基于逆向工程的BIM技術(shù)在卷煙廠小改小革中的應(yīng)用

許雷 葉學(xué)華

摘 要：煙草企業(yè)為了適應(yīng)新工藝、新技術(shù)的要求，都會進(jìn)行大規(guī)模技術(shù)改造。在技改完成后，為充分挖掘新工藝和新技術(shù)的優(yōu)勢，經(jīng)常會在既有現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上進(jìn)行小改小革，以便在提高產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的同時降低成本和消耗。為解決傳統(tǒng)的CAD制圖軟件只能顯示二維平面模型的弱勢，在進(jìn)行小改小革的方案論證時，通過引入逆向工程技術(shù)，借助三維激光掃描技術(shù)，對現(xiàn)狀進(jìn)行摸排，建立現(xiàn)狀BIM模型，在此模型中進(jìn)行方案論證時，較為直觀高效，且能快速進(jìn)行管道碰撞檢查，得到優(yōu)化報告和施工圖紙，指導(dǎo)后續(xù)項目實施。

關(guān)鍵詞：逆向工程;BIM技術(shù);協(xié)同作業(yè);小改小革

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0087-02

0 引言

隨著煙草市場需求的不斷升級，卷煙的內(nèi)在品質(zhì)迫切需要升級維護(hù)，以滿足消費者個性化需求。卷煙作為特殊的消費品，其產(chǎn)品質(zhì)量受環(huán)境（溫度、濕度等）影響較大。為適應(yīng)卷煙工藝不斷提升，保障產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，需要對生產(chǎn)車間環(huán)境條件進(jìn)行改善。卷煙生產(chǎn)聯(lián)合工房空調(diào)、暖通、消防、送絲、除塵等管道錯綜復(fù)雜，在經(jīng)歷各期技改后，已經(jīng)很難完成其他管道優(yōu)化布局。為減少新增管道實施工程遇到的碰撞問題，本文以曲靖卷煙廠裝封箱間改造為例，利用BIM（Building Information Modeling）逆向技術(shù)，對現(xiàn)狀進(jìn)行還原，采用BIM進(jìn)行逆向建模，仿真新增管道的安裝實施過程，在減少碰撞降低施工難度的同時，高效完成改造方案的實施。在改造與生產(chǎn)協(xié)調(diào)困難等既有建筑改造技術(shù)難題的同時，能獲得現(xiàn)狀原始圖紙資料，為實現(xiàn)智能智造奠定基礎(chǔ)。

1 逆向工程

1.1 逆向工程

建筑信息模型（BIM）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)、集成了建筑工程項目各種相關(guān)謝謝的數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設(shè)施實體與功能性的數(shù)字化表達(dá)。逆向工程（又稱逆向技術(shù)），即通過技術(shù)手段對得到現(xiàn)狀的數(shù)字模型，以該模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行逆向分析及研究，模擬小改小革的改造實施過程[1]。

1.2 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)主要有：三維激光掃描數(shù)字化測量、測量數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維重構(gòu)、坐標(biāo)配準(zhǔn)和誤差分析。其中三維重構(gòu)就是由測量數(shù)據(jù)生成三維實體模型的過程，主要使用的軟件有Imageware Surfacer、Geomagic Studio、CopyCAD、RapidForm等。

1.3 三維點云模型構(gòu)建

利用三維激光掃描儀獲得的點云數(shù)據(jù)，可以直接導(dǎo)入Imageware軟件或FARO三維激光掃描儀scene中進(jìn)行一系列的處理，最終生成三維實體模型，實施的技術(shù)流程為：三維激光掃描→點云數(shù)據(jù)拼接→完整點云模型→基于點云的模型創(chuàng)建[2]。

SCENE是面向?qū)I(yè)用戶的全方位3D點云處理和管理工具。該軟件用于查看、管理和處理從三維激光掃描儀獲取的三維掃描數(shù)據(jù)。具體處理步驟如：

（1）設(shè)備原形的數(shù)字化。采用激光掃描儀測量裝置獲取零件原形表面點的三維坐標(biāo)值，即點云數(shù)據(jù)。（2）從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設(shè)計與加工特征。（3）設(shè)備原形CAD模型的重建。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。在三維激光掃描儀SCENE中選擇自動拼接，用標(biāo)靶球進(jìn)行簡單高效預(yù)處理，最終獲得精確點云模型。

2 逆向工程的運(yùn)用

本文以曲靖卷煙廠現(xiàn)有裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部加裝空調(diào)風(fēng)管為例，利用三維激光掃描技術(shù)，獲得該區(qū)域三維數(shù)字實體模型，仿真加裝風(fēng)管及風(fēng)口實施方案，有效減少碰撞，降低施工難度，對其他管道類技術(shù)改革具有較強(qiáng)的借鑒意義[3，4]。

2.1 裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部現(xiàn)狀

在技改完成后，現(xiàn)有裝封箱間區(qū)域內(nèi)暖通、空負(fù)壓、水汽氣等管線錯綜復(fù)雜，管道新增及后續(xù)施工難度較大。通過三維激光掃描，構(gòu)建三維實體模型，裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部現(xiàn)狀詳細(xì)示意如圖1所示。

2.2 裝封箱間區(qū)域鋼格柵上部BIM模型及新增風(fēng)管平面圖

根據(jù)裝封箱間設(shè)備布局和工藝要求，根據(jù)生產(chǎn)車間溫濕度要求，新增空調(diào)風(fēng)管送回風(fēng)管及風(fēng)口，在BIM三維信息模型中得到對應(yīng)模型，進(jìn)而得到后續(xù)施工方案。新增風(fēng)管BIM模型與平面圖對比如圖2所示。

2.3 BIM模型優(yōu)化報告及施工圖

通過逆向工程的BIM模型和實景現(xiàn)狀（或三維點云模型）分析，得到優(yōu)化報告，及時發(fā)現(xiàn)碰撞及施工問題，有效降低施工難度。在本次裝封箱間新增空調(diào)風(fēng)管改造中，主要存在問題和優(yōu)化建議如下：

（1）KJ8回風(fēng)主管。問題說明：由KJ8回風(fēng)主管引出的回風(fēng)管，主管按原設(shè)計位置拐彎較多，施工平面圖難度大;2軸與3軸之間的回風(fēng)口原設(shè)計位置與排煙主管碰撞。優(yōu)化建議：由KJ8回風(fēng)主管引出的回風(fēng)管向北移動至H1軸往北第一根吊桿北側(cè)安裝;2軸與3軸之間的回風(fēng)口向東南移動。KJ8回風(fēng)主管碰撞模型圖紙對比如圖3所示。

（2）KJ9送風(fēng)主管。問題說明：由KJ9送風(fēng)主管引出的送風(fēng)管2軸與3軸之間的送風(fēng)口下穿燈帶;送風(fēng)口與回風(fēng)口距離較近，影響空調(diào)功能及溫濕度控制。優(yōu)化建議：2軸與3軸之間的送風(fēng)口;北側(cè)和中間兩排在原設(shè)計位置基礎(chǔ)上向北移動避開燈帶。KJ9送風(fēng)主管碰撞模型圖紙對比如圖4所示。

（3）KJ6送風(fēng)主管。問題說明：由KJ6送風(fēng)主管引出的送風(fēng)口原設(shè)計位置上方有空調(diào)送回風(fēng)主管，剩余空間狹小，施工難度大。優(yōu)化建議：由KJ6引出的送風(fēng)口向南大空間移動，均布置送風(fēng)管。KJ6送風(fēng)主管碰撞模型圖紙對比如圖5所示。

3 結(jié)語

本文將基于三維激光掃描的逆向工程技術(shù)引入到工廠改造項目中，進(jìn)行逆向數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集，獲取項目現(xiàn)狀的原始技術(shù)資料，能夠模擬小改小革的施工過程，有效解決施工過程中碰撞等難題，解決了既有工程改造過程中存在的技術(shù)難點。通過底層統(tǒng)一規(guī)則編碼+自主平臺開發(fā)，自主研發(fā)工廠信息基礎(chǔ)運(yùn)營平臺，可解決現(xiàn)有工廠建設(shè)模式下的建設(shè)階段與生產(chǎn)階段之間的數(shù)據(jù)割裂問題，拓展現(xiàn)有工廠的數(shù)字化運(yùn)營管理，基于逆向工程的BIM技術(shù)在工程全生命周期運(yùn)維，為建設(shè)智慧工廠，構(gòu)建MBE（基于模型的企業(yè)Model Based Enterprise），實現(xiàn)智能制造奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝婷，張曉玲，孫亦軍，等.BIM技術(shù)在機(jī)電管線綜合深化設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2016（8）：727-729.

[2] 王建宇，王昕妍.二次開發(fā)實現(xiàn)從AUTOCAD到REVIT快速翻模技術(shù)研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2015（3）：111-115.

[3] 張人友，王珺.BIM核心建模軟件概述[J].工業(yè)建筑，2012（S1）：66-73.

[4] 王樹友.BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用研究[J].價值工程，2015（30）：216-218.