為項目全生命周期管理奠基

惠兵

為了強化設計周期控制、提升設計質量、提高項目管理模式水平，煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司在新田選煤廠設計項目中，采用了基于Bentley平臺的三維協(xié)同設計模式，為選煤廠設計水平的提升提供一些參考和借鑒。

選煤廠是根據生產質量、規(guī)格對煤進行分選的加工廠。選煤廠建設項目工程復雜，但是目前國內選煤廠項目設計大多數采用二維平面設計方式，該設計方式存在效率低和管道設計困難太大等缺點。如何在縮短設計周期、提升設計質量、提高項目管理模式水平等方面實現(xiàn)突破，是選煤設計領域一直面臨的挑戰(zhàn)。三維協(xié)同設計為選煤設計單位提供了很好的解決方案。

從“串行模式”到“并行模式”

三維協(xié)同設計是指以三維數字化技術為基礎，以三維設計平臺為載體，由不同專業(yè)的設計者組成的團隊基于三維模型為實現(xiàn)共同的設計目標而開展協(xié)同設計工作的一種設計方式。就目前來看，行業(yè)不同，應用三維協(xié)同設計的水平不同，選用三維協(xié)同設計平臺的喜好也不一樣。在我國選煤行業(yè)，三維協(xié)同設計尚處于起步階段，僅有少數幾家設計單位開始進行嘗試應用。在新田選煤廠項目中，煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司（以下簡稱煤炭工業(yè)鄭州設計院）在調研了各個主流三維協(xié)同設計平臺后，選用了Bentley三維設計平臺。

Bentley三維協(xié)同設計平臺由三維設計平臺Microstation和三維協(xié)同平臺ProjectWise組成。采用Bentley三維協(xié)同設計平臺，來自不同專業(yè)的設計者可同時在同一平臺、同一模型、同一環(huán)境下進行設計，實時共享數據、信息和知識，實現(xiàn)協(xié)同工作。

該模式打破傳統(tǒng)設計模式嚴格遵循時間順序的原則，改傳統(tǒng)的“串行模式”為“并行模式”，縮短了項目設計周期；設計過程中的三個“同一”較好地避免了二維設計下的“串行模式”的諸多弊端，比如說，上下游專業(yè)設計工作要依次完成；設計周期較長；交付成果格式不統(tǒng)一、不規(guī)范；不同專業(yè)間難以進行及時、有效的溝通協(xié)作；易形成信息孤島；各專業(yè)圖紙文檔數據資料存放無序，難以集中管理等。三維協(xié)同設計實現(xiàn)了多專業(yè)在同一環(huán)境、同一標準下的協(xié)同，使得團隊設計工作實現(xiàn)無縫對接，極大地提高了項目整體設計效率和質量。

四步實現(xiàn)三維協(xié)同設計

不過，要實現(xiàn)三維協(xié)同設計并不容易，要做好各項相關的工作。新田選煤廠設計項目主要通過四步來實現(xiàn)三維協(xié)同設計。

第一步，做好前期準備工作。三維協(xié)同設計前期需要創(chuàng)建項目目錄層次結構樹，對相關設計者的讀、寫、刪除等權限進行統(tǒng)一分配，統(tǒng)一收集和固化項目設計工作環(huán)境需求。在新田選煤廠主廠房設計項目中，煤炭工業(yè)鄭州設計研究院根據主廠房所涉及的專業(yè)，建立了主廠房總裝、主廠房軸網、工藝、土建、機電、暖通、給排水和機制等文件夾。其中，主廠房總裝和主廠房軸網文件夾由項目負責人管理，其他設計者只有讀的權限；各專業(yè)文件夾下設總裝、原始資料、三維模型等文件夾，由專業(yè)組長設置相應文件夾的工作權限。設計過程中，相關設計者要在權限范圍內進行設計。值得一提的是，三維協(xié)同設計需在同一環(huán)境下完成設計工作，以保證項目實施過程中設計需求和標準的統(tǒng)一性。Bentley專業(yè)設計軟件提供了一個開放的工作空間（WorkSpace），設計者只需根據行業(yè)特性收集設計需求，如標準樣式、文字樣式、門窗和管道類型等，然后對需求進行固化，形成統(tǒng)一的工作空間。

第二步，三維建模與組裝。三維建模與組裝是三維協(xié)同設計的關鍵，其實施過程具有很強的邏輯性，可總結為化整為零和化零為整兩個階段。項目伊始，需要依據既定拆分規(guī)則按專業(yè)對項目進行邏輯拆分，即化整為零；項目組裝階段，需要參考規(guī)則逐級進行組裝，即化零為整。新田選煤廠在設計初期首先由土建專業(yè)創(chuàng)建基于統(tǒng)一原點坐標的ACS軸網，然后統(tǒng)籌考慮如何按專業(yè)拆分模型，以及專業(yè)模型如何命名等問題。以土建專業(yè)為例，可將其分為建筑模型和結構模型兩大類，每一類模型以層為單位進行模型的創(chuàng)建，分別命名為“2366—主廠房—土建—建筑—設計標高（層）”和“2366—主廠房—土建—結構—設計標高（層）”。土建專業(yè)的設計者只需對拆分后底層模型文件負責，進行模型的繪制，并將復雜多變的數據信息添加到模型上。各底層模型文件創(chuàng)建完成后，利用軟件的參照功能對模型文件進行組裝，形成2366—主廠房—土建—分裝模型文件，其底層模型文件的數據信息逐級傳遞至分裝文件，最后形成最終的2366—主廠房—總裝模型文件。在設計過程中，各專業(yè)團隊可根據其他專業(yè)模型的設計進展情況統(tǒng)籌考慮本專業(yè)切入設計工作的時間，設計者可根據需要靈活運用參考命令將其他專業(yè)模型文件參考到本專業(yè)的模型文件進行設計工作，從而提高專業(yè)間的溝通效率和設計效率。

第三步，碰撞檢查和設計優(yōu)化。選煤廠設計涉及專業(yè)較多，難免會出現(xiàn)“錯、漏、碰、缺”問題。加上新田選煤廠主廠房工藝環(huán)節(jié)較多，設備布置復雜，且管線和附屬設施錯綜復雜，如果采用傳統(tǒng)二維圖紙，無法直觀展示相關設備、管路的尺寸和空間關系，設計質量更不容易保證。但是通過碰撞檢查，三維設計就可能盡可能地避免“錯、漏、碰、缺”問題。借助于Bentley三維協(xié)同設計平臺，相關人員可在設計過程中快速核查新田選煤廠主廠房的梁板柱、設備和管道的尺寸信息，以及它們之間的位置關系，并實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)碰撞檢查。靜態(tài)碰撞檢查是指各專業(yè)組長利用軟件內置的碰撞檢測模塊定期檢查專業(yè)分裝模型中各圖元間是否存在碰撞問題，項目負責人負責定期檢查各專業(yè)分裝模型間圖元是否存在碰撞問題，以此減少項目建設過程中的設計變更，提高項目工程設計質量。此外，Bentley系列軟件中的Navigator還提供動態(tài)碰撞檢查功能，即引入時間概念形成4D動態(tài)碰撞檢查，為后續(xù)設備安裝提供較好的幫助。同時，通過直觀的車間布置展示，可對建筑物的跨間距、層間距提出優(yōu)化建議，減少不必的裕度。

第四步，三維協(xié)同設計延伸。Bentley三維協(xié)同設計平臺雖然可較好實現(xiàn)各專業(yè)間的協(xié)同，改善設計過程中的“錯、漏、碰、缺”，但仍存在一些問題。比如書，Bentley軟件暫無法較好地解決土建專業(yè)混凝土結構計算問題等。在此情況下，就應該兼容諸如Fluent等第三方軟件，甚至實現(xiàn)多個三維設計平臺的聯(lián)合，如Bentley+Revit，以擴充完善三維協(xié)同設計平臺的功能。

變革設計理念

項目建設期間，各參建單位之間要通過工程語言進行有效溝通。傳統(tǒng)的二維工程設計主要表達方式是二維圖紙、材料量和文字說明，三維設計則能提供更為豐富的工程表達方式。通過三維協(xié)同設計，煤炭工業(yè)鄭州設計研究院為新田選煤廠主廠房構建了數字化主廠房模型。相關人員可根據該模型還原二維設計圖紙、精確統(tǒng)計工程材料量，還可進行渲染、動畫展示等。對于復雜的工程內容，可借助于飛行、漫游等手段直觀反映，或形成AVI格式的動畫、U3D格式的PDF文件進行表達。

三維協(xié)同設計帶來了全新的工程設計效果，讓設計更加精細化、文檔管理更加規(guī)范、專業(yè)協(xié)同更加有效，設計質量得到提高，設計周期縮短。通過新田選煤廠三維協(xié)同設計實踐，Bentley三維協(xié)同設計平臺優(yōu)勢已經凸顯出來：

第一，基于三維協(xié)同平臺ProjectWise可實現(xiàn)多專業(yè)數據、信息的實時共享，可實現(xiàn)專業(yè)間的協(xié)同設計，可實現(xiàn)圖紙、文檔的規(guī)范化管理；

第二，基于WorkSpace的統(tǒng)一工作可實現(xiàn)設計的標準化、規(guī)范化和統(tǒng)一性；

第三，通過碰撞檢查功能檢測項目圖元間的沖突，盡可能避免“錯、漏、碰、缺”；

第四，可將復雜多變的數據信息添加到模型中形成數字化模型，并對各種設計信息進行精確分類和統(tǒng)計；

第五，通過虛擬現(xiàn)實技術可實現(xiàn)三維可視化和高效、精確設計。

為實現(xiàn)三維信息模型成果利用率最大化，三維協(xié)同設計不能僅停留在設計階段，還需涵蓋規(guī)劃、設計、施工和后期的運維管理，實現(xiàn)工程項目的全生命周期管理，三維協(xié)同設計的最終產品數字化模型將工程信息和資產信息集中起來統(tǒng)一管理，實現(xiàn)各階段數據信息的移動和共享。

三維協(xié)同技術是解決選煤廠項目設計的一種全新工程方案，是選煤廠項目設計理念的一次革命。新田選煤廠的實例證實三維協(xié)同設計可極大地提高選煤廠設計質量與設計效率，為選煤廠工程項目的全生命周期信息管理打下堅實的基礎。