露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的BIM二、三維協(xié)同設計分析*

武迪俊 郭曉松 王忠鑫，23

（1．中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司；2．煤炭科學研究總院沈陽露天采礦技術研究分院）

計算機和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展推動了數(shù)字化礦山的建設，BIM技術是實現(xiàn)數(shù)字化、智能化礦山建設的重要手段，目前在煤炭行業(yè)的應用處于起步階段。BIM三維正向設計可采用Bentley公司系列產(chǎn)品，主要采取與傳統(tǒng)二維設計軟件相結合的方式，根據(jù)各專業(yè)的設計特點及需求，選擇適合各專業(yè)的二、三維設計軟件。Bentley公司系列三維設計軟件有Open Building Designer（OBD）、OpenRoads Designer（ORD）、Open Plant Modeler（OPM）、智能P&ID等。P&ID字面上是管道儀器儀表流程圖，在國內外大多應用于石油化工等行業(yè)，露天煤礦基本沒有應用［1-4］。其中，露天煤礦工程項目具有特殊性，工藝管道儀器儀表并不復雜，也不密集，常規(guī)水暖專業(yè)不需要出管道儀器儀表圖［5-9］，但是露天礦工程項目中，機械設備流程圖在后期工藝設備布置和地面生產(chǎn)系統(tǒng)工藝總布置中具有重要的指導意義［10-14］，為了將機械設備流程圖制圖過程中的信息全部納入到三維模型的工藝布置中，避免二、三維設計的不統(tǒng)一和BIM三維模型的設計缺項，把P&ID的功能引申到露天煤礦的地面生產(chǎn)系統(tǒng)機械設備流程中，并加以應用。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的BIM二、三維協(xié)同設計分析不僅可以提高設計質量，而且可以調高露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的設計效率。二、三維模型完成互相校驗后，可以保證三維模型的精確性，避免錯漏空缺的現(xiàn)象，從而提高設計質量和設計效率。

1 技術路線

研究智能P&ID設計系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)，將露天煤礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)元件標識體系嵌入智能P&ID設計系統(tǒng)，建立標準元件標識庫，定制標準菜單，實現(xiàn)應用智能P&ID設計系統(tǒng)設計過程中所有元件自動調用添加標識。將整個項目的P&ID設計數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)庫中，保證所有元件具有唯一標識。通過智能P&ID設計系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)庫，調用生成露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖。

根據(jù)智能P&ID設計系統(tǒng)調用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進行總裝，完成BIM三維設計。

利用OPM軟件資源管理器功能，對露天煤礦二、三維模型進行校驗，以實現(xiàn)傳統(tǒng)的二維設計與BIM三維設計協(xié)同統(tǒng)一的目的，形成一一對應的關系（圖1）。

2 項目實例

2.1 項目概況

伊敏露天煤礦位于大興安嶺西坡，伊敏河中下游地區(qū)，行政區(qū)劃屬內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗管轄。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要以原煤的破碎、儲備、自動裝車為主。露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)運煤卡車向3號移動式破碎站受料倉卸料，一次破碎后原煤粒度為0～300 mm，轉載至800帶式輸送機，將原煤輸送到3號二次破碎車間，車間內布置1臺雙齒輥破碎機，破碎機能力為3 000 t/h，二次破碎后原煤粒度為0～50 mm。破碎后的產(chǎn)品煤通過801帶式輸送機輸送至7號緩沖倉上，通過帶式輸送機將產(chǎn)品煤輸送至7號和8號圓筒倉內儲存，再通過倉下布置的16臺插板給料機將煤轉載進入802帶式輸送機，進入火車裝車站內，通過鐵路裝車外運。項目建成后露天礦達產(chǎn)27 Mt/a。本項目以一次破碎后800帶式輸送機受料至二次破碎排料流程為例，利用Bentley系列軟件對露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程的二、三維模型進行校驗分析。

2.2 主要元素元件體系建立

根據(jù)露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖，在智能P&ID軟件中建立露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的帶式輸送機、溜槽、破碎機等設備的元件外形，通過智能P&ID軟件中元件管理器功能，創(chuàng)建圖形元素元件，并為創(chuàng)建的元素元件命名（如帶式輸送機可命名為Beltconveyor）和設置插入點，命名的設置要方便今后設計工作中的搜索與調用，插入點的設置要方便在設計中對元素元件定位；根據(jù)露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程，將露天礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)所涉及到的所有元件標識嵌入智能P&ID設計系統(tǒng)，建立標準元件標識庫，定制標準菜單，實現(xiàn)應用智能P&ID系統(tǒng)設計過程中所有元件自動添加標識。將整個項目的P&ID設計數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)庫中，保證所有元件具有唯一標識。根據(jù)不同專業(yè)的設計需求，定制露天礦智能P&ID的設計環(huán)境，研究Data Manager在項目數(shù)據(jù)庫中的應用，提高項目數(shù)據(jù)檢索效率，達到批量輸入、輸出、編輯各類報表的目的，方便今后工作的調用。

通過在智能P&ID軟件所建立的元件標識庫，結合伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)，調用帶式輸送機、溜槽、破碎機等設備元件，根據(jù)露天煤礦工程信息模型分類和編碼體系對設備進行編號（800帶式輸送機編號為M-11952-JX-TP-PD-001，帶式輸送機排料溜槽編號為M-11952-JX-TP-PD-001/1，二次破碎機編號為M-11952-JX-CR-CG-001，二次破碎機排料溜槽編號為M-11952-JX-CR-CG-001/1），建立地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能P&ID系統(tǒng)二維流程圖（圖2）。

2.3 地面生產(chǎn)系統(tǒng)三維模型

根據(jù)智能P&ID設計系統(tǒng)調用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進行總裝，完成伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)800帶式輸送機、帶式輸送機卸料溜槽、二次破碎機、二次破碎機排料溜槽三維模型設計，并完成總裝工作（圖3）。根據(jù)露天煤礦工程信息模型分類和編碼體系，通過OPM軟件對所建立的BIM三維模型進行添加編號屬性。

2.4 二維流程圖與三維模型的協(xié)同校驗

在智能P&ID軟件中將建立好的二維地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖發(fā)布生成i.dgn文件；用OPM軟件打開添加完成編號屬性的伊敏露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)三維BIM模型，通過參考由智能P&ID系統(tǒng)發(fā)布生成的i.dgn文件，在資源管理器中完成二維流程圖和三維模型的校驗，校驗通過后，各個設備的編號由紅色字體變成藍色，意為二維流程圖與三維BIM模型形成一一對應關系，即通過校驗。如果依舊有紅色字體，需重新檢查三維BIM模型，核驗建立的三維BIM模型存在錯漏空缺的情況或者三維BIM模型的編號屬性添加錯誤或空缺，直至所有設備的屬性編號都為藍色，表示所有的三維BIM模型與二維流程圖通過校核。

3 結語

（1）研究智能P&ID設計系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)，將露天煤礦工程地面生產(chǎn)系統(tǒng)元件標識體系嵌入其中，建立標準元件標識庫，定制標準菜單，實現(xiàn)應用智能P&ID設計系統(tǒng)設計過程中所有元件自動調用添加標識。

（2）根據(jù)智能P&ID設計系統(tǒng)調用生成的露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)二維流程圖，利用OBD軟件建立露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)單體三維模型，并進行總裝，完成BIM三維設計。

（3）利用OPM軟件資源管理器功能，首次實現(xiàn)露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖的二、三維互相校驗，通過二、三維工程項目設計數(shù)據(jù)的協(xié)同互通，確保在整個項目設計中項目信息的一致性，以實現(xiàn)傳統(tǒng)的二維設計與BIM三維設計協(xié)同統(tǒng)一的目的，形成一一對應的關系。