BIM技术在大型甘蔗糖厂设计中的应用

贺 湘，罗慧明，郭荣来

(中国轻工业广州工程有限公司，广东广州511447)

0 前言

近年来，国内外新建的甘蔗糖厂产能规模越来越大，如埃塞俄比亚瓦尔凯特新建的24000 t/d的甘蔗糖厂项目，厂区总占地面积达75000 m2，建构筑物单体数量将近80个，设备、管道、公用工程及室外综合管廊的布置也错综复杂。如何在较短的设计周期内高效管理整个项目，协调好土建、工艺系统、水电暖等各专业之间的工作，以完成高质量的设计成果，无疑成为了大型糖厂项目设计的一大挑战。

“BIM”是Building Information Modeling的简称。随着BIM技术的不断发展，越来越多的业主和设计单位都开始接纳并采用这一新的技术。BIM技术应用于民用建筑的例子已经非常多，但是在大型糖厂设计中，BIM技术的应用还较少。本文基于BIM技术和大型糖厂的特点，采用PDMS软件完成了该糖厂的工艺系统设计，并与传统设计方法进行了对比与分析，为糖厂设计提供指导和参考。

1 BIM技术的特征[1-3]

BIM技术主要特征可概括为以下几个方面：

(1)可视化。可视化是BIM技术最直观的特点。通过BIM软件建立的模型能够很直观地进行展示，三维立体视角呈现的效果使得设计人员可以更加清楚地了解整个工程的布局和各种构件的空间关系。一些在二维平面图上容易误解或者表达不清楚的地方，在三维立体空间内可以清楚地呈现出来，如果工程设计存在问题，也能够很清楚地识别出来。这就使得各专业之间、设计人员与校审人员之间的交流更加便捷明了。

(2)信息化。BIM技术是信息化的产物。BIM最大的技术特点就是可以将各个方面的信息进行整合，通过BIM技术建立项目三维虚拟模型，建筑工程中的各项参数信息都能够在模型中体现。这些信息不仅能在专业内部进行交流，也能在专业之间流通，更重要的是模型中的所有信息还能用于工程全生命周期的各个阶段，为施工管理、造价以及运行维护提供信息。

(3)协同性。现代建筑工程是一项十分复杂的系统性的工程，涉及的专业往往很多，同时参与的单位和人员数量也不少。不同专业之间、不同单位之间以及不同人员之间的交流和沟通就显得尤为重要。在传统的设计模式下，需要总工和项师统一协调，不仅协调工作量较大，而且还容易出现错漏。BIM技术为整个项目提供了一个信息共享的平台，各专业人员可以方便地查询相关环节的进展并跟进工作，为自己的工作做好准备并且可以及时调整。如果某设计人员更新了设计内容，其他参与的人员可以马上知晓，这就使得交流更加顺畅有效，大大提高了设计效率。

2 大型糖厂项目的设计特点

总体而言，近年来新建的糖厂项目具有以下特点：

(1)产能规模越来越大。近年来国内外新建的甘蔗糖厂产能规模越来越大，厂区用地面积增多，建构筑物数量也增大，各专业的设备及管线交叉也会更加复杂。比如本公司近几年设计的糖厂中，在埃塞俄比亚欧姆地区新建有2个12000 t/d的原糖厂，在柬埔寨柏威夏省新建有20000 t/d的原糖厂及配套的炼糖厂，在埃塞俄比亚瓦尔凯特新建有24000 t/d的原糖厂及配套的炼糖厂等。

(2)建构筑物单体数量多。一般的甘蔗糖厂主要包括原料预处理间、制糖工艺间(包括澄清工段、蒸发工段、煮糖工段、干燥装包工段)、原料和成品仓库、热电站和配套公用工程等，建构筑物单体数量非常多。

(3)设备和管道数量多，极易发生各类碰撞。设备、管道、公用工程及室外综合管廊的布置错综复杂，极易发生各类碰撞。

(4)设计周期相对较短，出图质量要求较高。

(5)海外项目材料统计的准确度要求较高。海外项目的材料均从国内海运或空运，运输费用大，这就要求设计阶段统计材料要有较高的精准度，尽可能不重不漏。

3 基于BIM的大型糖厂工艺配管设计流程

BIM技术发展到今天，已经涌现了很多高效好用的 BIM 软件，目前在建筑工程领域主要有Autodesk公司开发的Revit、AVEVA公司的PDMS系列、Bentley公司的 AECOsim系列、Graghisoft公司的ArchiCAD等。其中PDMS软件在工业建筑的工艺管道设计中的应用最为广泛，国内外许多企业和设计院都在使用PDMS软件代替AutoCAD应用于大型复杂工程的设计[4-9]。

本项目BIM设计平台主要由Revit和PDMS两大软件系统组成。其中，Revit系统主要用于土建包设计(含建筑、结构、水工、暖通、电控等专业)，PDMS系统主要用于安装包设计(含热力、工艺系统等专业)。

应用BIM技术进行糖厂设计的主要流程为：

(1)建立标准数据库。在设计初期，各专业需进行设计输入：土建专业将二维 AutoCAD图导入建模，并建立构件选用数据库；工艺系统专业需建立管道等级数据库、阀门管件数据库；给排水、电气仪表等其他专业也相应建立自己的数据库。

(2)建立带接口的设备模型。各专业尤其是工艺系统、给排水、热力专业根据设备资料建立带管嘴法兰方位的设备模型。带管口方位的设备资料需由工艺专业在前期与设备厂家进行沟通，确定最佳管口方位。

(3)管道设计与建模。设计过程中，各专业尤其是工艺系统、给排水、热力专业需根据 P&ID图进行管道设计，P&ID图中所有信息均需在平台中得到体现，如管道壁厚、保温层厚度、管道材料、管件选用等，方便设计完成后直接输出材料统计表。

(4)建立管道附属构件。如建立管道支吊架及操作平台模型。

(5)管路分析与碰撞检查分析。设计结束后全方位进行管道碰撞检查，若发现有碰撞，及时更改走向，直到100%无碰撞。

(6)自动化生成图纸。设计完成后，可通过自动出图软件进行设计结果输出：包括平面图、任意位置立面图及单管ISO图。图纸文件为dwg格式。

(7)自动化报表统计。依据公司规定的Excel表格样式自动输出各材料表，如管段表、材料汇总表、管道特性表、阀门统计表等。

4 BIM技术与传统设计技术的对比分析

通过比较基于 BIM 技术的设计方法和传统AutoCAD二维设计方法在设计思路、设计流程和软件操作等方面的不同，可以很容易发现，基于BIM技术的设计方法相较于传统方法有很明显的优越性，具体体现在以下几个方面。

4.1 设计方案形象直观展示

在传统 AutoCAD设计模式下，设计成果都是二维的，通常按照不同的专业或设计范围分散存放，既抽象也不便于快速查询或检索，不利于业主、监理及施工等各单位准确高效地理解设计意图或项目的整体情况。

在BIM设计模式下，设计成果中不仅有二维的施工图，还有三维的虚拟模型和工程动画(图1)。尤其是在三维虚拟模型中，集中存放了各个专业的设计成果，既形象生动又便于快速查询或检索，有利于业主、监理及施工等各单位准确高效地理解设计意图。经过渲染之后生成的工程动画，可实现对项目的三维仿真漫游，预先体验项目的建成状况；还可实现对运营工况、交通、人流及物流工况的模拟分析，有利于项目设计优化。

图1 AutoCAD设计图和BIM技术设计图对比

4.2 便于各专业协同设计和项目进度控制

传统 AutoCAD设计模式下，建筑、结构、工艺系统、水工、暖通等各个专业都是在相对独立的软件环境下完成本专业的设计工作，难以及时发现本专业的设计对其它专业可能产生的影响。因此，传统 AutoCAD设计模式下，各专业间碰撞情况较多。

而在 BIM设计模式下(图 2)，包含有管道、桥架、结构、建筑和暖通等设计模块，数据均统一存放在项目服务器上，各专业可在三维平台上协同设计并实时查看其它专业的设计模型，有助于各专业的交流，减少碰撞，更高效优质地完成设计工作。

图2 BIM技术自动生成各车间完成进度情况

良好的协同作用和实时查看功能，采用BIM三维平台进行设计对于项目管理也提供了便捷性，项目管理者可以实时地在三维平台上查看项目的设计模型，掌控项目的设计进度，且随时可自动生成各车间的工作完成情况表。

4.3 确保材料选用的一致性和材料统计的正确性

在传统 AutoCAD设计模式下，土建材料、管道安装材料等的工程量统计都是人工计算，效率很低，准确度有限，且不同专业间材料选用的标准不尽相同。

而用BIM三维软件设计时，平台建设团队依据标准规范和公司规范化的管道等级，在配管设计前便已经建立管道的等级数据库。各专业配管设计人员在项目配管设计过程中，只需按照公司的标准化管道等级选择材料，保证了材料选择的正确性和规范化。

而设计完成后，BIM技术设计的ISO单管图中含有材料表(不用出管段表)，材料汇总表自动生成符合公司格式的材料表，无需人工统计，提高工作效率同时保证了材料统计的正确性(图3)。如若修改管路，其对应的材料将自动更新，这大大减少了设计人员的工作强度和时间成本。

图3 PDMS自动提取的ISO单管图及材料表

4.4 管道留孔提资的高效性和正确性

在 BIM 三维平台完成配管设计和土建模型的建模后，管道的穿墙楼板孔洞，可在软件中自动在楼板和墙上开孔，并在对应管道ISO图中标识穿墙符，无需手工在BIM平台中开孔，并把BIM平台中开孔完成的楼板和墙信息提出后自动生成dwg格式图纸，提资给建筑，从而提高了设计人员的工作效率和准确性(图4)。

4.5 减少施工阶段变更，节省施工成本

以碰撞检查为例，在传统设计模式下，图纸方案中存在的一些问题，比如管道之间的碰撞、管道和设备间的碰撞、管道和建构筑物之间的碰撞或者安装空间不足等，在设计审查阶段难以及时完全发现，往往都是在施工阶段才被一一暴露。这就容易造成设计返工或施工进度延误。

而在三维设计模式下，协同作业程度较高，设计软件也自带了碰撞检查功能，无论是管道之间的碰撞、管道和设备间的碰撞、管道和建构筑物之间的碰撞，都可以100%地将各种存在碰撞问题暴露出来，使其在设计阶段就能完全解决。这就可以显著减少施工阶段的各类变更，减少了工期的延误，从而大大减少施工成本(图5)。

图4 BIM技术管道留孔提资图

图5 BIM技术碰撞检查（管与建构筑物碰撞）

5 结论

相对于传统二维设计手段，通过采用BIM技术可获得项目三维数字模型，可使大型糖厂设计的精准度和设计深度大大提高。从设计提资、各专业协同工作、设计过程碰撞检查、自动生成材料表以及三维可视动画等方面，与传统二维设计相比，大大提高了设计人员的工作效率，提高了设计的准确度，有利于整个项目的管理和控制，使糖厂设计水平上了一个新台阶。