專業先進行碰撞檢測，發現問題及時調整［3］。子項負責人主持本子項的各專業綜合檢審，并依據Bentley相關軟件進行的各專業碰撞檢查結果，進行各專業之間的協調，找出最好的解決辦法。碰撞檢查技術解決了傳統二維設計中檢審不直觀的問題，降低了圖紙設計不合理及現場的返工現象，為設計者和施工人員提供了便利，避免了工期延誤和不必要的窩工現象。

3 材料報表輸出

傳統的二維選礦設計編制材料報表時，由選礦設計人員按照圖紙依靠人力計算得出，費時費力，且結果不夠準確，當發生設計變更時，必須重新進行材料統計。而采用三維設計，則可以從三維信息模型中快速導出材料清單，提供詳實可靠的材料明細［4］。在施工過程中還可按業主的要求輸出各種形式符合采購需求的數據表格，見表1。

表1 BIM設計導出材料統計表

三維設計模型是一個信息載體，設計者做出任何設計變更，其相對應的材料報表也會依據變更自動更改，將設計者從大量重復的數據統計工作中解放出來。精準的材料統計報表為項目建設過程中的原材料采購提供了方便，大大提高了施工過程中原材料采購的準確性，減少了由于材料采購不準確而引起的誤工現象。

4 三維出圖

三維設計及檢審完后，設計者對三維信息模型進行剖切出圖?，F階段該公司進行三維出圖的專業為工藝專業。工藝專業的圖紙包含工藝配置圖、管道平面圖、管道系統圖、單管圖，其中工藝配置圖、管道平面圖、管道系統圖，如圖2所示。

圖2 管道系統圖

在三維模型中切出二維圖后，根據出圖標準進行必要的尺寸標注和情況說明。單管圖（如圖3所示）根據三維模型出圖后直接套圖框即可進行歸檔。

圖3 BIM單管圖

從三維模型里剖切出圖，具有出圖快、效率高的特點，且在三維模型里進行變更，對應的二維圖紙也自動進行變更，減少了設計者的重復工作。但是現階段從三維信息模型出的平面布置圖和剖面圖的圖面標注的工作量還比較大，還需從簡化設計流程和加大軟件定制力度方面作進一步的研究。

5 施工現場的應用

傳統的設計交底，主要由設計者對著二維施工藍圖與施工人員進行溝通，由于施工隊伍的技術實力參差不齊，存在施工人員對二維圖紙的理解有難度的問題。而采用三維設計后，設計者將三維模型和二維施工藍圖一并交與施工方，很好地解決了這個問題。施工員根據三維模型直觀地了解所建項目相關信息，為最優施工方案的制定提供了良好的基礎。尤其是管道安裝過程中，現場施工人員依據管道單管圖進行備料，簡化了其施工難度。施工方還可以依據三維模型中的管段編號，將定制好的管道進行裝配式施工，大大減少了管道安裝時間，節約了管道施工成本。

現階段由于采用三維設計的選礦項目較少，因此施工人員對如何高效地使用三維模型和管道單管圖尚未掌握，仍需設計者在具體實施過程中進行指導。

項目施工完成后，結算人員根據二維施工藍圖及設計變更進行三維建模，并依據模型導出工程量，費時費力，而三維設計的實施，為竣工結算提供了新的工作模式。由于在施工過程中，三維設計模型是動態的根據項目要求實時更新的信息載體，其導出的材料量即為最終施工的量，三維設計的應用大大簡化了竣工結算工程量統計工作，縮短了竣工驗收所需時間。

6 結束語

三維設計的實施為該公司選礦設計開辟了新的設計流程，解決了各專業之間的碰撞問題，簡化了設計者材料統計的設計過程；借助三維模型，施工人員還可以更精準地理解設計者的設計意圖；竣工模型的應用，大大減少了結算人員的工程量統計工作。但是該公司乃至全國選礦行業的三維設計尚處于起步階段，只有廣大設計者持續地研究和探索，選礦的三維設計工作才能得到更好的應用和推廣。