为项目全生命周期管理奠基

惠兵

为了强化设计周期控制、提升设计质量、提高项目管理模式水平，煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司在新田选煤厂设计项目中，采用了基于Bentley平台的三维协同设计模式，为选煤厂设计水平的提升提供一些参考和借鉴。

选煤厂是根据生产质量、规格对煤進行分选的加工厂。选煤厂建设项目工程复杂，但是目前国内选煤厂项目设计大多数采用二维平面设计方式，该设计方式存在效率低和管道设计困难太大等缺点。如何在缩短设计周期、提升设计质量、提高项目管理模式水平等方面实现突破，是选煤设计领域一直面临的挑战。三维协同设计为选煤设计单位提供了很好的解决方案。

从“串行模式”到“并行模式”

三维协同设计是指以三维数字化技术为基础，以三维设计平台为载体，由不同专业的设计者组成的团队基于三维模型为实现共同的设计目标而开展协同设计工作的一种设计方式。就目前来看，行业不同，应用三维协同设计的水平不同，选用三维协同设计平台的喜好也不一样。在我国选煤行业，三维协同设计尚处于起步阶段，仅有少数几家设计单位开始进行尝试应用。在新田选煤厂项目中，煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司（以下简称煤炭工业郑州设计院）在调研了各个主流三维协同设计平台后，选用了Bentley三维设计平台。

Bentley三维协同设计平台由三维设计平台Microstation和三维协同平台ProjectWise组成。采用Bentley三维协同设计平台，来自不同专业的设计者可同时在同一平台、同一模型、同一环境下进行设计，实时共享数据、信息和知识，实现协同工作。

该模式打破传统设计模式严格遵循时间顺序的原则，改传统的“串行模式”为“并行模式”，缩短了项目设计周期；设计过程中的三个“同一”较好地避免了二维设计下的“串行模式”的诸多弊端，比如说，上下游专业设计工作要依次完成；设计周期较长；交付成果格式不统一、不规范；不同专业间难以进行及时、有效的沟通协作；易形成信息孤岛；各专业图纸文档数据资料存放无序，难以集中管理等。三维协同设计实现了多专业在同一环境、同一标准下的协同，使得团队设计工作实现无缝对接，极大地提高了项目整体设计效率和质量。

四步实现三维协同设计

不过，要实现三维协同设计并不容易，要做好各项相关的工作。新田选煤厂设计项目主要通过四步来实现三维协同设计。

第一步，做好前期准备工作。三维协同设计前期需要创建项目目录层次结构树，对相关设计者的读、写、删除等权限进行统一分配，统一收集和固化项目设计工作环境需求。在新田选煤厂主厂房设计项目中，煤炭工业郑州设计研究院根据主厂房所涉及的专业，建立了主厂房总装、主厂房轴网、工艺、土建、机电、暖通、给排水和机制等文件夹。其中，主厂房总装和主厂房轴网文件夹由项目负责人管理，其他设计者只有读的权限；各专业文件夹下设总装、原始资料、三维模型等文件夹，由专业组长设置相应文件夹的工作权限。设计过程中，相关设计者要在权限范围内进行设计。值得一提的是，三维协同设计需在同一环境下完成设计工作，以保证项目实施过程中设计需求和标准的统一性。Bentley专业设计软件提供了一个开放的工作空间（WorkSpace），设计者只需根据行业特性收集设计需求，如标准样式、文字样式、门窗和管道类型等，然后对需求进行固化，形成统一的工作空间。

第二步，三维建模与组装。三维建模与组装是三维协同设计的关键，其实施过程具有很强的逻辑性，可总结为化整为零和化零为整两个阶段。项目伊始，需要依据既定拆分规则按专业对项目进行逻辑拆分，即化整为零；项目组装阶段，需要参考规则逐级进行组装，即化零为整。新田选煤厂在设计初期首先由土建专业创建基于统一原点坐标的ACS轴网，然后统筹考虑如何按专业拆分模型，以及专业模型如何命名等问题。以土建专业为例，可将其分为建筑模型和结构模型两大类，每一类模型以层为单位进行模型的创建，分别命名为“2366—主厂房—土建—建筑—设计标高（层）”和“2366—主厂房—土建—结构—设计标高（层）”。土建专业的设计者只需对拆分后底层模型文件负责，进行模型的绘制，并将复杂多变的数据信息添加到模型上。各底层模型文件创建完成后，利用软件的参照功能对模型文件进行组装，形成2366—主厂房—土建—分装模型文件，其底层模型文件的数据信息逐级传递至分装文件，最后形成最终的2366—主厂房—总装模型文件。在设计过程中，各专业团队可根据其他专业模型的设计进展情况统筹考虑本专业切入设计工作的时间，设计者可根据需要灵活运用参考命令将其他专业模型文件参考到本专业的模型文件进行设计工作，从而提高专业间的沟通效率和设计效率。

第三步，碰撞检查和设计优化。选煤厂设计涉及专业较多，难免会出现“错、漏、碰、缺”问题。加上新田选煤厂主厂房工艺环节较多，设备布置复杂，且管线和附属设施错综复杂，如果采用传统二维图纸，无法直观展示相关设备、管路的尺寸和空间关系，设计质量更不容易保证。但是通过碰撞检查，三维设计就可能尽可能地避免“错、漏、碰、缺”问题。借助于Bentley三维协同设计平台，相关人员可在设计过程中快速核查新田选煤厂主厂房的梁板柱、设备和管道的尺寸信息，以及它们之间的位置关系，并实现静态和动态碰撞检查。静态碰撞检查是指各专业组长利用软件内置的碰撞检测模块定期检查专业分装模型中各图元间是否存在碰撞问题，项目负责人负责定期检查各专业分装模型间图元是否存在碰撞问题，以此减少项目建设过程中的设计变更，提高项目工程设计质量。此外，Bentley系列软件中的Navigator还提供动态碰撞检查功能，即引入时间概念形成4D动态碰撞检查，为后续设备安装提供较好的帮助。同时，通过直观的车间布置展示，可对建筑物的跨间距、层间距提出优化建议，减少不必的裕度。

第四步，三维协同设计延伸。Bentley三维协同设计平台虽然可较好实现各专业间的协同，改善设计过程中的“错、漏、碰、缺”，但仍存在一些问题。比如书，Bentley软件暂无法较好地解决土建专业混凝土结构计算问题等。在此情况下，就应该兼容诸如Fluent等第三方软件，甚至实现多个三维设计平台的联合，如Bentley+Revit，以扩充完善三维协同设计平台的功能。

变革设计理念

项目建设期间，各参建单位之间要通过工程语言进行有效沟通。传统的二维工程设计主要表达方式是二维图纸、材料量和文字说明，三维设计则能提供更为丰富的工程表达方式。通过三维协同设计，煤炭工业郑州设计研究院为新田选煤厂主厂房构建了数字化主厂房模型。相关人员可根据该模型还原二维设计图纸、精确统计工程材料量，还可进行渲染、动画展示等。对于复杂的工程内容，可借助于飞行、漫游等手段直观反映，或形成AVI格式的动画、U3D格式的PDF文件进行表达。

三维协同设计带来了全新的工程设计效果，让设计更加精细化、文档管理更加规范、专业协同更加有效，设计质量得到提高，设计周期缩短。通过新田选煤厂三维协同设计实践，Bentley三维协同设计平台优势已经凸显出来：

第一，基于三维协同平台ProjectWise可实现多专业数据、信息的实时共享，可实现专业间的协同设计，可实现图纸、文档的规范化管理；

第二，基于WorkSpace的统一工作可实现设计的标准化、规范化和统一性；

第三，通过碰撞检查功能检测项目图元间的冲突，尽可能避免“错、漏、碰、缺”；

第四，可将复杂多变的数据信息添加到模型中形成数字化模型，并对各种设计信息进行精确分类和统计；

第五，通过虚拟现实技术可实现三维可视化和高效、精确设计。

为实现三维信息模型成果利用率最大化，三维协同设计不能仅停留在设计阶段，还需涵盖规划、设计、施工和后期的运维管理，实现工程项目的全生命周期管理，三维协同设计的最终产品数字化模型将工程信息和资产信息集中起来统一管理，实现各阶段数据信息的移动和共享。

三维协同技术是解决选煤厂项目设计的一种全新工程方案，是选煤厂项目设计理念的一次革命。新田选煤厂的实例证实三维协同设计可极大地提高选煤厂设计质量与设计效率，为选煤厂工程项目的全生命周期信息管理打下坚实的基础。