BIM在棉紡織廠設計上的應用探討

胡文軍　孫曉明　方丹丹

摘? 要：該文探討B(tài)IM在棉紡織廠設計中的應用，通過紡織工藝專業(yè)與公用工程專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與配合，將滿足紡織生產(chǎn)所需的設備排列、運轉(zhuǎn)操作等信息與建筑、結構、給排水、電氣等公用工程的配套設施等信息交互形成三維虛擬的棉紡織廠設計模型，利用BIM強大的計算功能，實現(xiàn)紡織廠設計過程中各個專業(yè)設計信息的一次自動檢查、自動提示，以至于修改、完善設計文件，提高設計質(zhì)量。

關鍵詞：BIM? 棉紡織廠設計? 三維建模? 信息處理? 設計質(zhì)量

中圖分類號：TU2 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（c）-0078-03

Abstract： This paper discuss the application of BIM in the design of cotton mills by professional textile technology and public engineering coordination and cooperation between， will meet the textile production equipment needed for the arrangement， operation information such as the operation and? Architecture，Structural Mechanics，Plumbing discipline，Electrical professionals information such as the interaction with the utility of 3D virtual design model of cotton textile factory， using the powerful calculation function of BIM， various professional design information in the process of textile design a automatic inspection and automatic prompt， that modify， perfect the design documents， improve the quality of design.

Key Words： BIM; Cotton mill design; 3D modeling; Information processing; Design quality

紡織工業(yè)隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，高技術裝備在紡織領域的應用更加深入和廣泛，紡織工業(yè)的技術裝備、工藝過程的自動化程度、產(chǎn)品檔次、種類的多樣性以及經(jīng)營管理模式都發(fā)生了巨大變化。因此，為適應紡織工業(yè)的發(fā)展趨勢，紡織廠的設計同樣要與時俱進，在設計方面緊跟世界最新的設計思想，以提高紡織設計的水平和程度。

目前代表工程設計領域的最新發(fā)展趨勢是BIM（建筑信息模型）技術，BIM是英文“Building Information Modeling”的縮寫，可以譯為“建筑信息模型”，是對一個建筑設施的實體進行數(shù)字化的設計表達方式。然而探討B(tài)IM的發(fā)展與應用方面主要集中在民用領域[1，2]，在工業(yè)方面不足，尤其是紡織工業(yè)，棉紡織工廠作為一個功能要求較高、結構較復雜、各工序設備排列要求緊湊、集中、溫濕度條件控制較苛刻等特點的大型建筑物，完全可以嘗試應用BIM技術為棉紡織工廠設計提供完整、精確、數(shù)字化的設計資料，提升紡織工業(yè)化的設計水平。

1? 問題與現(xiàn)狀

計算機進入設計領域，尤其是CAD輔助設計的應用與開發(fā)，已經(jīng)使工程設計過程發(fā)生了翻天覆地的變化，設計效率、精度、范圍都大大超越了以往的手工繪圖設計時代，極大地方便了廣大設計人員的設計工作，使設計過程中的修改、變更快捷，各專業(yè)之間互提資料方便，重復工作量大為減少，設計周期大為縮短，已經(jīng)成為設計行業(yè)必不可少的設施之一。但隨著CAD二十多年的應用，該工具的缺點和不足亦顯現(xiàn)出來，套圖后各專業(yè)各自獨立設計，有限的溝通無法保證設計質(zhì)量的完整，使得各專業(yè)間存在相互沖突、矛盾的問題越來越多，設計質(zhì)量不能得到有效保障，在一些專業(yè)性強、工程復雜、工序較長的領域顯得就更加明顯。

棉紡織工廠的設計就是一個以工藝專業(yè)為主導專業(yè)，其他公用專業(yè)（建筑、結構、水暖、電氣）進行配合的綜合性設計的過程。在設計過程中，所牽涉到的內(nèi)容非常多，在滿足生產(chǎn)工藝的基本前提之下，讓各專業(yè)的設計工程師在平面圖上，需要把與工藝相配合的建筑、結構、給水、排水、電氣、空調(diào)、除塵、空壓、自控、消防、排煙等進行合理的布置，不沖突、不交叉，同時又能充分地與工藝設備相結合，是非常不容易的，尤其是在設計周期短、工作量大的情況下，顯得更加突出。進展到施工階段，不僅各專業(yè)設計的矛盾躍然而出，甚至還會有適用規(guī)范過期、產(chǎn)品規(guī)格不統(tǒng)一等諸多種問題，導致項目進行過程中，設計工程師與施工工程師經(jīng)常會就出現(xiàn)的各種問題進行不斷的溝通和交流，不斷修改與完善，最終才能使項目完成，這樣一來會讓各方都感到非常疲勞、費時，不僅返工重做，費工、費時、費財，而且建設效率也受到很大的影響。

2? 解決方案

BIM技術是近2年來出現(xiàn)在建筑界中的一個新事物，是引領建筑業(yè)信息技術走向更高層次的一種新技術，它的全面應用將對建筑業(yè)界的科技進步產(chǎn)生無可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度，使設計乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高，成本降低[5]。

自2011年住建部發(fā)布的《2011—2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》以來，基本上每年都會發(fā)布BIM相關政策，由此來推廣BIM技術的應用，影響建筑行業(yè)對BIM技術的重視，到目前為止，全國已經(jīng)有包括北京、上海、重慶等12個地區(qū)相繼出臺BIM政策，強制實行BIM技術在建筑領域的使用與推廣，尤其是大型民用建筑的設計，BIM技術的推廣與應用方興未艾。

BIM將建筑信息模型以三維數(shù)字技術為基礎，集成工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，對工程項目相關信息進行詳盡表達，是數(shù)字技術在建筑工程中的直接應用，以解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設計人員和工程技術人員能夠?qū)Ω鞣N建筑信息做出正確的對接，為協(xié)同工作提供堅實的基礎。

應用建筑信息模型，可以使建筑工程設計更快、更省、更精確，各工種配合得更好，可減少圖紙的出錯風險，甚至可以延伸到施工的階段，以及將來的建筑物的運作、維護和設施管理，最大限度可持續(xù)地節(jié)省全過程費用[4]。

建筑信息模型具有建筑工程的所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息可以具有很多種表達型式，如平面圖、立面、剖面、詳圖、三維立體視圖、透視圖、材料表等，甚至包括每個房間自然采光的照明效果、所需要的空調(diào)通風量，冬、夏季需要的空調(diào)電力消耗等。

既然在民用建筑領域可以建立數(shù)字化的建筑模型，使設計質(zhì)量有質(zhì)的飛躍，那么在棉紡織廠設計過程中也可以借助BIM技術，延伸和擴大數(shù)字化的幾何模型，將紡機、織機、配套設施等的各種工藝設備以3D模型的方式，與建筑物的3D模型一起進行數(shù)據(jù)分析，判斷建筑、工藝間的關系，相比于傳統(tǒng)設計方式，在設計初期就能大量地減少設計團隊成員所產(chǎn)生的各類錯誤，尤其是工藝專業(yè)與公用工程專業(yè)之間的沖突和交叉，甚至可以延伸至后續(xù)工程的施工與安裝、調(diào)試，利用計算機強大的系統(tǒng)分析能力，檢查各種專業(yè)之間的關系，用文字、圖形等不同的表達方式提示、提醒設計人員關于各類的構件、管道、設備、交流通道等信息在平面、空間中彼此碰撞或干涉情形的詳細信息，進而減少設計誤差和施工誤差，節(jié)省工程造價。

3? BIM在棉紡織工廠設計上的探討和分析

棉紡織工廠設計較民用建筑設計，多一個工藝專業(yè)，任何一個工業(yè)建筑物都必須滿足工業(yè)生產(chǎn)的工藝需求，否則無法進行正常的生產(chǎn)過程，因此，在基本滿足建筑、結構、給排水、電氣等通用專業(yè)的基礎上，利用BIM就充分考慮工藝專業(yè)與其他公用專業(yè)的協(xié)調(diào)和配合問題。

同民用專業(yè)一樣，進行棉紡織工廠設計時，利用其強大、全面的建筑模型的優(yōu)勢和特點，在以下方面逐步完成相應的工作。

首先，工藝設備建模。該類軟件強大的建模功能，通過設備資料提供的尺寸（諸如紡織主機清梳聯(lián)合機、梳棉機、并條機、精梳機、粗紗機、細紗機、自動絡筒機、并紗機、倍捻機、整經(jīng)機、漿紗機、織布機等，輔機空調(diào)機組、除塵機組、空壓機組等），建成工藝設備模型，然后在建筑模型里將生產(chǎn)中必須考慮的擋車操作、原料儲備、成品輸出、管道接入接出等細節(jié)進行排列，使完成的三維模擬可以比較真實地反映實際生產(chǎn)情況，為BIM進行模擬分析創(chuàng)造條件。

其次，利用建筑、結構的設計條件將所設計的棉紡織工廠的三維化。該建筑模型包括了棉紡織工廠中所有的梁、板、柱、墻、門、窗的所有信息，該信息將在民用建筑范圍內(nèi)把建筑結構的設計問題反映出來，給建筑結構工程師提供了修改和完善的機會，減少了土建施工過程中的沖突、矛盾問題。

再次，按照工藝排列的要求，在各個不同的生產(chǎn)車間按照工藝平面布置圖進行工藝設備、生產(chǎn)輔機的三維排列。當然各個車間已經(jīng)由BIM完成了相應的三維模擬設計，進而形成三維立體的數(shù)字化的棉紡織設計模型，這樣就可以實現(xiàn)棉紡織廠的三維可視化模型。在該三維模型里，每個設備之間、設備與建筑結構之間的相對位置關系將真實地虛擬出來，在電腦里將真實地反映出設備工藝排列的合理性、完整性，使容易出現(xiàn)的工藝路線不暢、交叉，鋼架支撐與設備沖突等問題得以及時調(diào)整，為后續(xù)的設備安裝提供條件。

最后，要再加上滿足紡織工藝生產(chǎn)需求所需給水、排水、供電、蒸汽、壓縮空氣、空調(diào)送回風管、除塵管道、消防管道、排煙管道等的布置[6]，也是最容易出問題的環(huán)節(jié)。該內(nèi)容的設計文件已經(jīng)由各專業(yè)工程師完成，利用BIM技術，在前面的工作的基礎上，將以上設計內(nèi)容逐一搬到已經(jīng)建好的三維模型里，此時就會發(fā)現(xiàn)許多問題，諸如管線布置不合理、有碰撞、交叉，管道支撐或者懸掛不合理，甚至自相矛盾的地方，尤其是地下的空調(diào)回風溝道與工藝排雜排風溝道的問題，更加明顯，還有空調(diào)的送風管道與防排煙風道的交叉問題等，都會在三維逼真的模擬環(huán)境下暴露出來，BIM技術會在發(fā)生這些問題的地方自動提出提示，然后工程師將有問題的地方進行協(xié)商和調(diào)整，使設計問題在紙上完成，避免了施工過程的錯誤，減少了經(jīng)濟損失。

所有模擬工作完成以后，BIM還可以根據(jù)修改后的三維模擬圖形，自動完成各專業(yè)的平面圖、立面、剖面、詳圖、三維立體視圖、透視圖、材料表等施工圖文件，大大提高了棉紡織工廠的設計效率，減少了浪費。

4? 結語

利用BIM技術進行棉紡織工廠設計僅僅是應用的一個方面，它還可以分析、管理項目整個過程，包括招投標、施工、驗收等過程。

BIM可以還從設計的三維模型直接導進施工過程，實現(xiàn)設計階段BIM模型的進一步利用，加上時間維度，就可以進行虛擬施工，隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，有效協(xié)同施工方、監(jiān)理方，甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。這樣通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，大大減少建筑質(zhì)量問題、安全問題，減少返工和整改;BIM還可以從設計的三維模型直接導進驗收過程，通過三維渲染實際生產(chǎn)過程，給人以真實感和直接的視覺沖擊，反映出設計質(zhì)量的高低;BIM模型可以將以上過程動態(tài)地渲染表現(xiàn)出來，給業(yè)主更為直觀的宣傳介紹。

總之，在棉紡織工廠設計中，利用BIM技術將極大地提高設計質(zhì)量和施工質(zhì)量，目前BIM的使用與開發(fā)正處于初期階段，還有許多東西要不斷地完善和補充，使BIM如同20多年前的計算機輔助設計（Computer Aid Design，CAD）一樣再一次引領棉紡織工廠設計的變革。

參考文獻

[1] 馬波.BIM技術在裝配式建筑結構施工中的應用[J].山西建筑，2019（2）：81-82.

[2] 王科，劉亮，呂麒珉.BIM技術在綜合管廊施工階段應用研究[J].山西建筑，2019（2）：249-250.

[3] 吳秀華.做好BIM技術的優(yōu)化及在建筑工程管理中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（2）：190-191.

[4] 周麗婷，胡雷艇.淺析BIM技術在工程造價精細化管理中的作用[J].名城繪，2019（2）：267-268.

[5] 萬玲，王瓊，李陽春，等.BIM技術在建設工程項目成本控制中的應用研究[J].價值工程，2019（1）：179-181.

[6] 錢鴻斌.棉紡織工廠設計[M].北京：中國紡織出版社，2008.