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基于BIM的三维协同设计技术在煤矿设计企业中的应用

2020/12/31    来源:互联网    作者:赵亮      
关键字:煤矿设计  BIM技术  三维协同设计  
本文结合公司实际案例介绍了BIM技术在具体工程中的运用过程和应用效果,指出了BIM技术在煤炭设计行业的应用发展方向和面临的问题,提出了设计单位的BIM技术及资源的策略及加强协作、共享共赢的建议。

    近年来,我国工程设计行业的计算机和信息化应用水平得到了快速发展,计算机辅助设计(CAD)技术已广泛应用于设计的各个领域,三维协同设计(BIM)技术也日趋完善,这一技术在欧美发达国家得到了广泛而成熟的应用,国内除民建领域外,大型石油、石化、化工、电力设计行业已先行一步取得了成功的经验。三维协同设计(BIM)技术应用于工程设计领域不但能快速、直观地建立多方案动态软模型,实现多方案的比选优化,更主要的是解决复杂空间关系的处理(碰撞问题)以及从模型中提取施工所需的图纸和数据。

    煤矿设计是一项较为复杂的系统工程,目前国内矿井设计大多是进行二维平面设计,在可视化、信息沟通、进度计划控制、设计标准化等方面的效能提升较为困难。中煤邯郸设计公司根据国内煤矿设计现状和进一步提升本企业生产效率以及设计质量,进行了基于BIM的三维协同设计及三维仿真技术的研究与应用。

1 三维协同设计(BIM)的实践

    1.1 在三维设计方面的应用

    中煤邯郸设计工程有限责任公司是较早应用三维设计软件的设计单位之一。2010年引入了Bentley公司的AutoPlant三维工厂设计软件,应用于选煤厂钢结构以及系统设备的三维建模。利用该软件完成了十几个大中型选煤厂项目。2012年,应用了导航模拟软件Navisworks进行了一些项目的三维施工模拟制作。2014年Solidworks机械三维设计软件,用于多个大型选煤厂的三维施工图设计。

    例如:山西潞安集团左权阜生选煤厂、中天合创葫芦素煤矿选煤厂、徐矿集团张双楼、三河尖、义安选煤厂等项目的三维设计工作。中天合创公司葫芦素矿井选煤厂工艺设备布置如图1所示。

    1.2 BIM工程设计应用

    公司已搭建形成由硬件设备、网络、软件平台组成的三维协同设计平台。并利用Revit、Archicad BIM平台及Solidworks、3Dmine等配套软件进行了多项BIM设计和块煤防破碎动态仿真模拟。完成的项目包括:中煤龙化公司依兰第三煤矿主要工程;新疆五彩湾北二电厂输煤系统;桃源居小区住宅楼及幼儿园等。

中天合创公司葫芦素矿井选煤厂工艺设备布置

图1 中天合创公司葫芦素矿井选煤厂工艺设备布置

    以中煤龙化公司依兰第三煤矿主要工程设计项目为例,BIM设计主要完成的项目包括:工业场地设施布置;主井井塔及设备;副井井塔及设备;联合建筑;矿井水处理站;井下巷道、硐室设备布置等,并在整体项目过程中运行了三维建模、施工模拟、碰撞检测等技术手段。依兰第三煤矿工业场地如图2所示。

依兰第三煤矿工业场地

图2 依兰第三煤矿工业场地

    在该项目中针对地面依兰矿井水处理站,还进行了施工模拟和碰撞检测。施工模拟主要对整个水处理站从平整场地、设备布置、封顶、管路管线安装到竣工验收整体过程进行了真是的三维施工模拟。矿井水处理站钢架结构布置如图3所示。

矿井水处理站钢架结构布置

图3 矿井水处理站钢架结构布置

    碰撞检查时针对整个设计周期中的多专业协同设计,在各专业建模完成的基础上,对做好的系统进行碰撞检查,运行碰撞检查时可以选择各专业各个设计构件间的碰撞情况。管道与设备碰撞如图4所示。

管道与设备碰撞

图4 管道与设备碰撞

    从碰撞报告里能准确找出碰撞点的位置并及时进行修改,避免了各专业之间的交叉问题,减少在项目实施过程中错误和返工可能性,提高协同设计质量与建筑项目的品质。

    材料统计的精准性,可提高造价的精确性和可控性、利用Revit已经搭建完成的模型,直接统计生成主要材料的工程量,辅助工程管理和工程造价的概预算,有效的提高工作效率。BIM技术的运用可以提高施工预算的准确性,对预制加工提供支持,有效地提高设备参数的准确性和施工协调管理水平。

2 煤炭设计企业BIM技术应用方向及面临问题

    2.1 BIM技术应用方向

    针对煤炭设计企业而言BIM技术的应川主要为搭建多专业、多领域的企业BIM应用体系,不仅涵盖建筑、结构、水、暖、电等专业,还包括工业建筑、矿井、地铁等领域的采矿、机械、设备等专业,目前BIM技术应用较少的工业领域。该应用服务体系建成后,对于煤炭设计企业而言不仅用于承揽BIM设计任务,后期还可涉及到施工优化设计、施工协同指导、运维建模、可视化运维管理等纵深领域的应用,实现贯穿项目全生命周期的BIM设计应用及管理服务的拓展。

    在工程设计方面,利用BIM技术实现多领域、多专业间协同设计以及后期效果和施工过程模拟仿真。

    三维协同设计使设计过程更加立体化、形象化,有助于优化工艺布置,降低工程造价和生产成本;三维仿真技术可使设计效果逼真,身临其境,并且可模拟施工全工程,能够提前发现施工进程中的相互链接以及管理中的质量、安全等方而存在的隐患。Bim技术的应用及大程度的提高了设计质最和水平、减少设计返工、提高工作效率。

    在施工优化方面,目前大多数交到施工单位手中的设计成果是在业主单位的要求和相关规定规范的框架下完成的,虽然成果已经合格并符合要求,但作为施工用图往往还需要进行改进和优化、并且根据施工流程和施工习惯往往在设计阶段利用传统手段是无法考虑周全的。利用BIM技术的三维可视化、虚拟现实、增强现实、施工模拟、碰撞检测等技术可以在设计阶段在施工开始之前就将将会遇到的错误问题、设备与设备之问的碰撞、设备与构筑物之间碰撞等提前解决,利用这项技术可使施工单位大大降低施工成本,减少返工。为其带来巨大价值。

    在后期运维方面,BIM模型是带有大量真实信息的三维模型,前期设计、施工建设阶段的大量信息会保存下来,这对后期运维的管理是有极大帮助的。运维单位可以直接利用设计阶段的BIM模型,在模型基础上进行设备物联等,建设可视化运维系统。

    对于建筑、厂房运维,可以增加可视化监控设备、消防传感设备和智能建筑的综合可视化控制系统等,对于后期的改扩建以及功能变更等方面有着传统方式无法比拟的优势。

    对于矿井运维,设计阶段的BIM模型可以直接用于建设数字化矿山系统,在模型基础上增加可视化设备、人员定位设备、瓦斯检测设备、各机械及运行设备监测和调度系统等实现矿山可视化。

    因此,BIM技术的综合利用,不仅能够提高设计企业的设计质量、设计效率,而且对于施工、运维等方面的拓展应用更会为企业带来不可估量的价值。BIM技术的应用将大幅提高中煤邯郸设计工程有限责任公司作为设计企业的核心竞争力。

    2.2 面临问题

    1)多平台接口统一问题。目前没有哪一款平台能够涵盖所有领域。目前各平台各有所长,例如:Revit在建筑、市政领域较为成熟且模型库资源充足,而在工业建筑领域、钢结构、矿井等支撑程度不如老牌工业设计软件Bentely,但Bentely在民建领域较弱。很难统一某一款平台实现全专业、全领域的协同设计,需要利用多平台协同操作。而多平台又存在着模型接口标准不统一,模型信息难以完整传递的问题。

    2)从二维设计模式到三维的转变需要一个过程。长期以来设计人员已经习惯于二维的设计思路和模式。已经形成了一整套的操作规范、标准和习惯。对于设计方式的改变是需要企业从技术、管理、制度等方面做出重大调整,而这个调整需要一定时间的调整过程。

    从已经调研过的案例中总结发现,一些以二维设计为主导转变为以三维为主导的设计模型并不成功的主要原因有:①软件功能所限,实现真正的协同需要一个过程。并且需在基础平台上进行大量的二次开发;②各专业模型库可用性较差,专业设计只能从逐个建模开始,工作量较大,而且不能实现参数化建模,规格尺寸有变化就需要重新建模,导致模型复用性差;③由三维图转化成的二维图,与当前施工图制图标准有较大差异,需要进行大量的后期调整才能满足审图和施工要求;④与其他专业软件数据兼容性不足,即使能由其它软件导入,也会丢失部分特性。

    上述问题可以通过技术手段、管理方法和制度措施加以解决。

3 结语

    中煤邯郸设计公司近年来在设计手段的技术革新方面进行了大量的投人和尝试。在信息化建设和信息化手段的应用方面取得了一些经验,也得到了行业内的认可和主管部门的肯定和推介。为进一步提高整个煤炭设计行业的信息化应用水平和BIM应用水平。建议相关设计单位和行业主管部门的协调下加强合作,在软件平台、模型库族、硬件资源、培训教学等方面进行联合,减少重复投入,实现共享共赢。

责任编辑:程玥
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