数字化设计在水泥厂设计中的应用

陈治刚，王团峰（中国中材国际工程股份有限公司，江苏 南京 ）

0 引言

随着“中国制造2025”和“智能制造”上升为国家战略，信息化进程的加快及数字化技术普及，以数字化设计为核心的协同设计模式已成为可能。水泥生产作为传统工业，其信息化与数字化程度落后于其他新兴产业，面对全球性的环保、能耗、管理等标准不断提高，水泥行业迫切需要实现从设计、施工到生产运维上的技术变革。

目前水泥厂设计大多还依赖于成品化的CAD设计软件，数据不能有效传递与结构化存储，设计过程比较繁琐，材料统计容易疏漏，影响设计质量的同时也无法满足未来水泥工业数字化、智能化运维对数据的要求。因此开展数字化设计的研究，已成为行业设计发展的必然选择。

1 数字化设计平台

数字化设计是指在工程设计阶段对工程数据源进行标准化、结构化的科学管控，使用BIM三维数字建模技术对建设项目数据与模型有机结合，实现建设项目的平台化、数字化交付的方法和技术。通过数据的集成和共享，可促进设计人员提高工作效率，同时还能降低人为错误的发生率，从而提高工作质量[1]，数字化设计的3D模型将为水泥工厂的施工、运维管理等奠定数据基础。

数字化设计平台作为开展数字化设计的基础，通过对数据管理系统和设计工具平台的集成开发，实现在设计过程中对工程数据的准确高效收集，从而实现对整个设计过程的数字化建设。

1.1 设计数据标准化管理

数字化设计的核心是数据驱动设计，因此数据的准确度、完整度与传递效率决定了数字化设计的质量。在水泥工厂设计中，数据涵盖工艺、结构、建筑、水道、暖动、电气、新能源等各个专业。通过对各专业工程设计中涉及的设备数据、族库模型、二维图形、设计标准等数据的收集，对上述数据的标准化、规范化处理，建立符合设计管理要求的设计数据管理平台，实现设计数据录入、调用、维护等过程的统一管理，从而为数字化设计奠定统一的数据基础。

1.2 数字化设计管理

设计过程的管理，是数字化设计高效与否的关键。通过对设计过程进行梳理分析，建立一体化协同设计管理平台，规范设计流程和设计标准。通过建立工程设备编码体系，贯通数据全过程，实现精细化管理工程完整数据（工程信息、设备信息、厂家资料等）的目的。通过优化专业间配合流程和方式，使各专业间的协调配合均在协同平台下按标准流程完成。通过计划管理与图档管理平台集成，实现设计过程与成果存储联动，满足设计实时关联与更新。在集中化的工程数据与图档平台管理模式下，实现工程设计成果的快速移交与发布，满足工程施工阶段应用需求。

1.3 专业设计工具集成

在数字化设计平台内，通过统一的设计数据管理及设计管理平台的支撑，建立覆盖全专业的设计工具平台。满足水泥工程工艺、电气、水道、暖动、结构、建筑、总图等各专业开展数字化设计的需求。实现各个专业的流程图设计、系统图设计、模型设计等设计内容的整合，实现各专业多软件之间的数据传递、协同、交互等。从而提高设计各方的良好互动，提高设计工作效率与设计技术水平。

1.4 轻量化协同管理

轻量化技术是3D数字化模型应用的重要技术手段。在数字化设计计平台内，建立面向设计的轻量化校审及信息展示平台，实现对工程设计模型三维浏览校审、设备模型属性查询、校审意见回传等功能，提高校审人员校审体验和效率；同时也可满足作为业主对于水泥工程建设的阶段性成果浏览需求，辅助业主对工程进度监测，提高协调决策效率。

2 应用简介

数字化设计平台的应用，使系统图中的符号与三维模型指向同一数据源，建立严格关联关系，保证了系统图与三维布置逻辑对应，不仅为工程提供了外在的可视化模型，还为信息在项目各环节的传输打下了基础。以下以某日产4000t熟料水泥生产线为例，对设计流程做简要说明。

2.1 项目创建

项目创建由项目负责人在平台中完成，包括项目名称、子项代号及名称、参与人员及其权限、设计进度计划等，设计人员登录平台便可到对应图档下进行相关设计操作。

2.2 工程信息配置

平台包含公共数据库与工程数据库。工程参数配置见图1。公共库中为标准设计数据，各专业负责人根据本项目实际情况，从公共库中将设备选型到工程库，作为工程设计库，设计人员的设计将在此库范围内进行。同时对流程图中标注样式及管线样式等设计样式进行配置，以满足本项目的设计需求。

图1 工程参数配置

2.3 流程图设计

需要绘制流程图（原理图）的专业，设计人员通过登录设计平台打开CAD，CAD端会自动生成对应图档目录及权限配置，设计人员在分配权限的图档目录下开展流程图设计。

在流程图设计过程中，设计人员可通过设备布置，从图例库中调用设备图例。定义设备所属车间并定义设备之间的关系，如并列关系或主从关系，通过赋值标注工具可提取图面所有的设备信息，对设备进行赋值标注。

为提高设效率，规范设计标准，平台数据库中包含生产系统组合方案，如收尘系统，输送系统等，以及标准流程图，设计人员可直接从方案库中调用对应车间参考方案。以本项目煤粉制备及输送车间为例，可从方案库中调用一套流程图，根据本项目实际情况进行修改。

设计数据的准确与否关系着数字化设计质量。通过提取，将整个图面中存在的设备显示出来，自动编码功能保证了设备编号的唯一性，该编码将作为设备的唯一标识贯穿全生命周期。通过赋值，将设计参数赋值给对应图例，见图2。通过发布，将所有的信息存储于数据库中，为后续应用提供数据支撑。

图2 设备赋值

2.4 设备材料表导出

设备材料表是设计的重要部分，通过材料统计，可一键生成设备材料表，并可根据工程需要切换中英文版，见图3。筛选功能可实现将项目或子项中某一类设备筛选导出，对设备功率属性等进行筛选导出。

图3 设备材料表配置

2.5 模型关联

在完成流程图设计后，通过发布将图纸信息存储到数据库中，设计人员通过设计平台打开Revit模型。建模使用的设备族可从平台数据库中调用，也可从族库中调用。考虑到工艺专业设备外形因型号或生产厂家不同差别较大，本项目采用从族库调用设备模型的方式开展三维设计。

在Revit端通过系统赋值工具，可调用从CAD端发布的流程图，选中对应图例，赋值给三维设备模型，便实现了流程图与三维模型的关联。若流程图中设备参数需要修改，修改完成后再次发布，三维模型中的信息会对应自动更新，无需再次关联。打开设计属性工具栏，点击设备模型，可直接查看设备属性，见图4。

图4 设计属性查看

2.6 协同设计

本项目通过链接文件的模式展开协同设计。通过平台链接管理，可将车间对应的其他专业的模型链接到本专业文件当中。通过链接协同，能够实时反映相关专业的设计进度，查看各专业间是否存在碰撞等问题，以便及时优化设计方案。各车间模型更新后，平台会自动提示，方便设计人员及时更新。

2.7 轻量化校审

在完成设计后，设计人员可将模型提交至轻量化校审平台。校审人员可在轻量化校审平台进行校对审核，校审信息也可回传至REVIT端供设计人员查看并以此为依据对模型、参数等进行修改。

3 数字化设计应用前景

3.1 数字化交付

数字化交付区别于传统工程设计（以纸介质为主体）的交付方式，是通过数字化集成平台，将相关设计成品以标准数据格式提交给业主的成品交付方式，也称为数字化移交[2]，即在向业主交付实物工厂的同时，交付以集成数据为基础的虚拟工厂。

水泥行业传统的纸质交付与电子文档交付，大量的图纸除了资源浪费外，对资料的保存与管理也较为繁琐。在工厂建设阶段，由于二维图纸表达的局限性，为安装施工人员明确设计的意图带来一些困难。而数字化交付通过集成设计数据的3D数字化模型，实现“所见即所得”，通过模型拆分、安装指导、设计数据的快速查阅等功能，将为水泥工厂的施工和管理提供新的思路。数字化工厂管理模式的运用，不仅能将阶段性的决策、建设、改造阶段的工厂信息串联起来，而且在工厂建设阶段，能起到缩短建设周期，节约建设投资的重要作用[3]。

3.2 水泥工厂智能运维

数字化设计使得设计信息可以贯穿项目的全生命周期。依托于3D数字模型的数据集成特性，将为传统工厂智能运维提供数据基础的同时促进数字化、可视化智能工厂运维的实现，更好的为工厂平稳运行保驾护航。

4 结语

在水泥行业由于BIM技术的价值未被完全挖掘以及水泥工厂设计标准化程度低、工期紧等特点，数字化设计的推广应用还属于起步阶段。但数字化设计的推广符合水泥行业的内在需求与长远利益，随着水泥行业智能工厂的建设，水泥工厂数字化设计也必将成为未来的发展趋势。