三维软件引领高效工程设计

文｜刘玉平 惠文博

在进行三维模型出图过程中经常遇到各种问题，结合BIM 技术在南通如皋垃圾发电厂项目中的工程应用，给出了一些模型轻量化的工程经验。BIM 技术的应用加快了项目的进度，控制了项目的成本，应尽快推广到更多环保项目中。

图1 上海电气某垃圾焚烧发电项目效果图

随着人们生活水平的提高，“垃圾围城”的现象日趋严重。国家对“减量化、无害化、资源化”的垃圾发电厂通过处理垃圾进行发电的方式越来越重视。但是，垃圾发电厂房设计中涉及多个专业，管线众多、排列复杂，设备布置要求相对集中，采用传统设计方式，存在着图形表达和专业协同等诸多缺陷，一定程度上影响了整体工程的设计质量。BIM 技术强调工程建设项目的全面信息化，强调信息模型和管理流程在工程建设全生命周期中的应用。其中，在工程设计方面，其三维建模、协同设计、数字化交付、节能分析、碰撞检测等优势显露无遗。作为一种新型的设计手段，它正在引领这一场工程设计模式的变革。

信息汇集支撑项目数字化运维

图2 主厂房建筑结构

图3 主厂房办公楼建筑模型

图4 渗沥液车间建筑模型

图5 水处理车间总装模型

图6 主厂房内部设备管道模型

图7 垃圾厂站全景图

以上海电气环保集团上海市机电设计研究院有限公司（简称机电院）承接的南通如皋2250t/d 垃圾焚烧电厂技扩改项目为例，上海电气南通环保热电公司垃圾处理量为2250t/d，工程范围包括：主厂房、综合水泵房、办公宿舍楼、110KV 配电所、冷却循环水泵房、取水泵房、渗滤液处理车间、烟囱、水处理车间、污水处理站等建筑和厂区范围内的道路、电缆沟以及综合管网。通过运用BIM 技术，开展了全专业的三维建模、碰撞检查、设计复核、模型渲染、工程漫游等工作，形成南通垃圾焚烧电厂三维模型、施工图纸、设备及材料清册等三维交付所需要的技术资料。典型建筑物三维模型如图2～图7 所示。

在项目进行初期，三维模型设计团队根据专业，依次分为建筑、暖通、电气、水工、热机等小组，初期各专业小组根据图纸分别各自独立进行三维模型的设计工作。主厂房轴网的搭建是项目建模的第一步，主厂房的轴网是各专业建模定位标高的基准，为后续模型的总装提供了极大的便利。

热机专业设计内容主要包括主蒸汽管道、主给水管道、锅炉上水、疏水、排汽等管道。以热机专业模型为例，使用Open Plant Modeler软件进行热机管道的搭建，可以实时查看管道属性，包括管径、壁厚、保温层厚度、材质等信息，这一系列管道信息的录入也为厂区后期数字化运维提供了便捷。

由于前期建模工作的定位、标高准确，因此，在进行管道、设备整合时更加方便，也为后续的碰撞检测工作提供了很大的便利，提高了小组成员的工作效率。

自动出图提高工作效率

完成电厂三维模型之后，利用MicroStation的动态视图功能，可方便的实现二维图纸自动出图。三维模型修改后，二维模型能实现动态更新，想要出取理想的二维图纸，对三维建模也存在一些要求。

建模精细化程度。建模是三维设计的一项重要工作，三维建模精细化程度的选取是至关重要的一个方面。模型过于精细，后续模型组织，出图将消耗更多的时间成本；模型过于简单，则无法达到设计的深度，无法体现设计者意图。针对目前软件硬件环境及实践经验，主厂房专业建模基本要求如下：板、梁、柱、墙、大体积混凝土、楼梯、门等各系统应按照设计要求详细建模，而对于孔洞、窗、栏杆等则可以根据设计需要进行适当的取舍。比如大孔洞（楼梯孔等）必须在模型中体现，而管路开孔、桥架开孔则不必体现或视不同阶段出图要求酌情体现。又比如，楼梯应该按照设计要求建模，而栏杆则可根据设计深度要求进行简化或者不做处理，以减小模型的体积，又能反映设计意图。再比如，设备应根据图纸尺寸建模，但是设备中的螺栓、螺母不作处理。建模过程中，如果将全场模型螺母都加入建模文件中，电脑运行负荷将多大，不利于工作。简化前后的模型如图9-图10 所示。

随着软件硬件水平的发展，可以适当提高建模精度，但并不意味着只要有处理效率高的软件和硬件配置高就尽可能提高建模精度，因为建模精度越高，消耗的各种成本就越高，在能满足设计和工程需要的建模精度下，应该尽可能的简化模型，以提高工作效率。

精选出图模型，剔除不必要的元素，是提高效率的前提。基于模型的复杂性及时间成本的考虑，无法将整个完整模型进行出图，也没有必要选取整个完整的模型进行出图。因此，出图模型选取是出图质量高低，出图能否成功至关重要的一步。主厂房各专业管道布置图，其中大部分是各层平面图，因此筛选模型的时候可以按照分层原则，只选取跟出图模型有关的各层模型，可以极大的减小模型容量，保证出图的完整性和质量。

图9 简化模型

图10 实际模型

图11 材料报表

分层次建模。主厂房建模应分层次建模，应用参考关系组装模型，分层次建模虽然会适当增加模型的复杂性，但可以使各建模保持独立性，条理层次清晰，不同人可以同时对各层进行操作，提高工作效率；分层次建模是后期出图模型筛选的前提条件，可以提高后期出图效率。但层次不宜过多，参考关系不宜过于复杂，否则会加大模型的复杂程度，影响工作效率。本次项目，各个专业都采用分层次建模的思路，每层模型包括每个专业所有的管线模型、设备模型，总装模型参考各专业模型层，组合合成。

模型精细化程度直接影响模型的复杂程度，建模精确程度将直接影响到出图质量。因此，根据设计需要考虑建模精细化程度，提高建模精度，可以使三维模型满足设计需要，提高工作效率。

工程量计量。三维信息模型承载着整场全部的数据，利用OPM 对经过碰撞检查及轻量化处理后的模型进行材料统计，可以对项目进行更精准的工程量计量。而准确的工程量计量是工程成本计算的基础，控制了实际材料的支出，从源头把住了设计成本。图11 是该项目构件、管道的材料报表。

结合BIM 技术在南通如皋垃圾垃圾发电厂项目中的工程应用，通过对全厂建筑、管线模型出图，对垃圾发电厂模型精细化程度进行了分析。结果表明，在能满足设计和工程需要的建模精度下，应该尽可能的简化模型，以提高工作效率；BIM 技术的应用加快了项目的进度，控制了项目的成本，应尽快推广到更多环保项目中，这对于工艺复杂的电厂设计起到了巨大的借鉴作用。