露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的BIM二、三維協(xié)同設(shè)計(jì)分析*

武迪俊 郭曉松 王忠鑫，23

（1．中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司；2．煤炭科學(xué)研究總院沈陽露天采礦技術(shù)研究分院）

計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字化礦山的建設(shè)，BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化礦山建設(shè)的重要手段，目前在煤炭行業(yè)的應(yīng)用處于起步階段。BIM三維正向設(shè)計(jì)可采用Bentley公司系列產(chǎn)品，主要采取與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合的方式，根據(jù)各專業(yè)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及需求，選擇適合各專業(yè)的二、三維設(shè)計(jì)軟件。Bentley公司系列三維設(shè)計(jì)軟件有Open Building Designer（OBD）、OpenRoads Designer（ORD）、Open Plant Modeler（OPM）、智能P&ID等。P&ID字面上是管道儀器儀表流程圖，在國內(nèi)外大多應(yīng)用于石油化工等行業(yè)，露天煤礦基本沒有應(yīng)用［1-4］。其中，露天煤礦工程項(xiàng)目具有特殊性，工藝管道儀器儀表并不復(fù)雜，也不密集，常規(guī)水暖專業(yè)不需要出管道儀器儀表圖［5-9］，但是露天礦工程項(xiàng)目中，機(jī)械設(shè)備流程圖在后期工藝設(shè)備布置和地面生產(chǎn)系統(tǒng)工藝總布置中具有重要的指導(dǎo)意義［10-14］，為了將機(jī)械設(shè)備流程圖制圖過程中的信息全部納入到三維模型的工藝布置中，避免二、三維設(shè)計(jì)的不統(tǒng)一和BIM三維模型的設(shè)計(jì)缺項(xiàng)，把P&ID的功能引申到露天煤礦的地面生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備流程中，并加以應(yīng)用。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的BIM二、三維協(xié)同設(shè)計(jì)分析不僅可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且可以調(diào)高露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。二、三維模型完成互相校驗(yàn)后，可以保證三維模型的精確性，避免錯(cuò)漏空缺的現(xiàn)象，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

1 技術(shù)路線

研究智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)，將露天煤礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)元件標(biāo)識(shí)體系嵌入智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建立標(biāo)準(zhǔn)元件標(biāo)識(shí)庫，定制標(biāo)準(zhǔn)菜單，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所有元件自動(dòng)調(diào)用添加標(biāo)識(shí)。將整個(gè)項(xiàng)目的P&ID設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)庫中，保證所有元件具有唯一標(biāo)識(shí)。通過智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)庫，調(diào)用生成露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖。

根據(jù)智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進(jìn)行總裝，完成BIM三維設(shè)計(jì)。

利用OPM軟件資源管理器功能，對(duì)露天煤礦二、三維模型進(jìn)行校驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)與BIM三維設(shè)計(jì)協(xié)同統(tǒng)一的目的，形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系（圖1）。

2 項(xiàng)目實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

伊敏露天煤礦位于大興安嶺西坡，伊敏河中下游地區(qū)，行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗管轄。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要以原煤的破碎、儲(chǔ)備、自動(dòng)裝車為主。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)煤卡車向3號(hào)移動(dòng)式破碎站受料倉卸料，一次破碎后原煤粒度為0～300 mm，轉(zhuǎn)載至800帶式輸送機(jī)，將原煤輸送到3號(hào)二次破碎車間，車間內(nèi)布置1臺(tái)雙齒輥破碎機(jī)，破碎機(jī)能力為3 000 t/h，二次破碎后原煤粒度為0～50 mm。破碎后的產(chǎn)品煤通過801帶式輸送機(jī)輸送至7號(hào)緩沖倉上，通過帶式輸送機(jī)將產(chǎn)品煤輸送至7號(hào)和8號(hào)圓筒倉內(nèi)儲(chǔ)存，再通過倉下布置的16臺(tái)插板給料機(jī)將煤轉(zhuǎn)載進(jìn)入802帶式輸送機(jī)，進(jìn)入火車裝車站內(nèi)，通過鐵路裝車外運(yùn)。項(xiàng)目建成后露天礦達(dá)產(chǎn)27 Mt/a。本項(xiàng)目以一次破碎后800帶式輸送機(jī)受料至二次破碎排料流程為例，利用Bentley系列軟件對(duì)露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的二、三維模型進(jìn)行校驗(yàn)分析。

2.2 主要元素元件體系建立

根據(jù)露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖，在智能P&ID軟件中建立露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)、溜槽、破碎機(jī)等設(shè)備的元件外形，通過智能P&ID軟件中元件管理器功能，創(chuàng)建圖形元素元件，并為創(chuàng)建的元素元件命名（如帶式輸送機(jī)可命名為Beltconveyor）和設(shè)置插入點(diǎn)，命名的設(shè)置要方便今后設(shè)計(jì)工作中的搜索與調(diào)用，插入點(diǎn)的設(shè)置要方便在設(shè)計(jì)中對(duì)元素元件定位；根據(jù)露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程，將露天礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)所涉及到的所有元件標(biāo)識(shí)嵌入智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建立標(biāo)準(zhǔn)元件標(biāo)識(shí)庫，定制標(biāo)準(zhǔn)菜單，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用智能P&ID系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所有元件自動(dòng)添加標(biāo)識(shí)。將整個(gè)項(xiàng)目的P&ID設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)庫中，保證所有元件具有唯一標(biāo)識(shí)。根據(jù)不同專業(yè)的設(shè)計(jì)需求，定制露天礦智能P&ID的設(shè)計(jì)環(huán)境，研究Data Manager在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用，提高項(xiàng)目數(shù)據(jù)檢索效率，達(dá)到批量輸入、輸出、編輯各類報(bào)表的目的，方便今后工作的調(diào)用。

通過在智能P&ID軟件所建立的元件標(biāo)識(shí)庫，結(jié)合伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)，調(diào)用帶式輸送機(jī)、溜槽、破碎機(jī)等設(shè)備元件，根據(jù)露天煤礦工程信息模型分類和編碼體系對(duì)設(shè)備進(jìn)行編號(hào)（800帶式輸送機(jī)編號(hào)為M-11952-JX-TP-PD-001，帶式輸送機(jī)排料溜槽編號(hào)為M-11952-JX-TP-PD-001/1，二次破碎機(jī)編號(hào)為M-11952-JX-CR-CG-001，二次破碎機(jī)排料溜槽編號(hào)為M-11952-JX-CR-CG-001/1），建立地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能P&ID系統(tǒng)二維流程圖（圖2）。

2.3 地面生產(chǎn)系統(tǒng)三維模型

根據(jù)智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進(jìn)行總裝，完成伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)800帶式輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)卸料溜槽、二次破碎機(jī)、二次破碎機(jī)排料溜槽三維模型設(shè)計(jì)，并完成總裝工作（圖3）。根據(jù)露天煤礦工程信息模型分類和編碼體系，通過OPM軟件對(duì)所建立的BIM三維模型進(jìn)行添加編號(hào)屬性。

2.4 二維流程圖與三維模型的協(xié)同校驗(yàn)

在智能P&ID軟件中將建立好的二維地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖發(fā)布生成i.dgn文件；用OPM軟件打開添加完成編號(hào)屬性的伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)三維BIM模型，通過參考由智能P&ID系統(tǒng)發(fā)布生成的i.dgn文件，在資源管理器中完成二維流程圖和三維模型的校驗(yàn)，校驗(yàn)通過后，各個(gè)設(shè)備的編號(hào)由紅色字體變成藍(lán)色，意為二維流程圖與三維BIM模型形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即通過校驗(yàn)。如果依舊有紅色字體，需重新檢查三維BIM模型，核驗(yàn)建立的三維BIM模型存在錯(cuò)漏空缺的情況或者三維BIM模型的編號(hào)屬性添加錯(cuò)誤或空缺，直至所有設(shè)備的屬性編號(hào)都為藍(lán)色，表示所有的三維BIM模型與二維流程圖通過校核。

3 結(jié)語

（1）研究智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)，將露天煤礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)元件標(biāo)識(shí)體系嵌入其中，建立標(biāo)準(zhǔn)元件標(biāo)識(shí)庫，定制標(biāo)準(zhǔn)菜單，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所有元件自動(dòng)調(diào)用添加標(biāo)識(shí)。

（2）根據(jù)智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進(jìn)行總裝，完成BIM三維設(shè)計(jì)。

（3）利用OPM軟件資源管理器功能，首次實(shí)現(xiàn)露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖的二、三維互相校驗(yàn)，通過二、三維工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的協(xié)同互通，確保在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中項(xiàng)目信息的一致性，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)與BIM三維設(shè)計(jì)協(xié)同統(tǒng)一的目的，形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。