三維設(shè)計(jì)技術(shù)在選礦設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳榮香，歐陽(yáng)霞嫦

（1.華楚智能科技（湖南）有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410019；2.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410019）

隨著三維設(shè)計(jì)技術(shù)在建筑業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)的推廣及普及，在選礦行業(yè)國(guó)內(nèi)外業(yè)主對(duì)三維項(xiàng)目的需求日益增長(zhǎng)，長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司提出了要在選礦專業(yè)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的要求。三維設(shè)計(jì)不僅僅是將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型進(jìn)行外觀展示，而是要達(dá)到各專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)［1］，使選礦設(shè)計(jì)更加精確和合理，設(shè)計(jì)成果無(wú)碰撞，材料統(tǒng)計(jì)更精確，減少施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)變更，避免因設(shè)計(jì)原因而引起的返工現(xiàn)象，降低設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

1 三維提資

目前多數(shù)設(shè)計(jì)單位各專業(yè)間的相互提資都以二維圖紙的模式進(jìn)行，二維圖紙的提資難免會(huì)出現(xiàn)不直觀，提資遺漏的問(wèn)題。該公司現(xiàn)階段的三維提資主要是工藝專業(yè)向其它專業(yè)提交三維設(shè)計(jì)模型，并從三維模型中切出二維圖紙，其中的關(guān)鍵信息在切出的二維圖紙中標(biāo)注出來(lái)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行三維提資，各專業(yè)可以很直觀地看到工藝專業(yè)的設(shè)計(jì)方案及意圖，如圖1所示，其它輔助專業(yè)也可以在切出來(lái)的二維圖紙的基礎(chǔ)上開展本專業(yè)的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)者還可以就三維設(shè)計(jì)方案向業(yè)主及其它專業(yè)設(shè)計(jì)者進(jìn)行展示與討論，三維設(shè)計(jì)的實(shí)施讓方案變得更直觀，將二維設(shè)計(jì)中不便展示的內(nèi)容也一一呈現(xiàn)，提升了溝通效率，也彰顯了企業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)力。

圖1 工藝專業(yè)BIM設(shè)計(jì)方案

2 三維建模及碰撞檢查

該公司目前采用的建模軟件主要是Bentley軟件公司的專業(yè)軟件，其中建筑和結(jié)構(gòu)采用AECO Sim進(jìn)行建模，管道采用Open Plant。目前建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電動(dòng)等專業(yè)主要根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維翻模，而工藝的管道設(shè)計(jì)則采用正向的三維設(shè)計(jì)。

三維設(shè)計(jì)是在軟件里將即將建設(shè)的項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)搭建，因此杜絕了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)遺漏、各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)不到位等情況的發(fā)生。在傳統(tǒng)的選礦二維管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師僅憑借空間想象進(jìn)行工藝管道設(shè)計(jì)，常出現(xiàn)顧此失彼、返工、各專業(yè)之間互相“打架”等現(xiàn)象，且“平、立、剖”的常規(guī)工程表達(dá)方式不直觀、過(guò)程繁瑣、效率低下。三維設(shè)計(jì)過(guò)程中還能暴露出隱藏在二維設(shè)計(jì)圖中看似合理的實(shí)則有缺陷的問(wèn)題［2］。在選礦工程建設(shè)中許多管道采用鋼襯復(fù)合管，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)管道施工圖在施工建設(shè)過(guò)程中并不能精準(zhǔn)地指導(dǎo)施工。而三維設(shè)計(jì)的管道圖紙，施工單位按三維管道模型進(jìn)行管道定制，并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝即可，避免了鋼襯復(fù)合管尺寸不合適返回廠家重新制作的現(xiàn)象，大大減少了管道安裝的時(shí)間及管道安裝的費(fèi)用。

碰撞檢查是三維設(shè)計(jì)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。建筑、結(jié)構(gòu)、工藝等各專業(yè)的三維模型建立好之后，本專業(yè)先進(jìn)行碰撞檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整［3］。子項(xiàng)負(fù)責(zé)人主持本子項(xiàng)的各專業(yè)綜合檢審，并依據(jù)Bentley相關(guān)軟件進(jìn)行的各專業(yè)碰撞檢查結(jié)果，進(jìn)行各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，找出最好的解決辦法。碰撞檢查技術(shù)解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中檢審不直觀的問(wèn)題，降低了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不合理及現(xiàn)場(chǎng)的返工現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)者和施工人員提供了便利，避免了工期延誤和不必要的窩工現(xiàn)象。

3 材料報(bào)表輸出

傳統(tǒng)的二維選礦設(shè)計(jì)編制材料報(bào)表時(shí)，由選礦設(shè)計(jì)人員按照?qǐng)D紙依靠人力計(jì)算得出，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且結(jié)果不夠準(zhǔn)確，當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，必須重新進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)。而采用三維設(shè)計(jì)，則可以從三維信息模型中快速導(dǎo)出材料清單，提供詳實(shí)可靠的材料明細(xì)［4］。在施工過(guò)程中還可按業(yè)主的要求輸出各種形式符合采購(gòu)需求的數(shù)據(jù)表格，見表1。

表1 BIM設(shè)計(jì)導(dǎo)出材料統(tǒng)計(jì)表

三維設(shè)計(jì)模型是一個(gè)信息載體，設(shè)計(jì)者做出任何設(shè)計(jì)變更，其相對(duì)應(yīng)的材料報(bào)表也會(huì)依據(jù)變更自動(dòng)更改，將設(shè)計(jì)者從大量重復(fù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作中解放出來(lái)。精準(zhǔn)的材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表為項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的原材料采購(gòu)提供了方便，大大提高了施工過(guò)程中原材料采購(gòu)的準(zhǔn)確性，減少了由于材料采購(gòu)不準(zhǔn)確而引起的誤工現(xiàn)象。

4 三維出圖

三維設(shè)計(jì)及檢審?fù)旰?，設(shè)計(jì)者對(duì)三維信息模型進(jìn)行剖切出圖?，F(xiàn)階段該公司進(jìn)行三維出圖的專業(yè)為工藝專業(yè)。工藝專業(yè)的圖紙包含工藝配置圖、管道平面圖、管道系統(tǒng)圖、單管圖，其中工藝配置圖、管道平面圖、管道系統(tǒng)圖，如圖2所示。

圖2 管道系統(tǒng)圖

在三維模型中切出二維圖后，根據(jù)出圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注和情況說(shuō)明。單管圖（如圖3所示）根據(jù)三維模型出圖后直接套圖框即可進(jìn)行歸檔。

圖3 BIM單管圖

從三維模型里剖切出圖，具有出圖快、效率高的特點(diǎn)，且在三維模型里進(jìn)行變更，對(duì)應(yīng)的二維圖紙也自動(dòng)進(jìn)行變更，減少了設(shè)計(jì)者的重復(fù)工作。但是現(xiàn)階段從三維信息模型出的平面布置圖和剖面圖的圖面標(biāo)注的工作量還比較大，還需從簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程和加大軟件定制力度方面作進(jìn)一步的研究。

5 施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)交底，主要由設(shè)計(jì)者對(duì)著二維施工藍(lán)圖與施工人員進(jìn)行溝通，由于施工隊(duì)伍的技術(shù)實(shí)力參差不齊，存在施工人員對(duì)二維圖紙的理解有難度的問(wèn)題。而采用三維設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)者將三維模型和二維施工藍(lán)圖一并交與施工方，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。施工員根據(jù)三維模型直觀地了解所建項(xiàng)目相關(guān)信息，為最優(yōu)施工方案的制定提供了良好的基礎(chǔ)。尤其是管道安裝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員依據(jù)管道單管圖進(jìn)行備料，簡(jiǎn)化了其施工難度。施工方還可以依據(jù)三維模型中的管段編號(hào)，將定制好的管道進(jìn)行裝配式施工，大大減少了管道安裝時(shí)間，節(jié)約了管道施工成本。

現(xiàn)階段由于采用三維設(shè)計(jì)的選礦項(xiàng)目較少，因此施工人員對(duì)如何高效地使用三維模型和管道單管圖尚未掌握，仍需設(shè)計(jì)者在具體實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)。

項(xiàng)目施工完成后，結(jié)算人員根據(jù)二維施工藍(lán)圖及設(shè)計(jì)變更進(jìn)行三維建模，并依據(jù)模型導(dǎo)出工程量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而三維設(shè)計(jì)的實(shí)施，為竣工結(jié)算提供了新的工作模式。由于在施工過(guò)程中，三維設(shè)計(jì)模型是動(dòng)態(tài)的根據(jù)項(xiàng)目要求實(shí)時(shí)更新的信息載體，其導(dǎo)出的材料量即為最終施工的量，三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了竣工結(jié)算工程量統(tǒng)計(jì)工作，縮短了竣工驗(yàn)收所需時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

三維設(shè)計(jì)的實(shí)施為該公司選礦設(shè)計(jì)開辟了新的設(shè)計(jì)流程，解決了各專業(yè)之間的碰撞問(wèn)題，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)者材料統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程；借助三維模型，施工人員還可以更精準(zhǔn)地理解設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖；竣工模型的應(yīng)用，大大減少了結(jié)算人員的工程量統(tǒng)計(jì)工作。但是該公司乃至全國(guó)選礦行業(yè)的三維設(shè)計(jì)尚處于起步階段，只有廣大設(shè)計(jì)者持續(xù)地研究和探索，選礦的三維設(shè)計(jì)工作才能得到更好的應(yīng)用和推廣。