Bentley 三維數(shù)字化工廠全生命周期解決方案

楊得軍，鄂 濤

（1.唐鋼國際工程技術(shù)股份有限公司，河北唐山 063000；2.河鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司，河北唐山 063000）

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是基于計算機3D 技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)，為施工項目建造提供了技術(shù)和管理支持，它創(chuàng)建出包含大量真實建筑信息的“可視化”虛擬建筑模型，作為一個共享的知識資源，實現(xiàn)了工程進度的可視化、形象化模擬展示，并能根據(jù)時間進程進行施工進度管理和控制[1]。當前，建筑行業(yè)仍處于應(yīng)用 BIM 的初級階段，盡管許多規(guī)模和復雜程度較高的項目已使用BIM 技術(shù)，但也只停留在模型展示、過程模擬方面。

作為BIM 軟件系列中的重要一員，Bentley 三維數(shù)字化工廠針對工廠行業(yè)工程設(shè)計的需求，提出了工廠數(shù)字化全生命周期解決方案，為冶金、礦山、有色、石油石化、電力、汽車制造、水處理、制藥、食品加工、造紙等多個行業(yè)提供了覆蓋設(shè)計、施工、運維的全生命周期的解決方案[1]。

1 Bentley 提供的BIM 解決方案總體架構(gòu)

Bentley 公司通過工程內(nèi)容創(chuàng)建平臺Micro Staiton、工程內(nèi)容的管理平臺ProjectWise DI、工程信息的運維平臺AssetWise，提供了基于全生命周期的BIM 解決方案，涵蓋了數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、校核、利用、組織等整個流程，能有效地對工程項目整個生命周期進行管理[2]。Bentley 三維數(shù)字化工廠行業(yè)產(chǎn)品架構(gòu)示意如圖1 所示。

整個方案還可以結(jié)合最新的實景建模技術(shù)ContextCapture，以及對各種點云設(shè)備、數(shù)據(jù)的支持，為工廠設(shè)計項目的前期改造、環(huán)境勘測、施工過程監(jiān)控及后期的運維需求提供高效的技術(shù)手段，減少成本支出。結(jié)合LumenRT 這樣電影級快速渲染技術(shù)，可以將實景模型、數(shù)字模型及環(huán)境模型融合在一起，直觀地進行項目展示及溝通，提高設(shè)計過程及項目數(shù)字化移交的質(zhì)量和效率。

圖1 Bentley 三維數(shù)字化工廠行業(yè)產(chǎn)品架構(gòu)

2 主要應(yīng)用模塊及工作流程

Bentley 三維數(shù)字化工廠主要的應(yīng)用模塊包括：工藝設(shè)計產(chǎn)品工具（OpenPlant 系列產(chǎn)品）、電儀專業(yè)橋架設(shè)計工具（Bentley Raceway and Cable Managerment ，以下簡稱為 “BRCM”）、 建筑專業(yè)設(shè)計工具（AECOsim Building Designer，以下簡稱為“ABD”）、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計工具（Prostructures）、總圖/場地專業(yè)設(shè)計工具（OpenRoads）、管道應(yīng)力分析工具（Auto-PIPE）、實景建模工具（ContextCapture）、可視化渲染軟件（LumenRT）、 施工可視化軟件（4D Synchro）以及協(xié)同平臺（ProjectWise CONNECT Edition）。

在三維數(shù)字化工廠的構(gòu)架下，設(shè)計流程有了全新的體驗[3-5]：1）最初的項目立項中，明確項目的規(guī)模及數(shù)字化所要實現(xiàn)的目標，然后進行整個項目的分解區(qū)塊化，確定項目人員分工，制定項目制度規(guī)章，指定相應(yīng)的時間節(jié)點等工作任務(wù)。在進行三維設(shè)計操作前還要指定好統(tǒng)一的項目交付的標準樣式，如統(tǒng)一的制圖環(huán)境、統(tǒng)一的標準、統(tǒng)一的模板等。2）進入施工圖設(shè)計階段，采用各專業(yè)并行設(shè)計的流程，采用同一坐標系來進行三維并行設(shè)計。如工藝專業(yè)，確定主要管道及設(shè)備的參數(shù)，通過二維設(shè)計工具Open Plant PID 來快速繪制系統(tǒng)工藝流程圖，并把屬性信息傳遞給三維建模工具OpenPlant Modeler 來進行三維的詳細建模；并利用參考命令工具，和其他專業(yè)的三維設(shè)計內(nèi)容（AECOsim Building Designer,Pro Structures 等）無縫地相互參考協(xié)同作業(yè)，并行設(shè)計。最終的成果可以通過自動生成的管道軸測圖、 材料清單、平立剖面圖來進行交付，為施工階段提供全方面的數(shù)字化模型技術(shù)支持。3） 整個過程通過Project Wise 來管理整個的設(shè)計、協(xié)同、交付過程，并通過Navigator 對所有的過程進行動態(tài)瀏覽，碰撞校審。對最終的成果可利用LumenRT 來進行最合理的渲染和動畫展示。

3 三維數(shù)字化工廠解決方案的優(yōu)勢

Bentley 三維數(shù)字化工廠行業(yè)解決方案通過專業(yè)齊全的設(shè)計工具和協(xié)同的工作環(huán)境，從優(yōu)化工作流程、實時溝通設(shè)計數(shù)據(jù)的角度，有效地提高了用戶的工作效率。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

1）不同專業(yè)的三維設(shè)計模塊都是基于同一個平臺、同一個模型、同一個數(shù)據(jù)架構(gòu)的數(shù)字化三維解決方案，使得溝通效率大大提高，真正地使整個項目的設(shè)計者能夠在統(tǒng)一的工作對象和目標中工作。工作環(huán)境集中、統(tǒng)一、可管理，團隊成員能夠隨時獲取所需的項目信息，提升工作效率。

2）產(chǎn)品模塊幾乎能夠覆蓋項目工程設(shè)計過程中的全部專業(yè)。協(xié)同設(shè)計解決方案中涉及的產(chǎn)品，也都是針對不同專業(yè)應(yīng)用特點專門研制的，更適合專業(yè)人員學習及使用，而不是簡單地提供一個“包治百病”的通用模塊。

3）操作簡便，易于掌握。各專業(yè)模塊提供的二/三維同步工作流，能夠以設(shè)計人員習慣的二維方式，在平面視圖下，對后臺的三維數(shù)據(jù)進行操作。在通常情況下，只需要2～3 d 即可完成平臺轉(zhuǎn)換培訓，2 d可以完成專業(yè)模塊的培訓。任何一個專業(yè)的專業(yè)設(shè)計人員都能輕松掌握。

4）便于知識管理。通過這個管理平臺，不僅可以將項目中所創(chuàng)造和累積的知識加以分類、 儲存、分享，而且可以作為以后企業(yè)進行知識管理的基礎(chǔ)。

5）通過全新的實景建模技術(shù)，采集準確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，逆向建模，快速地指導改建項目及檢修空間。

6）施工管理高效便捷。與傳統(tǒng)的圖紙+ Excel表+甘特圖的交流方式不同，Bentley 4D 施工進度管理解決方案提供一個支持多方參與、 數(shù)據(jù)共享的虛擬施工平臺。在這個平臺上可以進行更清晰、快捷的交流；同時，可將施工模型與計劃任務(wù)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)可視化進度模擬，并在模擬過程中，識別潛在作業(yè)次序錯誤和沖突問題。4D 施工管理工具Synchro 還提供一套成熟的設(shè)計變更和任務(wù)變更管理方案，可彈性處理設(shè)計變更和任務(wù)變更，同時也可與造價、風險等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)施工進度優(yōu)化，高級風險管理和造價管理，改善項目交付過程，在節(jié)約成本的同時，有效提升了企業(yè)的市場競爭力。

7）精準控制施工造價。三維數(shù)字化工廠能夠根據(jù)精準的數(shù)字化三維模型精確控制工程量，精確到螺栓、螺母、墊片的個數(shù)等，不僅避免了人為統(tǒng)計計算的差錯，節(jié)約人力，提高效率，還能給材料采購訂貨提供準確、可靠的依據(jù)，同時幫助建設(shè)方對施工造價進行精準控制。

8）節(jié)約成本。基于統(tǒng)一協(xié)同管理平臺的數(shù)字化設(shè)計，使得各專業(yè)的配合便捷高效，有效節(jié)約了人工成本和時間成本，從而節(jié)約了整個項目的投資成本。

9）通過設(shè)計成果的數(shù)字化移交過程，提升設(shè)計數(shù)據(jù)在項目施工、運維等階段的增值效益。例如，三維設(shè)計模型中管道布置都是準確、可視化的，方便施工單位更好地理解設(shè)計意圖；PAD 移動終端可在施工現(xiàn)場直觀地展示管道施工細節(jié)； 施工方還可以將管路模型打印成3D PDF 文件來指導管道安裝。

4 結(jié)語

綜上所述，Bentley 三維數(shù)字化工廠實現(xiàn)了數(shù)字化全專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計，在各專業(yè)間并行、協(xié)同工作，有效共享項目資料的基礎(chǔ)上，打破傳統(tǒng)的串行模式，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，實現(xiàn)對工程立項、設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)運行及停用進行全生命周期管理。