Bentley 三維數字化工廠全生命周期解決方案

楊得軍，鄂 濤

（1.唐鋼國際工程技術股份有限公司，河北唐山 063000；2.河鋼工業技術服務有限公司，河北唐山 063000）

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是基于計算機3D 技術發展的新技術，為施工項目建造提供了技術和管理支持，它創建出包含大量真實建筑信息的“可視化”虛擬建筑模型，作為一個共享的知識資源，實現了工程進度的可視化、形象化模擬展示，并能根據時間進程進行施工進度管理和控制[1]。當前，建筑行業仍處于應用 BIM 的初級階段，盡管許多規模和復雜程度較高的項目已使用BIM 技術，但也只停留在模型展示、過程模擬方面。

作為BIM 軟件系列中的重要一員，Bentley 三維數字化工廠針對工廠行業工程設計的需求，提出了工廠數字化全生命周期解決方案，為冶金、礦山、有色、石油石化、電力、汽車制造、水處理、制藥、食品加工、造紙等多個行業提供了覆蓋設計、施工、運維的全生命周期的解決方案[1]。

1 Bentley 提供的BIM 解決方案總體架構

Bentley 公司通過工程內容創建平臺Micro Staiton、工程內容的管理平臺ProjectWise DI、工程信息的運維平臺AssetWise，提供了基于全生命周期的BIM 解決方案，涵蓋了數據的創建、校核、利用、組織等整個流程，能有效地對工程項目整個生命周期進行管理[2]。Bentley 三維數字化工廠行業產品架構示意如圖1 所示。

整個方案還可以結合最新的實景建模技術ContextCapture，以及對各種點云設備、數據的支持，為工廠設計項目的前期改造、環境勘測、施工過程監控及后期的運維需求提供高效的技術手段，減少成本支出。結合LumenRT 這樣電影級快速渲染技術，可以將實景模型、數字模型及環境模型融合在一起，直觀地進行項目展示及溝通，提高設計過程及項目數字化移交的質量和效率。

圖1 Bentley 三維數字化工廠行業產品架構

2 主要應用模塊及工作流程

Bentley 三維數字化工廠主要的應用模塊包括：工藝設計產品工具（OpenPlant 系列產品）、電儀專業橋架設計工具（Bentley Raceway and Cable Managerment ，以下簡稱為 “BRCM”）、 建筑專業設計工具（AECOsim Building Designer，以下簡稱為“ABD”）、結構專業設計工具（Prostructures）、總圖/場地專業設計工具（OpenRoads）、管道應力分析工具（Auto-PIPE）、實景建模工具（ContextCapture）、可視化渲染軟件（LumenRT）、 施工可視化軟件（4D Synchro）以及協同平臺（ProjectWise CONNECT Edition）。

在三維數字化工廠的構架下，設計流程有了全新的體驗[3-5]：1）最初的項目立項中，明確項目的規模及數字化所要實現的目標，然后進行整個項目的分解區塊化，確定項目人員分工，制定項目制度規章，指定相應的時間節點等工作任務。在進行三維設計操作前還要指定好統一的項目交付的標準樣式，如統一的制圖環境、統一的標準、統一的模板等。2）進入施工圖設計階段，采用各專業并行設計的流程，采用同一坐標系來進行三維并行設計。如工藝專業，確定主要管道及設備的參數，通過二維設計工具Open Plant PID 來快速繪制系統工藝流程圖，并把屬性信息傳遞給三維建模工具OpenPlant Modeler 來進行三維的詳細建模；并利用參考命令工具，和其他專業的三維設計內容（AECOsim Building Designer,Pro Structures 等）無縫地相互參考協同作業，并行設計。最終的成果可以通過自動生成的管道軸測圖、 材料清單、平立剖面圖來進行交付，為施工階段提供全方面的數字化模型技術支持。3） 整個過程通過Project Wise 來管理整個的設計、協同、交付過程，并通過Navigator 對所有的過程進行動態瀏覽，碰撞校審。對最終的成果可利用LumenRT 來進行最合理的渲染和動畫展示。

3 三維數字化工廠解決方案的優勢

Bentley 三維數字化工廠行業解決方案通過專業齊全的設計工具和協同的工作環境，從優化工作流程、實時溝通設計數據的角度，有效地提高了用戶的工作效率。其優勢主要體現在如下幾個方面：

1）不同專業的三維設計模塊都是基于同一個平臺、同一個模型、同一個數據架構的數字化三維解決方案，使得溝通效率大大提高，真正地使整個項目的設計者能夠在統一的工作對象和目標中工作。工作環境集中、統一、可管理，團隊成員能夠隨時獲取所需的項目信息，提升工作效率。

2）產品模塊幾乎能夠覆蓋項目工程設計過程中的全部專業。協同設計解決方案中涉及的產品，也都是針對不同專業應用特點專門研制的，更適合專業人員學習及使用，而不是簡單地提供一個“包治百病”的通用模塊。

3）操作簡便，易于掌握。各專業模塊提供的二/三維同步工作流，能夠以設計人員習慣的二維方式，在平面視圖下，對后臺的三維數據進行操作。在通常情況下，只需要2～3 d 即可完成平臺轉換培訓，2 d可以完成專業模塊的培訓。任何一個專業的專業設計人員都能輕松掌握。

4）便于知識管理。通過這個管理平臺，不僅可以將項目中所創造和累積的知識加以分類、 儲存、分享，而且可以作為以后企業進行知識管理的基礎。

5）通過全新的實景建模技術，采集準確的現場數據，逆向建模，快速地指導改建項目及檢修空間。

6）施工管理高效便捷。與傳統的圖紙+ Excel表+甘特圖的交流方式不同，Bentley 4D 施工進度管理解決方案提供一個支持多方參與、 數據共享的虛擬施工平臺。在這個平臺上可以進行更清晰、快捷的交流；同時，可將施工模型與計劃任務關聯，實現可視化進度模擬，并在模擬過程中，識別潛在作業次序錯誤和沖突問題。4D 施工管理工具Synchro 還提供一套成熟的設計變更和任務變更管理方案，可彈性處理設計變更和任務變更，同時也可與造價、風險等數據關聯，實現施工進度優化，高級風險管理和造價管理，改善項目交付過程，在節約成本的同時，有效提升了企業的市場競爭力。

7）精準控制施工造價。三維數字化工廠能夠根據精準的數字化三維模型精確控制工程量，精確到螺栓、螺母、墊片的個數等，不僅避免了人為統計計算的差錯，節約人力，提高效率，還能給材料采購訂貨提供準確、可靠的依據，同時幫助建設方對施工造價進行精準控制。

8）節約成本。基于統一協同管理平臺的數字化設計，使得各專業的配合便捷高效，有效節約了人工成本和時間成本，從而節約了整個項目的投資成本。

9）通過設計成果的數字化移交過程，提升設計數據在項目施工、運維等階段的增值效益。例如，三維設計模型中管道布置都是準確、可視化的，方便施工單位更好地理解設計意圖；PAD 移動終端可在施工現場直觀地展示管道施工細節； 施工方還可以將管路模型打印成3D PDF 文件來指導管道安裝。

4 結語

綜上所述，Bentley 三維數字化工廠實現了數字化全專業的三維協同設計，在各專業間并行、協同工作，有效共享項目資料的基礎上，打破傳統的串行模式，提高設計質量和設計效率，實現對工程立項、設計、建設、生產運行及停用進行全生命周期管理。