基于BIM 技術(shù)的現(xiàn)代種子加工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)

李德赟 李彥偉 萬 玲 賈 峻

（酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

中國種子行業(yè)發(fā)展迅速，種子現(xiàn)代化加工的需求日益增長，因此全國種子主產(chǎn)區(qū)的種子加工廠也在不斷新建。種子加工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，涉及用戶加工生產(chǎn)需求以及辦公生活需求，涉及土木工程及機(jī)械工程、電氣工程等多個專業(yè)領(lǐng)域，對總體規(guī)劃的設(shè)計(jì)者要求較高，傳統(tǒng)的二維CAD 設(shè)計(jì)手段已不能滿足需求，經(jīng)研究采用三維設(shè)計(jì)與建筑信息模型（BIM，Building information modeling）技術(shù)相結(jié)合的方法，對提升設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量具有積極的意義。

1 種子加工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行種子加工廠的設(shè)計(jì)規(guī)劃時，主要采用的是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，即以二維CAD設(shè)計(jì)為主，根據(jù)用戶對工廠布局以及加工設(shè)備的需求，進(jìn)行平面的設(shè)計(jì)布局，不能進(jìn)行三維立體的表達(dá)，這種方式雖然也能夠表達(dá)基本的設(shè)計(jì)思路，但是存在一定的局限性，例如對設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的表達(dá)不夠直觀，對方案評審的參與人員也有較高的專業(yè)素養(yǎng)要求。

2 基于BIM 的種子加工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)流程

種子加工廠的規(guī)劃通常包含兩個方面:一是對種子加工廠區(qū)內(nèi)的生活辦公區(qū)域與加工區(qū)域進(jìn)行合理地劃分，保證廠區(qū)內(nèi)生活辦公的安全性和便捷性；二是對廠區(qū)的加工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行合理地配置布局，在滿足生產(chǎn)需要的前提下提升生產(chǎn)效率。采用BIM技術(shù)的種子加工廠規(guī)劃的基本流程:首先是根據(jù)客戶加工需求及規(guī)劃土地范圍確定基本布局及工藝流程，其次是做出布局草圖，再次是根據(jù)做出的布局草圖進(jìn)行三維建模，分別對廠區(qū)規(guī)劃的建筑和加工廠設(shè)備進(jìn)行建模，然后將已完成的三維建模后模型導(dǎo)入 BIM 系統(tǒng)，在Navisworks 等BIM 軟件中進(jìn)行可視化查閱，對客戶反饋的意見和檢查出的問題進(jìn)行修正，得到最終正確的布局模型，最后導(dǎo)出工程圖紙，進(jìn)入項(xiàng)目建設(shè)階段。

2.1 確定用戶需求，進(jìn)行規(guī)劃布局根據(jù)用戶的生產(chǎn)加工需求，進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)，布局總圖設(shè)計(jì)是基本建設(shè)項(xiàng)目中極其重要的環(huán)節(jié)，是指在已選定的場址范圍內(nèi)，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)與加工工藝流程要求，綜合各種因素對生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助設(shè)施及運(yùn)輸設(shè)施的平面和豎向進(jìn)行布置[1]。以玉米種子加工廠為例:通常完整流程的種子加工的工藝工段包括撿穗工段、果穗干燥工段、脫粒工段、籽粒干燥工段、精選工段以及倉儲工段等（圖1），每個種子加工廠都有自己獨(dú)特的地形地質(zhì)條件和土地規(guī)劃面積，同時不同的加工企業(yè)對種子加工生產(chǎn)也有不同的需求，為滿足用戶的不同需求，需要根據(jù)用戶的實(shí)際條件和加工要求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，做出前期設(shè)計(jì)草圖。

圖1 玉米種子加工工藝流程圖

2.2 加工廠規(guī)劃的三維建模布局在確定了基本設(shè)計(jì)方案之后，需要在Autodesk Inventor 或者Solid works 等三維設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行加工廠規(guī)劃的建模，根據(jù)確定的規(guī)劃要求和用地紅線，首先需要繪制廠區(qū)三維地形圖，在地形圖上合理劃分生活區(qū)、辦公區(qū)以及加工區(qū)的分區(qū)（圖2）。然后針對不同的分區(qū)模塊進(jìn)行建模，建模的重點(diǎn)是生產(chǎn)區(qū)域廠房內(nèi)的工藝流程設(shè)備。完整的種子加工工藝流程由多個工段組成，每個工段都包含各種主機(jī)，主機(jī)的模型可以通過調(diào)取企業(yè)模型庫中的標(biāo)準(zhǔn)化模型單元來節(jié)約建模時間，整個加工流程包含多個工段，每個工段都包含大量子圖模型，因此前期建模工作量較大。將模塊化子圖建立好后，即可根據(jù)工藝布置要求進(jìn)行設(shè)備加工線的虛擬裝配，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的建模。

圖2 種子加工廠三維地形圖

2.3 加工廠BIM 系統(tǒng)評審在完成初期加工廠方案規(guī)劃之后，需要與用戶進(jìn)行系統(tǒng)的方案評審，通過BIM 評審使圖形界面更加友好，能夠幫助用戶更好地理解設(shè)計(jì)方案。

BIM 系統(tǒng)軟件Autodesk Navisworks Manage 軟件是設(shè)計(jì)和施工管理專業(yè)人員使用的一款全面審閱解決方案，用于保證項(xiàng)目順利進(jìn)行。Navisworks 軟件能夠通過BIM 模型（圖3）精確地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，制定準(zhǔn)確的四維施工進(jìn)度表，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目的可視化。在項(xiàng)目實(shí)際動工前，用戶就可以在BIM 軟件的工作環(huán)境中體驗(yàn)所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，更加全面地評估和驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否符合預(yù)期要求，以便于及時對設(shè)計(jì)方案作出修正。

圖3 種子加工廠BIM 模型

2.4 完成設(shè)計(jì)，進(jìn)行建設(shè)在完成了方案的初步設(shè)計(jì)、方案建模以及BIM 評審以后，根據(jù)客戶的反饋建議，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修正細(xì)化之后，即可進(jìn)行方案的深化設(shè)計(jì)。BIM 系統(tǒng)在方案的建設(shè)過程中同樣扮演著重要的角色，通過BIM 系統(tǒng)的施工模擬可以優(yōu)化施工方案，同時施工漫游演示動畫可以幫助施工人員更好地理解施工技術(shù)要求，保證方案的正確實(shí)施。

3 種子加工廠規(guī)劃的BIM 系統(tǒng)可視化審閱

傳統(tǒng)的審閱方式以基于二維圖紙以及相關(guān)技術(shù)資料為主，通常對參與方案審閱的人員有較高的技術(shù)素養(yǎng)要求，同時審閱人員需要花費(fèi)大量的時間精力去消化理解圖紙方案，沒有直觀的可視化感受。

BIM 軟件系統(tǒng)可以對其三維模型進(jìn)行整合。BIM 軟件系統(tǒng)不需要先進(jìn)的硬件配置以及預(yù)編程的動畫就可以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的實(shí)時可視化，并且可以進(jìn)行實(shí)時動態(tài)漫游（圖4），探索BIM 模型中所有建筑信息。另外，可以使用戶在創(chuàng)建圖像與動畫時更加輕松，將建筑信息模型與項(xiàng)目進(jìn)度表動態(tài)鏈接，直接生成施工過程的可視化仿真動畫。

圖4 玉米種子加工廠BIM 模型場景漫游

用戶通過直觀的可視化審閱，能夠在工程建設(shè)之前就直觀地看到項(xiàng)目方案建設(shè)的效果，能夠及時發(fā)現(xiàn)方案與預(yù)期設(shè)想的差距，及時提出改進(jìn)設(shè)想，同時設(shè)計(jì)人員也可以通過BIM 系統(tǒng)及早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的問題，及時作出修正方案。

BIM 系統(tǒng)在方案審閱過程中直觀再現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，扮演著審閱者與技術(shù)方案之間的“橋梁”作用，極大地提升了方案評審的效率，對于縮短工程建設(shè)周期具有積極的意義。

4 BIM 技術(shù)在種子加工廠規(guī)劃中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)具有可視化、可分析、可管理和可共享的特性[2]，在種子加工廠的規(guī)劃及建設(shè)中能夠發(fā)揮重要作用，BIM 技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 結(jié)合傳統(tǒng)CAD 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢可提升設(shè)計(jì)速度在CAD 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，BIM 技術(shù)可以對各個設(shè)計(jì)參與方的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并優(yōu)化方案數(shù)據(jù)，能夠通過數(shù)據(jù)共享及協(xié)同設(shè)計(jì)提升設(shè)計(jì)的效率。

4.2 可視化審閱可提升方案審核效率由于大型工廠規(guī)劃包含了海量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，從總體規(guī)劃設(shè)計(jì)到局部細(xì)節(jié)均要在正式項(xiàng)目建設(shè)前進(jìn)行審閱，BIM技術(shù)的可視化特性能夠讓設(shè)計(jì)人員及審核參與者直觀地進(jìn)行方案審閱，不論是方案整體性還是局部的細(xì)節(jié)均可以通過模型數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀地查閱，同時在項(xiàng)目建成前就能讓用戶看到最終的設(shè)計(jì)效果，減少了審閱的環(huán)節(jié)，能夠縮短項(xiàng)目整體建設(shè)周期。

4.3 信息化管理統(tǒng)一各方數(shù)據(jù)在沒有采用BIM系統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)中，項(xiàng)目各參與方缺乏統(tǒng)一的信息化數(shù)據(jù)平臺，項(xiàng)目協(xié)同環(huán)節(jié)存在問題，不能及時就項(xiàng)目進(jìn)度及方案變動做出響應(yīng)，而采用了BIM 系統(tǒng)管理以后，數(shù)據(jù)模型在統(tǒng)一的信息化管理平臺下，能夠發(fā)揮最大的作用。

4.4 全過程信息化的施工管理通過對建造階段的施工時序、定位校正、安全管理、物料清單預(yù)制等眾多仿真，可將實(shí)際建造過程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)仿真[3]，對工程施工可能面臨的錯誤、遺漏、干涉碰撞與物料短缺等問題進(jìn)行預(yù)警。BIM 技術(shù)采用全參數(shù)化設(shè)計(jì)，可整合虛擬現(xiàn)實(shí)、結(jié)構(gòu)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程材料生產(chǎn)與加工等創(chuàng)新技術(shù)，在個人計(jì)算機(jī)及相關(guān)3D 軟件上協(xié)同作業(yè)，對施工中的人工、機(jī)器、物料及財(cái)務(wù)管理進(jìn)行三維模擬，為所有專業(yè)方提供可控管、無破壞性、性價比高、低風(fēng)險并允許反復(fù)運(yùn)用的可行性方法。BIM 技術(shù)可以有效地提高施工技術(shù)水準(zhǔn)，預(yù)防施工事故，減少施工成本浪費(fèi)并縮短時程，強(qiáng)化施工過程中決策、控管能力。

BIM 目前已發(fā)展成為一個完整的體系，并應(yīng)用于多種行業(yè)及技術(shù)整合[4]。在現(xiàn)代化種子加工廠的規(guī)劃中，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)及Navisworks 等BIM 軟件技術(shù)，能夠優(yōu)化工藝流程布局，糾正設(shè)計(jì)中的漏洞和錯誤，并能夠加快設(shè)計(jì)流程，在項(xiàng)目建設(shè)過程中進(jìn)行可視化審閱，對項(xiàng)目建設(shè)過程進(jìn)行數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目全生命周期中進(jìn)行精細(xì)化管理，為工程項(xiàng)目建設(shè)增值，對促進(jìn)種子加工行業(yè)進(jìn)步具有重大的意義。