三维协同设计在水泥工程中的应用

相冲，刘刚

三维协同设计在水泥工程中的应用

相冲，刘刚

随着工程建设行业计算机辅助设计及信息化水平的不断提高，二维向三维的转换和升级已经成为工程设计和建设的必然趋势，基于三维设计软件的协同设计将给工程建设行业带来一场技术革命。本文着重介绍了三维协同设计在水泥工程领域的应用，阐述了三维协同的设计方式、设计流程和设计理念。通过三维协同设计，在设计和施工之间建立起无缝的沟通桥梁，实现有效的信息交互，减少错误率，提高设计质量，降低项目成本，将项目管理提升到一个新的高度。

三维协同设计；工作集；中心文件；建筑信息模型（BIM）

1 引言

近年来三维设计已经逐步在建筑领域得到应用，而国内的水泥行业还是一直按照传统的二维方法来设计。整条水泥生产线车间多、设备杂，涉及到工艺、结构、建筑、电气、水道、暖通等专业，设计难度比较大。设计从工艺专业开始，先做工艺系统设计，然后工艺专业向其他专业提资料图，结构专业根据工艺专业的资料，布置楼板、柱子、梁，建筑专业根据工艺专业的资料布置楼梯、钢平台等，电气专业、水道暖通等专业布置本专业的设施，然后工艺专业再进行穿图查返，查返过程中如果有问题还要和其他专业及时沟通，是一种串行的工作模式。一旦设备资料或布置发生改动，那么工艺设计师需要对资料做相应的调整，并及时向其他专业提资料变更，以便其他专业做相应的调整。而在这个过程中，各专业间的数据传递和信息沟通就显得尤为重要。如果没有一种高效有力的手段来传达各专业间的设计变更，那么就会造成最终各专业的施工图纸对不上，无法正确衔接，给现场施工造成很大影响。比较常见的现象：工艺非标或设备与结构梁柱相撞、建筑门窗与结构梁相撞，还有就是黑白错误等等。而设计中的资料变更是不可避免的，以往的设计方法，各专业之间的图纸不能同步修改，只能靠人力花更多的时间来进行各自的图纸修改，因此各专业的设计图纸之间缺乏关联协调就成了设计中所遇到的主要问题。据研究表明，工程项目约有30%成本消耗在团队成员沟通协调过程中，各管理模块实时获取项目海量数据存在巨大困难，数据传输不及时致使管理流程变得更加复杂。

2 三维协同设计的概念

三维协同设计是以三维数字技术为基础，以三维设计软件为载体，设计团队为了共同实现或完成一个设计目标或项目共享数据、信息和知识，在并行工作模式下完成工作任务的设计方法。

三维协同设计将以设计图纸为目标的设计方式转为以三维建模为过程，从模型直接生成材料清单和图纸的方式。设计师们只需要建立合理的三维模型，将设计精力和资源用于模型的建立，而通过三维协同软件平台，可以直接对内容的有关数据进行统一储存和输出，并且直接生成施工图，而无需像以往一样，将大量的精力花费在图纸的绘制和修改上。

在三维协同设计平台下，设计师们首先按设计要求建立合适的三维模型，再从三维模型直接生成二维施工图。从三维模型生成二维施工图，是由协同设计中的三维系统软件来完成的。通过指定视口中的显示配置和指定所在视口中的某个方向查看视口中显示的对象，可产生不同的显示画面，如平面图、平面基础图、立面、三维模型和示意图显示等，几乎不需重新绘制任何对象。

利用BIM（建筑信息模型）的设计过程：

通过建立三维模型、输入参数创建BIM文件，并始终围绕其来完成设计过程。

三维模型可以提供直观的参照，帮助专业间的交流讨论。

所有专业文件始终集成在同一文件中。

对设计内容进行统计、检测等处理，并用于未来的工厂管理。

三维协同设计方式：

在三维建模过程中，基于Revit平台软件，主要可以采用以下三种协同方式：（1）网络中心工作集方式（见图6），将项目文件建立工作集作为中心文件存放到网络位置，各成员建立本地文件副本，各成员将所做的修改发布到中心模型中，所有成员都可以随时从中心模型载入其他成员所做的修改。这种方式适合不同专业之间模型关联度比较高的情况，各专业根据需要通过工作集，进行权限控制和权限转移，能有效解决工作中模型协同和技术交流。但是项目文件过大的话会对协同可操作性造成影响。（2）链接模型方式（见图2），各成员建立自己的项目文件，各自在独立的项目文件中设计，通过网络链接的方式链接其他成员的项目文件，也可以根据需要对其项目文件中的模型进行复制。这种方式适合于项目之间没有约束为独立的项目或者是不同规程之间的协调。（3）模型独立专有方式（见图3），项目模型由专人负责，通过各专业设计师的指导，完成相应的设计工作。采用这种方式模型的问题就会相对减少，协调成本也随之降低。

3 三维协同设计实施方案

经过几年的探索，天津院的设计师们在技术层面上取得了突破和创新，引进了BIM设计理念，在以Revit系列软件为平台的基础上进行三维信息化设计。借助强大的Revit Ar⁃chitecture、Revit Structure、Revit MEP软件，将之前孤立的数据和信息整合在一个平台上，这样各专业数据共享、信息顺畅便成为现实。

下面以煤磨车间为例探讨一下三维协同设计在工程建设领域的应用（见图4）。

煤磨车间三维设计充分运用BIM技术实现工程设计方法的改变，建立以BIM为核心的多专业协同设计。在施工图设计过程中，天津院通过建立网络中心文件的方式进行协同设计。每个专业的设计者建立自己的本地文件，建立本专业的工作集（见图5），启动文件编辑权限。在三维项目进行过程中，工艺专业进行工艺布置、非标设计，结构、建筑根据工艺布置设计楼板、梁柱、楼梯，这个过程几乎是同步进行的，如果资料发生变更，设计者只需在协同平台上及时发布和更新自己的设计成果，保存到网络中心（见图6）。这样每个专业设计者保存一下网络中心，本地文件就会自动更新同步，哪个地方作了修改马上就能看到，这样的工作平台使每一位设计者在同一个项目模型下工作。此举将二维的串行工作模式改为各专业并行，并实现各专业文件实时交互，同步构建整体项目的BIM三维项目信息模型。在设计过程中可以主动地消除各专业的碰撞问题（见图7），而不必全部依赖于设计后校审的碰撞检查，一旦发现设计问题，各专业设计师能够实时进行讨论和修正，将整个设计流程整合起来。这样既加快了前期的设计进度，也避免了后期大量变更和修改，提高了项目的设计质量，提升了项目整体设计进度。

基于三维协同设计在煤磨车间的运用，各专业能够精确统计出材料量，输出材料清单。工艺专业统计出非标准件用各种规格钢板、螺栓、螺母、垫圈的用量；结构专业统计出混凝土用量（见图8）；建筑专业统计出门窗、钢梯的量；电气专业统计出电缆、桥架的量，这些数据都会对项目的投标报价，提供很大的帮助，对项目的预投提供精确的数据支持，降低工程项目的风险。

BIM模型还可以通过图形运算并考虑专业出图规则自动获得2D图纸，并可以提取出其他的文档，如工程量统计表等，还可以将模型用于能耗分析、日照分析、结构分析、照明分析、声学分析等诸多方面。

4 结论

三维协同设计模式是目前最先进的、协同关系最紧密的实时协同模式，多专业在并行设计中相互协调，减少了协同过程中的障碍，将设计问题消除在初始状态，而不必全部依赖于设计后校审的碰撞检查。一旦发现设计问题，各专业设计师能够实时进行讨论和修正，极大缩短了设计周期，有利于工程材料量的准确统计，提高了工程设计的经济性。采用三维设计方法可以对工程中的各设计对象进行精确设计，三维设计模型与实际工厂唯一对应，提高设计的完整性和直观性。

三维协同设计更多是提高设计+建造+运营的综合效率，而非单一设计环节的效率。对设计环节来说，三维设计需要增加信息量的输入，增强了各设计对象的关联关系，信息量的增加和关联关系的紧密结合体现了精细化设计的理念，为建造和运营提供了可管理的基础数据，三维协同设计的综合效率得到充分体现。从市场策略来看，采用三维协同的技术方法在投标过程中得到业主更高的认可度。

未来的协同设计，将不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段，它将与BIM融合，成为设计过程的核心技术和方法。借助于BIM的技术优势，协同的范畴也将从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，需要设计、施工、运营、维护等各方的集体参与，从而带来综合效率的大幅提升。当前的BIM还存在一些缺点，BIM的发展也应推动行业内部标准的改变，制定一个既不限制创作又可供审核的三维标准才是BIM发展所需要的。随着BIM的发展，三维替代二维将不是遥远的事。

The Application of the 3D Collaborative Design in Cement Engineering

XIANG Chong,LIU Gang
(Sinoma International Engineering(Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

As the rapid improvement of informatization and computer aided design in construction industry,the conversion and upgrading from two-dimensional to three-dimensional has become the inevitable trend of engi⁃neering design and construction,the collaborative designing based on the 3D(three-dimensional)would bring technological revolution for the construction industry.This paper mainly introduces application of 3D collabora⁃tive designing in cement engineering,including the design way,the design process and the idea of 3D collabora⁃tive design,establishing seamless communication between designing and construction,realizing the effective in⁃teraction of information,reducing the fault rate,improving design quality,and decreasing the project cost.All of these advantages of 3D collaborative design would bring the project management to a high level.

3D collaborative design;working set;central file;building information modeling(BIM)

TQ172.8

A

1001-6171（2012）05-0031-03

通讯地址：中国中材国际工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2012-02-21；

吕 光