Bentley三維設(shè)計在冶金工程建設(shè)中的應(yīng)用探討

劉穎鑫

(寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞　721013)

0　前　言

用三維模型的設(shè)計技術(shù)完成冶金建設(shè)工廠的設(shè)計，是其建設(shè)過程進入新發(fā)展階段的標(biāo)志，同時也是一場設(shè)計方式的變革 。這一方式與以往二維設(shè)計比較后，得到三維設(shè)計的優(yōu)勢是，可讓冶金廠內(nèi)部各部分的設(shè)計更加直觀，把各部分之間的空間關(guān)系展示出來，并用軟件模擬多個設(shè)計方案，在多個方案的比較中，找到最佳的設(shè)計方案，并把設(shè)計常見的問題通過前期分析消除， 提高設(shè)計的水平，從而實現(xiàn)無差錯設(shè)計，減少施工期間各部分的碰撞，讓設(shè)計帶來經(jīng)濟與社會效益。

而為滿足發(fā)展提出的要求，完成三維設(shè)計的應(yīng)用，會在已有工程探索的基礎(chǔ)上，比如“寶鋼股份有限公司2030冷軋新增電鍍鋅機組工程”和“梅鋼1422熱軋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)改造工程”等，進一步探索，使用三維設(shè)計軟件，具體應(yīng)用的工程實例是“寶鋼新日鐵汽車板有限公司新建熱鍍鋅GA生產(chǎn)線工程”[1]。

1　三維設(shè)計介紹

三維軟件具有的優(yōu)勢是，有豐富的功能，表現(xiàn)性能突出，可在各行各業(yè)中大量使用，有較大的應(yīng)用空間。根據(jù)冶金建設(shè)工程土建專業(yè)的特點，最終選擇的設(shè)計軟件是Bentley MicroStation Structural，該軟件已經(jīng)在以往的工程建設(shè)中有基本應(yīng)用，經(jīng)過探索后積累了一定的經(jīng)驗，而具體設(shè)計后，也得到了良好的效果[2]。

這一三維設(shè)計軟件的使用，是把Microstation作為平臺，在平臺上加入了不同的功能，包括智能建模、碰撞分析、設(shè)計圖形給出報表、漫游等，根據(jù)工程情況完成設(shè)計，同時，他也可構(gòu)建三維實體模型，構(gòu)建的模型內(nèi)，包含建設(shè)物的各項信息，比如各個位置的幾何大小、屬性、使用的材料，并從不同角度分析三維模型，制作出不同的圖形，包括平面圖、剖面圖等，得到材料報表，且模型建立后，與文件之間可建立數(shù)據(jù)的雙向傳輸，避免了圖形設(shè)計的繁瑣，簡化繪圖流程。

三維設(shè)計作為目前先進的工具，其使用后可有效解決設(shè)計出現(xiàn)的問題，用較短的時間完成設(shè)計，提高了設(shè)計的質(zhì)量，而它在大型建筑工程中的使用，可在設(shè)計完成前進行事前檢查工作，避免專業(yè)之間存在的矛盾，控制后期設(shè)計變更的次數(shù)與工程返修，提高設(shè)計的效率。

2　三維設(shè)計的流程

三維設(shè)計在冶金建設(shè)土建中的應(yīng)用，有明確的設(shè)計流程，依次是根據(jù)數(shù)據(jù)建立三維模型、剖切模型的剖面，進行后期處理，利用模型。

2.1　構(gòu)建三維模型

確定某個機組設(shè)備，并以機組設(shè)備為基礎(chǔ)建立三維模型前，必須在軟件內(nèi)設(shè)定一個通用的坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，確定坐標(biāo)點，作為模型坐標(biāo)設(shè)計的參考。隨后，完成協(xié)調(diào)設(shè)計時，各部分的總裝可以用統(tǒng)一的坐標(biāo)確定位置，并把多個位置組裝，把模型的某個位置作為參考坐標(biāo)，調(diào)整各部分的位置，最后把各部分放到最佳的位置上[3]。

根據(jù)各專業(yè)提供的資料，計算工程的基本結(jié)構(gòu)后，在保證結(jié)構(gòu)強度符合要求、有良好穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，給出了設(shè)計方案，方案中明確了基本形式與各部分的大小，形成三維模型的概念，隨后把概念模型分解，全部分解后作為單獨的構(gòu)件使用，完成三維模型的建立，最后，設(shè)定參考坐標(biāo)，構(gòu)建三維模型構(gòu)建模型的思路是，確定整體后把各部分逐一分解，然后再按照對應(yīng)的位置，把每個部分組合，這個過程的操作中，分解、融合是互相穿插的，無法把他們明確拆分。

Bentley平臺使用時，對于出現(xiàn)的協(xié)同問題的解決，不會像類似XSteel的軟件，運用多人在統(tǒng)一平臺上操作的方式，實現(xiàn)動態(tài)協(xié)同，而是用動態(tài)參考的方式處理，實現(xiàn)多個元素之間的動態(tài)協(xié)同。具體操作如下：

三維設(shè)計實際應(yīng)用的工程需要登錄網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，在服務(wù)器內(nèi)建立工程的文件夾，在平臺上共享，比如打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后，建立X：網(wǎng)絡(luò)盤〔某工程〕。

共享文件夾建立后，工程設(shè)計人只有得到權(quán)限，才能查看文件夾里面的內(nèi)容，所以，需給予設(shè)計人員訪問的權(quán)限[4]。

工程設(shè)計負(fù)責(zé)人的工作是，確定整體軸網(wǎng)的DWG文件，通過了解工程的各項信息，找到基準(zhǔn)點，確定不同標(biāo)高后，根據(jù)標(biāo)高的內(nèi)容，為每個標(biāo)高配置一個DWG軸網(wǎng)文件，放到X盤內(nèi)，作為工程設(shè)計的某個目錄，隨后，根據(jù)工程提出的要求，確定各屬性的表示方式，包括定義層、顏色等，用這些內(nèi)容完成模板的制作，最后把模板放到文件夾內(nèi)。

設(shè)計人員下載統(tǒng)一的模板，在模板的基礎(chǔ)上完成設(shè)計，具體方式是：訪問文件夾后，在文件夾內(nèi)建立自己的子文件夾，或是把模板復(fù)制到自己的電腦內(nèi)，但需要注意的是，隨著設(shè)計的進行，需及時更新X盤內(nèi)總文件夾內(nèi)子文件夾的信息，以讓設(shè)計的內(nèi)容及時傳遞給協(xié)作人。

參與設(shè)計的人員互相應(yīng)及時溝通，參考對方設(shè)計的文件，及時更改設(shè)計思路，實現(xiàn)動態(tài)參考。模型的建立需注意以下兩方面，進行某一構(gòu)件的設(shè)計時，需先把設(shè)計的層次調(diào)整到構(gòu)件所在的層次，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的屬性，建立模型；構(gòu)建模型中，應(yīng)參考DWG文件，把所需的參數(shù)從中分離出來，放到新建立的文件夾內(nèi)，進行二次處理，把確認(rèn)無關(guān)的數(shù)據(jù)清除，盡量控制文件的大小，為模型建立提供便利。

2.2　剖切模型的剖面

Bentley三維設(shè)計軟件應(yīng)用的優(yōu)勢是，可預(yù)先設(shè)定剖切定義的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)切割模型的剖面，包括平面圖、剖面圖，軟件內(nèi)負(fù)責(zé)切割的工具是剖切管理器，其操作時通過設(shè)定的參數(shù)切割出剖面圖，且可根據(jù)參數(shù)對應(yīng)位置的不同，用工具切割。剖切模型剖面的過程如下。

進入剖切管理器后，點擊“Create a Drawing Definition”，可以設(shè)定剖切定義，即在“General”內(nèi)，明確定義，隨后，“Region”內(nèi)，是在模型內(nèi)確定兩點，或是選擇其中一個面，確定需要剖切的位置與剖切的方向，位置前后的覺距離，“Cut Plane View”內(nèi)， 是確定剖切線的線段形狀、顏色，決定在線段內(nèi)部是否填充顏色，而在“Forward View”和“Reflected View”中，是確定前視、后視線段的屬性，比如線性、顏色，點擊“Output”，在出現(xiàn)的菜單中點擊種子文件，通常都選擇默認(rèn)，同時，點擊“Transpose to XYplane”和“Output to Master DGN”，前者是讓剖面在選定的平面內(nèi)展示，后者把剖切面作為獨立的文件，放到總文件夾內(nèi)，最后，選擇“Output to Single Model”后，表示只會生成一個文件。

2.3　后期處理

得到模型的剖面圖后，可用軟件內(nèi)的二維編輯工具處理，或是把剖面放到CAD中，用CAD軟件完成后期處理。處理過程中，是依照圖面的出圖要求，在圖片的四周增加外框，并在角落處添加尺寸的說明，寫明標(biāo)高、螺栓埋件等對應(yīng)的符號。圖片符合出圖的要求后，即可用系統(tǒng)操作把圖片輸出。

2.4　模型應(yīng)用與開發(fā)

用三維設(shè)計完成冶金建設(shè)土建專業(yè)的設(shè)計，可從中體現(xiàn)出優(yōu)勢與便利性。三維模型建立后，不僅可滿足本專業(yè)的使用要求，也可作為參考資料重復(fù)使用，因此，三維模型的構(gòu)建，是以滿足本專業(yè)提出的要求為基礎(chǔ)，融合其他專業(yè)的內(nèi)容，用綜合要求建立模型，從而為工程各方面的利用提供便利，對模型展開深層的開發(fā)。

對于總圖規(guī)劃專業(yè)，是使用多個模型，根據(jù)各模型與場地的特征，構(gòu)建總平三維圖，從圖中可展示各部分的形象，把總圖規(guī)劃的目的直接表達出來，通過各部分建筑物在平面上關(guān)系的呈現(xiàn)，確定每個建筑之間的關(guān)系[5]。

對于上游轉(zhuǎn)移與輔助專業(yè)來說，是根據(jù)專業(yè)包含的內(nèi)容，軋鋼、煉鋼、工業(yè)爐與水電、暖通等，使用模型布置工藝，從設(shè)備的選擇、管道線路的敷設(shè)等，把與各專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容直接展示出來，對建筑整體情況進行優(yōu)化布置，并進行各項檢查，完成碰撞檢查，對于現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的各個問題，進行前期預(yù)演，找到問題的解決思路，如此，可控制工程建設(shè)中的失誤，減少成本。

對于工程預(yù)算專業(yè)，是基于模型計算工程量，統(tǒng)計建筑工程所有工程量，提高了預(yù)算的水平，保證預(yù)算的準(zhǔn)確。

對于工程管理單位，是觀察模型后，了解整個工程的特征，確定工程進行的難點，優(yōu)化施工方案的設(shè)計，保證施工方案與工程相符，科學(xué)分配人員與物資。

3　MS與CAD三維建模的區(qū)別

這兩種工具在三維建模的具體過程中，使用的命令和思路基本相同，不同是某些命令的使用，以及操作的便捷等。

三維建模的重點內(nèi)容是確定空間點、線，并完成兩者的繪制。對于這一點，Bentley可在操作中根據(jù)需求隨時切換不同的面，操作方便，而CAD的操作是，在平臺上建立UCS坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換[6]。

Bentley剖面的形成，是根據(jù)命令的選擇生成唯一的文件，并在圖片上標(biāo)注對應(yīng)的尺寸，但尺寸的精準(zhǔn)還有待提高，CAD的操作是剖面形成后，用手動操作將其移出，隨后進行二維編輯。Bentley建模操作更加靈活，可根據(jù)實體情況的變化調(diào)整數(shù)據(jù)，修改模型。

Bentley的應(yīng)用還處于初始階段，缺少二次編輯與插件的輔助，導(dǎo)致其二維編輯能力較差，而CAD的這項技術(shù)較為成熟。待輔助技術(shù)完備后，Bentley的模板圖可做到實時編輯與修改，提高了軟件輸圖的效率。

4　三維設(shè)計發(fā)展趨勢

因為混凝土的三維設(shè)計較為特殊，且設(shè)備基礎(chǔ)也與其他專業(yè)有很多不同，即混凝土的模型設(shè)計是一個整體，各部分的設(shè)計中很難分解成多個部分，不同工藝使用的參數(shù)也有很大差異，無法建立重復(fù)的數(shù)據(jù)庫，把參數(shù)做成節(jié)點是不可行的，而其他專業(yè)的設(shè)計是以零散的構(gòu)件為主，用“總—分—總”方式構(gòu)建模型，且其實踐過程中，已經(jīng)建立的模型都收集到零件庫內(nèi)，作為設(shè)計參數(shù)。

通過實際探索發(fā)現(xiàn)，選擇設(shè)備基礎(chǔ)時，可選擇多個工藝與產(chǎn)品，建立模型庫，從整體的角度分析，不會局限于單一的構(gòu)件，把整條生產(chǎn)線作為分析的對象，構(gòu)件整體模型，最后把所有模型整合建立模型庫，之后建設(shè)同類型的工程時，可用模型庫內(nèi)模型完成運算，抽出對應(yīng)的圖形。這是該專業(yè)三維設(shè)計發(fā)展的方向之一;另一個發(fā)展方向是建立與其他專業(yè)的合作，綜合各專業(yè)提出的要求，以及對模型的需求，構(gòu)建模型，以為其他專業(yè)的開發(fā)提供便利，使模型的使用效果達到最優(yōu)。

5　結(jié)　語

三維設(shè)計的應(yīng)用，可解決工程設(shè)計現(xiàn)有的質(zhì)量問題，也能提高設(shè)計的效率，而他在大型、多方協(xié)調(diào)工程匯總中的應(yīng)用，使用價值會更加突出。同時，三維設(shè)計可滿足本專業(yè)與其他專業(yè)的共同需求，為上下游專業(yè)的開發(fā)提供輔助，即三維模型的特點是普遍適用，其未來的發(fā)展中，會隨著軟件的完善，優(yōu)化設(shè)計流程，根據(jù)各專業(yè)對三維設(shè)計的基本需求，明確設(shè)計分工。因此，三維設(shè)計是冶金建設(shè)工程土建專業(yè)設(shè)計未來必然的發(fā)展趨勢。