三维设计技术在选矿设计中的应用

陈荣香，欧阳霞嫦

（1.华楚智能科技（湖南）有限公司，湖南长沙 410019；2.长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410019）

随着三维设计技术在建筑业、制造业等行业的推广及普及，在选矿行业国内外业主对三维项目的需求日益增长，长沙有色冶金设计研究院有限公司提出了要在选矿专业进行三维设计的要求。三维设计不仅仅是将二维图纸转化为三维模型进行外观展示，而是要达到各专业的三维协同设计［1］，使选矿设计更加精确和合理，设计成果无碰撞，材料统计更精确，减少施工过程中的现场设计变更，避免因设计原因而引起的返工现象，降低设计单位的设计风险。

1 三维提资

目前多数设计单位各专业间的相互提资都以二维图纸的模式进行，二维图纸的提资难免会出现不直观，提资遗漏的问题。该公司现阶段的三维提资主要是工艺专业向其它专业提交三维设计模型，并从三维模型中切出二维图纸，其中的关键信息在切出的二维图纸中标注出来。在设计过程中进行三维提资，各专业可以很直观地看到工艺专业的设计方案及意图，如图1所示，其它辅助专业也可以在切出来的二维图纸的基础上开展本专业的设计。

设计者还可以就三维设计方案向业主及其它专业设计者进行展示与讨论，三维设计的实施让方案变得更直观，将二维设计中不便展示的内容也一一呈现，提升了沟通效率，也彰显了企业的设计实力。

图1 工艺专业BIM设计方案

2 三维建模及碰撞检查

该公司目前采用的建模软件主要是Bentley软件公司的专业软件，其中建筑和结构采用AECO Sim进行建模，管道采用Open Plant。目前建筑、结构、暖通、电动等专业主要根据二维设计图纸进行三维翻模，而工艺的管道设计则采用正向的三维设计。

三维设计是在软件里将即将建设的项目进行预搭建，因此杜绝了传统二维设计的设计遗漏、各专业协同设计不到位等情况的发生。在传统的选矿二维管道设计过程中，设计师仅凭借空间想象进行工艺管道设计，常出现顾此失彼、返工、各专业之间互相“打架”等现象，且“平、立、剖”的常规工程表达方式不直观、过程繁琐、效率低下。三维设计过程中还能暴露出隐藏在二维设计图中看似合理的实则有缺陷的问题［2］。在选矿工程建设中许多管道采用钢衬复合管，传统的二维设计管道施工图在施工建设过程中并不能精准地指导施工。而三维设计的管道图纸，施工单位按三维管道模型进行管道定制，并运至现场拼装即可，避免了钢衬复合管尺寸不合适返回厂家重新制作的现象，大大减少了管道安装的时间及管道安装的费用。

碰撞检查是三维设计的一个重要优势。建筑、结构、工艺等各专业的三维模型建立好之后，本专业先进行碰撞检测，发现问题及时调整［3］。子项负责人主持本子项的各专业综合检审，并依据Bentley相关软件进行的各专业碰撞检查结果，进行各专业之间的协调，找出最好的解决办法。碰撞检查技术解决了传统二维设计中检审不直观的问题，降低了图纸设计不合理及现场的返工现象，为设计者和施工人员提供了便利，避免了工期延误和不必要的窝工现象。

3 材料报表输出

传统的二维选矿设计编制材料报表时，由选矿设计人员按照图纸依靠人力计算得出，费时费力，且结果不够准确，当发生设计变更时，必须重新进行材料统计。而采用三维设计，则可以从三维信息模型中快速导出材料清单，提供详实可靠的材料明细［4］。在施工过程中还可按业主的要求输出各种形式符合采购需求的数据表格，见表1。

表1 BIM设计导出材料统计表

三维设计模型是一个信息载体，设计者做出任何设计变更，其相对应的材料报表也会依据变更自动更改，将设计者从大量重复的数据统计工作中解放出来。精准的材料统计报表为项目建设过程中的原材料采购提供了方便，大大提高了施工过程中原材料采购的准确性，减少了由于材料采购不准确而引起的误工现象。

4 三维出图

三维设计及检审完后，设计者对三维信息模型进行剖切出图。现阶段该公司进行三维出图的专业为工艺专业。工艺专业的图纸包含工艺配置图、管道平面图、管道系统图、单管图，其中工艺配置图、管道平面图、管道系统图，如图2所示。

图2 管道系统图

在三维模型中切出二维图后，根据出图标准进行必要的尺寸标注和情况说明。单管图（如图3所示）根据三维模型出图后直接套图框即可进行归档。

图3 BIM单管图

从三维模型里剖切出图，具有出图快、效率高的特点，且在三维模型里进行变更，对应的二维图纸也自动进行变更，减少了设计者的重复工作。但是现阶段从三维信息模型出的平面布置图和剖面图的图面标注的工作量还比较大，还需从简化设计流程和加大软件定制力度方面作进一步的研究。

5 施工现场的应用

传统的设计交底，主要由设计者对着二维施工蓝图与施工人员进行沟通，由于施工队伍的技术实力参差不齐，存在施工人员对二维图纸的理解有难度的问题。而采用三维设计后，设计者将三维模型和二维施工蓝图一并交与施工方，很好地解决了这个问题。施工员根据三维模型直观地了解所建项目相关信息，为最优施工方案的制定提供了良好的基础。尤其是管道安装过程中，现场施工人员依据管道单管图进行备料，简化了其施工难度。施工方还可以依据三维模型中的管段编号，将定制好的管道进行装配式施工，大大减少了管道安装时间，节约了管道施工成本。

现阶段由于采用三维设计的选矿项目较少，因此施工人员对如何高效地使用三维模型和管道单管图尚未掌握，仍需设计者在具体实施过程中进行指导。

项目施工完成后，结算人员根据二维施工蓝图及设计变更进行三维建模，并依据模型导出工程量，费时费力，而三维设计的实施，为竣工结算提供了新的工作模式。由于在施工过程中，三维设计模型是动态的根据项目要求实时更新的信息载体，其导出的材料量即为最终施工的量，三维设计的应用大大简化了竣工结算工程量统计工作，缩短了竣工验收所需时间。

6 结束语

三维设计的实施为该公司选矿设计开辟了新的设计流程，解决了各专业之间的碰撞问题，简化了设计者材料统计的设计过程；借助三维模型，施工人员还可以更精准地理解设计者的设计意图；竣工模型的应用，大大减少了结算人员的工程量统计工作。但是该公司乃至全国选矿行业的三维设计尚处于起步阶段，只有广大设计者持续地研究和探索，选矿的三维设计工作才能得到更好的应用和推广。