數(shù)字化設(shè)計(jì)在水泥廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳治剛，王團(tuán)峰（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 ）

0 引言

隨著“中國制造2025”和“智能制造”上升為國家戰(zhàn)略，信息化進(jìn)程的加快及數(shù)字化技術(shù)普及，以數(shù)字化設(shè)計(jì)為核心的協(xié)同設(shè)計(jì)模式已成為可能。水泥生產(chǎn)作為傳統(tǒng)工業(yè)，其信息化與數(shù)字化程度落后于其他新興產(chǎn)業(yè)，面對全球性的環(huán)保、能耗、管理等標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，水泥行業(yè)迫切需要實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工到生產(chǎn)運(yùn)維上的技術(shù)變革。

目前水泥廠設(shè)計(jì)大多還依賴于成品化的CAD設(shè)計(jì)軟件，數(shù)據(jù)不能有效傳遞與結(jié)構(gòu)化存儲，設(shè)計(jì)過程比較繁瑣，材料統(tǒng)計(jì)容易疏漏，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)也無法滿足未來水泥工業(yè)數(shù)字化、智能化運(yùn)維對數(shù)據(jù)的要求。因此開展數(shù)字化設(shè)計(jì)的研究，已成為行業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的必然選擇。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺

數(shù)字化設(shè)計(jì)是指在工程設(shè)計(jì)階段對工程數(shù)據(jù)源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化的科學(xué)管控，使用BIM三維數(shù)字建模技術(shù)對建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)與模型有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的平臺化、數(shù)字化交付的方法和技術(shù)。通過數(shù)據(jù)的集成和共享，可促進(jìn)設(shè)計(jì)人員提高工作效率，同時(shí)還能降低人為錯(cuò)誤的發(fā)生率，從而提高工作質(zhì)量[1]，數(shù)字化設(shè)計(jì)的3D模型將為水泥工廠的施工、運(yùn)維管理等奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺作為開展數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和設(shè)計(jì)工具平臺的集成開發(fā)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中對工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確高效收集，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化建設(shè)。

1.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理

數(shù)字化設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)，因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、完整度與傳遞效率決定了數(shù)字化設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在水泥工廠設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)涵蓋工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、水道、暖動、電氣、新能源等各個(gè)專業(yè)。通過對各專業(yè)工程設(shè)計(jì)中涉及的設(shè)備數(shù)據(jù)、族庫模型、二維圖形、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)的收集，對上述數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化處理，建立符合設(shè)計(jì)管理要求的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)錄入、調(diào)用、維護(hù)等過程的統(tǒng)一管理，從而為數(shù)字化設(shè)計(jì)奠定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)管理

設(shè)計(jì)過程的管理，是數(shù)字化設(shè)計(jì)高效與否的關(guān)鍵。通過對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行梳理分析，建立一體化協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺，規(guī)范設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過建立工程設(shè)備編碼體系，貫通數(shù)據(jù)全過程，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理工程完整數(shù)據(jù)（工程信息、設(shè)備信息、廠家資料等）的目的。通過優(yōu)化專業(yè)間配合流程和方式，使各專業(yè)間的協(xié)調(diào)配合均在協(xié)同平臺下按標(biāo)準(zhǔn)流程完成。通過計(jì)劃管理與圖檔管理平臺集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程與成果存儲聯(lián)動，滿足設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)與更新。在集中化的工程數(shù)據(jù)與圖檔平臺管理模式下，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)成果的快速移交與發(fā)布，滿足工程施工階段應(yīng)用需求。

1.3 專業(yè)設(shè)計(jì)工具集成

在數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺內(nèi)，通過統(tǒng)一的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理及設(shè)計(jì)管理平臺的支撐，建立覆蓋全專業(yè)的設(shè)計(jì)工具平臺。滿足水泥工程工藝、電氣、水道、暖動、結(jié)構(gòu)、建筑、總圖等各專業(yè)開展數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求。實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的流程圖設(shè)計(jì)、系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)內(nèi)容的整合，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞、協(xié)同、交互等。從而提高設(shè)計(jì)各方的良好互動，提高設(shè)計(jì)工作效率與設(shè)計(jì)技術(shù)水平。

1.4 輕量化協(xié)同管理

輕量化技術(shù)是3D數(shù)字化模型應(yīng)用的重要技術(shù)手段。在數(shù)字化設(shè)計(jì)計(jì)平臺內(nèi)，建立面向設(shè)計(jì)的輕量化校審及信息展示平臺，實(shí)現(xiàn)對工程設(shè)計(jì)模型三維瀏覽校審、設(shè)備模型屬性查詢、校審意見回傳等功能，提高校審人員校審體驗(yàn)和效率；同時(shí)也可滿足作為業(yè)主對于水泥工程建設(shè)的階段性成果瀏覽需求，輔助業(yè)主對工程進(jìn)度監(jiān)測，提高協(xié)調(diào)決策效率。

2 應(yīng)用簡介

數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用，使系統(tǒng)圖中的符號與三維模型指向同一數(shù)據(jù)源，建立嚴(yán)格關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證了系統(tǒng)圖與三維布置邏輯對應(yīng)，不僅為工程提供了外在的可視化模型，還為信息在項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的傳輸打下了基礎(chǔ)。以下以某日產(chǎn)4000t熟料水泥生產(chǎn)線為例，對設(shè)計(jì)流程做簡要說明。

2.1 項(xiàng)目創(chuàng)建

項(xiàng)目創(chuàng)建由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在平臺中完成，包括項(xiàng)目名稱、子項(xiàng)代號及名稱、參與人員及其權(quán)限、設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃等，設(shè)計(jì)人員登錄平臺便可到對應(yīng)圖檔下進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)操作。

2.2 工程信息配置

平臺包含公共數(shù)據(jù)庫與工程數(shù)據(jù)庫。工程參數(shù)配置見圖1。公共庫中為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，從公共庫中將設(shè)備選型到工程庫，作為工程設(shè)計(jì)庫，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)將在此庫范圍內(nèi)進(jìn)行。同時(shí)對流程圖中標(biāo)注樣式及管線樣式等設(shè)計(jì)樣式進(jìn)行配置，以滿足本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求。

圖1 工程參數(shù)配置

2.3 流程圖設(shè)計(jì)

需要繪制流程圖（原理圖）的專業(yè)，設(shè)計(jì)人員通過登錄設(shè)計(jì)平臺打開CAD，CAD端會自動生成對應(yīng)圖檔目錄及權(quán)限配置，設(shè)計(jì)人員在分配權(quán)限的圖檔目錄下開展流程圖設(shè)計(jì)。

在流程圖設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可通過設(shè)備布置，從圖例庫中調(diào)用設(shè)備圖例。定義設(shè)備所屬車間并定義設(shè)備之間的關(guān)系，如并列關(guān)系或主從關(guān)系，通過賦值標(biāo)注工具可提取圖面所有的設(shè)備信息，對設(shè)備進(jìn)行賦值標(biāo)注。

為提高設(shè)效率，規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，平臺數(shù)據(jù)庫中包含生產(chǎn)系統(tǒng)組合方案，如收塵系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)等，以及標(biāo)準(zhǔn)流程圖，設(shè)計(jì)人員可直接從方案庫中調(diào)用對應(yīng)車間參考方案。以本項(xiàng)目煤粉制備及輸送車間為例，可從方案庫中調(diào)用一套流程圖，根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行修改。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否關(guān)系著數(shù)字化設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過提取，將整個(gè)圖面中存在的設(shè)備顯示出來，自動編碼功能保證了設(shè)備編號的唯一性，該編碼將作為設(shè)備的唯一標(biāo)識貫穿全生命周期。通過賦值，將設(shè)計(jì)參數(shù)賦值給對應(yīng)圖例，見圖2。通過發(fā)布，將所有的信息存儲于數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

圖2 設(shè)備賦值

2.4 設(shè)備材料表導(dǎo)出

設(shè)備材料表是設(shè)計(jì)的重要部分，通過材料統(tǒng)計(jì)，可一鍵生成設(shè)備材料表，并可根據(jù)工程需要切換中英文版，見圖3。篩選功能可實(shí)現(xiàn)將項(xiàng)目或子項(xiàng)中某一類設(shè)備篩選導(dǎo)出，對設(shè)備功率屬性等進(jìn)行篩選導(dǎo)出。

圖3 設(shè)備材料表配置

2.5 模型關(guān)聯(lián)

在完成流程圖設(shè)計(jì)后，通過發(fā)布將圖紙信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計(jì)人員通過設(shè)計(jì)平臺打開Revit模型。建模使用的設(shè)備族可從平臺數(shù)據(jù)庫中調(diào)用，也可從族庫中調(diào)用?？紤]到工藝專業(yè)設(shè)備外形因型號或生產(chǎn)廠家不同差別較大，本項(xiàng)目采用從族庫調(diào)用設(shè)備模型的方式開展三維設(shè)計(jì)。

在Revit端通過系統(tǒng)賦值工具，可調(diào)用從CAD端發(fā)布的流程圖，選中對應(yīng)圖例，賦值給三維設(shè)備模型，便實(shí)現(xiàn)了流程圖與三維模型的關(guān)聯(lián)。若流程圖中設(shè)備參數(shù)需要修改，修改完成后再次發(fā)布，三維模型中的信息會對應(yīng)自動更新，無需再次關(guān)聯(lián)。打開設(shè)計(jì)屬性工具欄，點(diǎn)擊設(shè)備模型，可直接查看設(shè)備屬性，見圖4。

圖4 設(shè)計(jì)屬性查看

2.6 協(xié)同設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目通過鏈接文件的模式展開協(xié)同設(shè)計(jì)。通過平臺鏈接管理，可將車間對應(yīng)的其他專業(yè)的模型鏈接到本專業(yè)文件當(dāng)中。通過鏈接協(xié)同，能夠?qū)崟r(shí)反映相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)進(jìn)度，查看各專業(yè)間是否存在碰撞等問題，以便及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。各車間模型更新后，平臺會自動提示，方便設(shè)計(jì)人員及時(shí)更新。

2.7 輕量化校審

在完成設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)人員可將模型提交至輕量化校審平臺。校審人員可在輕量化校審平臺進(jìn)行校對審核，校審信息也可回傳至REVIT端供設(shè)計(jì)人員查看并以此為依據(jù)對模型、參數(shù)等進(jìn)行修改。

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用前景

3.1 數(shù)字化交付

數(shù)字化交付區(qū)別于傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)（以紙介質(zhì)為主體）的交付方式，是通過數(shù)字化集成平臺，將相關(guān)設(shè)計(jì)成品以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主的成品交付方式，也稱為數(shù)字化移交[2]，即在向業(yè)主交付實(shí)物工廠的同時(shí)，交付以集成數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的虛擬工廠。

水泥行業(yè)傳統(tǒng)的紙質(zhì)交付與電子文檔交付，大量的圖紙除了資源浪費(fèi)外，對資料的保存與管理也較為繁瑣。在工廠建設(shè)階段，由于二維圖紙表達(dá)的局限性，為安裝施工人員明確設(shè)計(jì)的意圖帶來一些困難。而數(shù)字化交付通過集成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的3D數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”，通過模型拆分、安裝指導(dǎo)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的快速查閱等功能，將為水泥工廠的施工和管理提供新的思路。數(shù)字化工廠管理模式的運(yùn)用，不僅能將階段性的決策、建設(shè)、改造階段的工廠信息串聯(lián)起來，而且在工廠建設(shè)階段，能起到縮短建設(shè)周期，節(jié)約建設(shè)投資的重要作用[3]。

3.2 水泥工廠智能運(yùn)維

數(shù)字化設(shè)計(jì)使得設(shè)計(jì)信息可以貫穿項(xiàng)目的全生命周期。依托于3D數(shù)字模型的數(shù)據(jù)集成特性，將為傳統(tǒng)工廠智能運(yùn)維提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的同時(shí)促進(jìn)數(shù)字化、可視化智能工廠運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)，更好的為工廠平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。

4 結(jié)語

在水泥行業(yè)由于BIM技術(shù)的價(jià)值未被完全挖掘以及水泥工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化程度低、工期緊等特點(diǎn)，數(shù)字化設(shè)計(jì)的推廣應(yīng)用還屬于起步階段。但數(shù)字化設(shè)計(jì)的推廣符合水泥行業(yè)的內(nèi)在需求與長遠(yuǎn)利益，隨著水泥行業(yè)智能工廠的建設(shè)，水泥工廠數(shù)字化設(shè)計(jì)也必將成為未來的發(fā)展趨勢。