工程數(shù)字化中逆向3D模型項目及實施

羅小燕

摘? 要： 隨著國家指引方向，工程數(shù)字化交付已成為各行業(yè)的發(fā)展方向，不同行業(yè)的工程有各種關(guān)于數(shù)字化交付的3D模型的項目需求，在工程項目 的整個生命周期里， 3D模型有其重要作用。本文就此從過往項目積累中， 對3D模型的項目需求及目的進行歸納， 希望對工程數(shù)字化過程中的項目選擇和 實施起到一定的指引。

關(guān)鍵詞： 工程;數(shù)字化交付;3D;模型

引言

從蒸汽機時代（工業(yè)1.0 ）到今天智能化時代（工業(yè)4.0 ），全球工業(yè) 走向智能智慧化。借助于工業(yè)4.0和特有的中國制造2025宏偉戰(zhàn)略的推進， 越來越多的工廠開始踐行數(shù)字化轉(zhuǎn)型和交付[1]。數(shù)字化交付是以工廠對象 為核心的一系列操作，很多時候離不開數(shù)字化3D模型。 3D模型可以1 ：1的 還原工廠的設(shè)備結(jié)構(gòu)管道等專業(yè)的實際內(nèi)容，尤其是與實際相接近的3D模 型，既有設(shè)計屬性，亦有實際特性，是實現(xiàn)智能化操作的基礎(chǔ)底座[2]。工 程數(shù)字化交付給行業(yè)提供了機遇，也增加了挑戰(zhàn)。優(yōu)質(zhì)的3D模型將對數(shù)字 化交付起到最重要的根基保證。

1 分列典型的行業(yè)項目

隨著國家資源開采的積累，新建項目在增加，但是已建在役項目已經(jīng) 到了無法忽略的數(shù)量。許多工程行業(yè)單位，積極進行在役工廠的逆向3D建 模， 力求與實際工廠情況一致。以下列舉幾個典型的逆向3D模型的需求 項目：某石油化工廠，在某次生產(chǎn)事故停用多年后要重啟，涉及到多個裝 置區(qū)需要重建帶屬性的3D模型， 已供改造使用。原設(shè)計模型不全且不可 編輯，尤其是經(jīng)過多年變化，實際現(xiàn)場已經(jīng)與原設(shè)計模型不完全一致了。 因此需要結(jié)合圖紙，參考現(xiàn)場的點云數(shù)據(jù)，對設(shè)備管道結(jié)構(gòu)進行真實地還 原，以提供給改造設(shè)計最真實的帶屬性的3D模型。某藥企，在不斷的改擴 建生產(chǎn)工段，鑒于其空間小，設(shè)備較緊湊，工藝要求嚴(yán)格，采用3D模型做 輔助對工程施工進行拆解。某牛奶生產(chǎn)車間，要進行大的改造，旨在將改 造后的實際車間，以真實的3D模型呈現(xiàn)，達到更好的宣傳作用。由于行業(yè) 特殊，通用的模型庫無法滿足牛奶生產(chǎn)工段3D模型要求，因此所需的全部 元件庫需要定制， 由此呈現(xiàn)的3D模型為帶屬性的3D模型。在此基礎(chǔ)上， 進行美化渲染，最后制作視頻，效果非常不錯。某園區(qū)管廊管理部，為更 好的從系統(tǒng)里管控全局和處理管廊管道結(jié)構(gòu)發(fā)生的一系列變更調(diào)整。提出 需要更新完善原來的3D模型，并配上顯眼的結(jié)構(gòu)編號及周圍的環(huán)境，后期 直接通過遠程平臺對管廊相關(guān)工作進行處理安排。某天然氣處理廠，隨著 生產(chǎn)及數(shù)字化發(fā)展，打算將整個廠在數(shù)字化平臺上進行呈現(xiàn)，亦發(fā)起了重 構(gòu)整個廠的3D模型， 并提出更高的要求， 要求3D模型需要能掛接其流程 P&ID，能與現(xiàn)場的DSC系統(tǒng)進行掛接和跳轉(zhuǎn)等。無論行業(yè)、無論企業(yè)規(guī)模 都在積極探討工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對逆向的3D模型的需求也越來越大。

2 綜合概述項目類型

基于各種各樣的出發(fā)點的工程數(shù)字化項目需要提供更優(yōu)質(zhì)的3D模型， 大體可分為以下幾類需求類型。

（ 1 ）P&ID升級。小到采氣井口，大到復(fù)雜化工廠的工藝儀表流程 圖（ P&ID ），從早期手繪版，到標(biāo)準(zhǔn)化圖例的DWG版，再到現(xiàn)在的智能 P&ID。力求將二維P&ID活化，讓圖例帶上其相應(yīng)的屬性，便于在平臺端 進行查看。同時后期與3D模型，進行掛接切換。這就是智能P&ID項目。 （ 2 ）老版圖紙資料到3D模型。工廠建設(shè)和運行，涉及到的設(shè)備圖紙、管 道圖紙、結(jié)構(gòu)圖紙等很多，尤其是老廠翻新，需要根據(jù)以往的圖紙資料在 三維軟件中，進行1 ：1的3D建模，以達到將圖紙信息直觀反應(yīng)出來，并 方便進一步的優(yōu)化完善。（ 3 ）技改變更結(jié)果到3D模型中再現(xiàn)。工程項目 過程中或者投產(chǎn)后，都免不了要進行變更。基于3D模型的變更執(zhí)行，可優(yōu) 先在模型上進行處理，查驗效果是否為預(yù)期，優(yōu)化完善后，再在現(xiàn)場進行 施工變更操作。若實際操作中，無法每次變更都跟進完善模型，可采用定 期收集變更項及現(xiàn)場的實際操作項，再對已有的3D模型進行一次性更新。 （4 ）帶屬性的3D模型與現(xiàn)場相一致。當(dāng)今社會借助于各種機器設(shè)備，可 以對工廠進行航拍、掃描，再通過軟件處理出反應(yīng)工廠外形的模型。但此 類模型有其優(yōu)缺點：優(yōu)點是貼近實際現(xiàn)場，缺點為無屬性、不夠美觀。而設(shè)計軟件產(chǎn)出的3D模型，雖有屬性，但其美觀度和現(xiàn)場有較大的差別?；?于此， 通過3D軟件， 參考航拍、點云模型進行3D逆向建模， 得到帶屬性 的3D模型。同時通過現(xiàn)場采集素材，按照實際對模型進行美化渲染，以達 到接近真實現(xiàn)場的效果，用于后期展示和開發(fā)利用。此項需求，在工程3D 模型項目中，也逐漸成為必不可少的一項技術(shù)要求。（ 5 ）3D模型與P&ID 相跳轉(zhuǎn)。 3D模型與P&ID，在數(shù)字化交付平臺上進行二三維跳轉(zhuǎn)，能夠方便 現(xiàn)場對流程的管控和分析。因此在此項需求中，帶屬性的3D模型與帶屬性 的P&ID是基礎(chǔ)，鑒于此開展的一系列探討在不斷更進。（ 6 ）仿真型3D模 型。許多復(fù)雜單體模型也需要細化美化模型，此為三維仿真的基礎(chǔ)。仿真 型的3D模型，在工程中進行越來越多的應(yīng)用。當(dāng)然時代在變化，技術(shù)在進 步，需求和實施也在不斷更進，不同的項目需求類型也應(yīng)運而生。

3 實施選擇及目的

項目的數(shù)字化交付中，每個階段選擇能實現(xiàn)的最適合的3D模型成果， 結(jié)合其他數(shù)字化措施，為客戶實現(xiàn)當(dāng)期目標(biāo)。

3.1? 在工廠規(guī)劃設(shè)計階段

在初設(shè)階段，可選擇根據(jù)初設(shè)圖紙搭建的3D模型，以估算個別項的 需求，同時初設(shè)圖紙也可根據(jù)此版3D模型進行優(yōu)化。在詳設(shè)階段，采用優(yōu) 質(zhì)的帶屬性的3D模型，能很好的還原真實現(xiàn)場，對施工材料采購可以起到 精準(zhǔn)的提資，對現(xiàn)場施工中的可能情況進行提前預(yù)判應(yīng)對，對各專業(yè)的界 區(qū)，進行清晰的劃分，輔助促進后期工程的施工進度等。

3.2? 在工廠的施工階段

在施工階段，若產(chǎn)生施工問題，或?qū)е率┕るy度不確定，或?qū)е略O(shè)計 變更等。當(dāng)有施工難度時，在原有3D模型基礎(chǔ)上，進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整演練或 更新補充，待方案確認(rèn)可行，步驟清晰后，再在現(xiàn)場進行施工，大大降低 現(xiàn)場的施工難度，提高工程效率。當(dāng)出現(xiàn)變更后，對現(xiàn)場模型進行虛擬狀 態(tài)下的3D模型復(fù)原，以期于保持3D模型始終與現(xiàn)場一致，便于后期利用和 改進。

3.3? 在工廠生產(chǎn)運營階段

工廠投入運營，此為在役項目的基本條件。部分老舊廠在早期設(shè)計施 工時，無相應(yīng)的3D模型，基于當(dāng)今先進技術(shù)，可采用掃描、航拍快速還原 一版3D模型。在此基礎(chǔ)上，收集早期設(shè)計資料，在設(shè)計軟件中還原一版帶 屬性的3D模型。在運營階段，出現(xiàn)改擴建時，此時需要已有3D模型能完全 與真實現(xiàn)場相一致，便于人員確定改擴建效果。工廠運營階段，以3D模型 為基礎(chǔ)的數(shù)字化運維管理，能夠有效助力企業(yè)運維。

3.4? 在工廠退役階段

服役多年的工廠，只要有與現(xiàn)場相一致的數(shù)字化3D模型，那么工廠中 的各類設(shè)備管道等設(shè)施才能環(huán)保的處理和拆除，進行最大化利用和最小化 傷害。數(shù)字化3D模型，在工廠的各個階段都能起到重要作用，其虛擬可視 化的展現(xiàn)，能有效地反饋物理工廠的真實現(xiàn)狀[3]。

4 結(jié)束語

工程數(shù)字化交付在智能化智慧化的今天，已成國家的重點規(guī)劃方向， 因此成為各行業(yè)的發(fā)展轉(zhuǎn)型方向。必不可少的3D模型與其大量的數(shù)字化數(shù) 據(jù)、文檔及其關(guān)系，共同拼接成完整的數(shù)字化虛擬工廠，助力時代發(fā)展[4] 。

參考文獻：

[1]林中.工程數(shù)字化的應(yīng)用及前景[J].化工設(shè)計，2019，29（1）.

[2]GB/T51296-2018-石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn).

[3]e-works閆東.數(shù)字化交付，助力流程行業(yè)邁向數(shù)字世界[DB/OL].數(shù)字化企 業(yè)2021-12-04.

[4]達美盛，工廠數(shù)字化交付過程全解析[DB/OL].達美盛.2020-05-20.

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