基于BIM 技術的現代種子加工廠規劃設計

李德赟 李彥偉 萬 玲 賈 峻

（酒泉奧凱種子機械股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

中國種子行業發展迅速，種子現代化加工的需求日益增長，因此全國種子主產區的種子加工廠也在不斷新建。種子加工廠的規劃設計較為復雜，涉及用戶加工生產需求以及辦公生活需求，涉及土木工程及機械工程、電氣工程等多個專業領域，對總體規劃的設計者要求較高，傳統的二維CAD 設計手段已不能滿足需求，經研究采用三維設計與建筑信息模型（BIM，Building information modeling）技術相結合的方法，對提升設計效率和質量具有積極的意義。

1 種子加工廠的規劃設計現狀

目前設計單位在進行種子加工廠的設計規劃時，主要采用的是傳統的設計方式，即以二維CAD設計為主，根據用戶對工廠布局以及加工設備的需求，進行平面的設計布局，不能進行三維立體的表達，這種方式雖然也能夠表達基本的設計思路，但是存在一定的局限性，例如對設計細節的表達不夠直觀，對方案評審的參與人員也有較高的專業素養要求。

2 基于BIM 的種子加工廠規劃設計流程

種子加工廠的規劃通常包含兩個方面:一是對種子加工廠區內的生活辦公區域與加工區域進行合理地劃分，保證廠區內生活辦公的安全性和便捷性；二是對廠區的加工生產設備進行合理地配置布局，在滿足生產需要的前提下提升生產效率。采用BIM技術的種子加工廠規劃的基本流程:首先是根據客戶加工需求及規劃土地范圍確定基本布局及工藝流程，其次是做出布局草圖，再次是根據做出的布局草圖進行三維建模，分別對廠區規劃的建筑和加工廠設備進行建模，然后將已完成的三維建模后模型導入 BIM 系統，在Navisworks 等BIM 軟件中進行可視化查閱，對客戶反饋的意見和檢查出的問題進行修正，得到最終正確的布局模型，最后導出工程圖紙，進入項目建設階段。

2.1 確定用戶需求，進行規劃布局根據用戶的生產加工需求，進行合理的布局設計，布局總圖設計是基本建設項目中極其重要的環節，是指在已選定的場址范圍內，根據項目建設與加工工藝流程要求，綜合各種因素對生產系統、輔助設施及運輸設施的平面和豎向進行布置[1]。以玉米種子加工廠為例:通常完整流程的種子加工的工藝工段包括撿穗工段、果穗干燥工段、脫粒工段、籽粒干燥工段、精選工段以及倉儲工段等（圖1），每個種子加工廠都有自己獨特的地形地質條件和土地規劃面積，同時不同的加工企業對種子加工生產也有不同的需求，為滿足用戶的不同需求，需要根據用戶的實際條件和加工要求進行規劃設計，做出前期設計草圖。

圖1 玉米種子加工工藝流程圖

2.2 加工廠規劃的三維建模布局在確定了基本設計方案之后，需要在Autodesk Inventor 或者Solid works 等三維設計軟件中進行加工廠規劃的建模，根據確定的規劃要求和用地紅線，首先需要繪制廠區三維地形圖，在地形圖上合理劃分生活區、辦公區以及加工區的分區（圖2）。然后針對不同的分區模塊進行建模，建模的重點是生產區域廠房內的工藝流程設備。完整的種子加工工藝流程由多個工段組成，每個工段都包含各種主機，主機的模型可以通過調取企業模型庫中的標準化模型單元來節約建模時間，整個加工流程包含多個工段，每個工段都包含大量子圖模型，因此前期建模工作量較大。將模塊化子圖建立好后，即可根據工藝布置要求進行設備加工線的虛擬裝配，完成項目設計方案的建模。

圖2 種子加工廠三維地形圖

2.3 加工廠BIM 系統評審在完成初期加工廠方案規劃之后，需要與用戶進行系統的方案評審，通過BIM 評審使圖形界面更加友好，能夠幫助用戶更好地理解設計方案。

BIM 系統軟件Autodesk Navisworks Manage 軟件是設計和施工管理專業人員使用的一款全面審閱解決方案，用于保證項目順利進行。Navisworks 軟件能夠通過BIM 模型（圖3）精確地表達設計意圖，制定準確的四維施工進度表，實現施工項目的可視化。在項目實際動工前，用戶就可以在BIM 軟件的工作環境中體驗所設計的項目，更加全面地評估和驗證設計方案是否符合預期要求，以便于及時對設計方案作出修正。

圖3 種子加工廠BIM 模型

2.4 完成設計，進行建設在完成了方案的初步設計、方案建模以及BIM 評審以后，根據客戶的反饋建議，對設計方案進行修正細化之后，即可進行方案的深化設計。BIM 系統在方案的建設過程中同樣扮演著重要的角色，通過BIM 系統的施工模擬可以優化施工方案，同時施工漫游演示動畫可以幫助施工人員更好地理解施工技術要求，保證方案的正確實施。

3 種子加工廠規劃的BIM 系統可視化審閱

傳統的審閱方式以基于二維圖紙以及相關技術資料為主，通常對參與方案審閱的人員有較高的技術素養要求，同時審閱人員需要花費大量的時間精力去消化理解圖紙方案，沒有直觀的可視化感受。

BIM 軟件系統可以對其三維模型進行整合。BIM 軟件系統不需要先進的硬件配置以及預編程的動畫就可以實現工程項目的實時可視化，并且可以進行實時動態漫游（圖4），探索BIM 模型中所有建筑信息。另外，可以使用戶在創建圖像與動畫時更加輕松，將建筑信息模型與項目進度表動態鏈接，直接生成施工過程的可視化仿真動畫。

圖4 玉米種子加工廠BIM 模型場景漫游

用戶通過直觀的可視化審閱，能夠在工程建設之前就直觀地看到項目方案建設的效果，能夠及時發現方案與預期設想的差距，及時提出改進設想，同時設計人員也可以通過BIM 系統及早地發現設計方案中的問題，及時作出修正方案。

BIM 系統在方案審閱過程中直觀再現了設計意圖，扮演著審閱者與技術方案之間的“橋梁”作用，極大地提升了方案評審的效率，對于縮短工程建設周期具有積極的意義。

4 BIM 技術在種子加工廠規劃中的應用優勢

BIM 技術具有可視化、可分析、可管理和可共享的特性[2]，在種子加工廠的規劃及建設中能夠發揮重要作用，BIM 技術的優勢主要體現在以下幾個方面。

4.1 結合傳統CAD 設計的優勢可提升設計速度在CAD 計算機輔助設計的基礎上，BIM 技術可以對各個設計參與方的數據進行整合并優化方案數據，能夠通過數據共享及協同設計提升設計的效率。

4.2 可視化審閱可提升方案審核效率由于大型工廠規劃包含了海量的設計數據，從總體規劃設計到局部細節均要在正式項目建設前進行審閱，BIM技術的可視化特性能夠讓設計人員及審核參與者直觀地進行方案審閱，不論是方案整體性還是局部的細節均可以通過模型數據進行直觀地查閱，同時在項目建成前就能讓用戶看到最終的設計效果，減少了審閱的環節，能夠縮短項目整體建設周期。

4.3 信息化管理統一各方數據在沒有采用BIM系統的項目建設中，項目各參與方缺乏統一的信息化數據平臺，項目協同環節存在問題，不能及時就項目進度及方案變動做出響應，而采用了BIM 系統管理以后，數據模型在統一的信息化管理平臺下，能夠發揮最大的作用。

4.4 全過程信息化的施工管理通過對建造階段的施工時序、定位校正、安全管理、物料清單預制等眾多仿真，可將實際建造過程在計算機上進行虛擬現實仿真[3]，對工程施工可能面臨的錯誤、遺漏、干涉碰撞與物料短缺等問題進行預警。BIM 技術采用全參數化設計，可整合虛擬現實、結構仿真、計算機輔助設計、計算機輔助工程材料生產與加工等創新技術，在個人計算機及相關3D 軟件上協同作業，對施工中的人工、機器、物料及財務管理進行三維模擬，為所有專業方提供可控管、無破壞性、性價比高、低風險并允許反復運用的可行性方法。BIM 技術可以有效地提高施工技術水準，預防施工事故，減少施工成本浪費并縮短時程，強化施工過程中決策、控管能力。

BIM 目前已發展成為一個完整的體系，并應用于多種行業及技術整合[4]。在現代化種子加工廠的規劃中，應用三維設計及Navisworks 等BIM 軟件技術，能夠優化工藝流程布局，糾正設計中的漏洞和錯誤，并能夠加快設計流程，在項目建設過程中進行可視化審閱，對項目建設過程進行數字化管理，實現在項目全生命周期中進行精細化管理，為工程項目建設增值，對促進種子加工行業進步具有重大的意義。