導(dǎo)語：選煤廠土建工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化概念逐漸進(jìn)入選煤廠工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域。數(shù)字化選煤廠是采用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式對(duì)選煤廠進(jìn)行客觀的反映，并覆蓋選煤廠的整個(gè)生命周期。而作為信息化選煤廠載體的三維模型則稱為信息的綜合體，而非三維設(shè)計(jì)初級(jí)階段的可視化模型［1，2］。選煤廠設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要工藝、土建、機(jī)制、水電暖和管道等多個(gè)專業(yè)相互協(xié)作［3］。土建專業(yè)在選煤廠設(shè)計(jì)中服務(wù)于工藝，而工藝設(shè)備又依附于土建，二者相互支持又相互制約。本文通過分析BIM技術(shù)在青海礦業(yè)煤基多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目選煤廠工程的應(yīng)用實(shí)踐，探索分析選煤廠土建專業(yè)如何實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，并充分利用三維模型實(shí)現(xiàn)工程信息在選煤廠工程中的傳遞。

1工程概況

青海礦業(yè)煤基多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目選煤廠工程，位于青海省烏蘭縣工業(yè)園［4］，該項(xiàng)目工程包括：儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力1200萬t／a、選煤廠工程設(shè)計(jì)能力800萬t／a。選煤工藝流程為“脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器＋粗煤泥TBS＋細(xì)煤泥浮選＋尾煤濃縮壓濾”的聯(lián)合工藝流程。該選煤廠共有60多項(xiàng)單體建筑，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)形式。主要單位工程有主廠房、火車翻車房、濃縮車間及泵房、汽車裝車倉(cāng)、準(zhǔn)備車間及20多條輸煤棧橋。本文選擇幾個(gè)具有代表性的單體建筑進(jìn)行介紹，具體分析BIM技術(shù)在選煤廠工程中的應(yīng)用實(shí)踐。主廠房承擔(dān)著一座煤礦對(duì)原煤進(jìn)行洗選加工和綜合處理的生產(chǎn)任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)。該選煤廠主廠房軸線尺寸116􀆰0m×36􀆰0m，檐口高45􀆰76m／55􀆰51m／58􀆰81m。左部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，右部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面為混凝土屋面。來煤通過鐵路運(yùn)輸，在火車翻車房?jī)?nèi)卸煤，并通過帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)。該工程火車翻車房分為地下和地上兩部分，平面尺寸78􀆰9m×51􀆰0m，地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地上為門式剛架，檐口高21􀆰5m。該工程棧橋眾多，共有20多條帶式輸送機(jī)棧橋。

2三維信息模型的建立

該選煤廠包含的單體建筑，既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，又有混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合。在鋼筋混凝土中，單體建筑的形狀有方形結(jié)構(gòu)，圓形結(jié)構(gòu)及斜體的懸空結(jié)構(gòu)。由于不同項(xiàng)目的場(chǎng)地，環(huán)境的不同，土建專業(yè)需要對(duì)單體建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，從而保證結(jié)構(gòu)安全及人員安全，所以一個(gè)三維模型是否能夠?qū)С鲋劣?jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，是選擇交互式三維模型首要考慮因素［5］。根據(jù)對(duì)軟件市場(chǎng)的調(diào)研與試用，選擇了Bentley軟件公司。該公司擁有多個(gè)三維模型設(shè)計(jì)軟件，包括三維建模軟件，三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。并且在數(shù)據(jù)傳輸方面不存在導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)不兼容的情況，使得模型的利用率大幅度提高。2􀆰1主廠房的建模流程主廠房形體較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)同時(shí)具有變形縫、大跨度輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層和層高較多等難點(diǎn)。針對(duì)以上難點(diǎn)，選擇了AECOsim軟件。三維協(xié)同設(shè)計(jì)需在同一環(huán)境下完成設(shè)計(jì)工作，能夠保證項(xiàng)目實(shí)施過程中設(shè)計(jì)需求及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。Bentley專業(yè)設(shè)計(jì)軟件提供一個(gè)開放的“WorkSpace”，設(shè)計(jì)者只需根據(jù)行業(yè)特性對(duì)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行收集，如：標(biāo)準(zhǔn)樣式、文字樣式、管道類型等，然后對(duì)需求進(jìn)行定制固化，形成統(tǒng)一的“WorkSpace”。而土建專業(yè)需要增加混凝土梁、柱截面庫(kù)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面庫(kù)，門窗規(guī)格庫(kù)，墻體庫(kù)，樓、屋面板截面等信息［6］。1）坐標(biāo)系的建立。土建專業(yè)構(gòu)建適用于各個(gè)專業(yè)的統(tǒng)一的三維模型坐標(biāo)系?！?􀆰000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高3291􀆰69。2）土建模型的拆分。為了簡(jiǎn)化模型拆分?jǐn)?shù)量，對(duì)變形縫兩側(cè)錯(cuò)層采用同一標(biāo)高，繪制模型時(shí)將模型根據(jù)圖紙情況調(diào)整。根據(jù)樓層標(biāo)高的不同將模型分成不同的模型文件，如：變形縫兩側(cè)的建筑標(biāo)高分別為18􀆰910、17􀆰410、19􀆰210􀆰模型文件的標(biāo)高可設(shè)為：19􀆰210。繪制模型時(shí)，標(biāo)高名稱定為18􀆰910／17􀆰410／19􀆰210。3）土建模型文件的命名。模型文件的名稱由檔案號(hào)、項(xiàng)目名稱、專業(yè)及分層標(biāo)高組成。如：“2366－主廠房－建筑－13􀆰810層－設(shè)計(jì)人甲􀆰dgn”，“2376＿主廠房＿結(jié)構(gòu)＿18􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層＿設(shè)計(jì)人乙􀆰dgn”。對(duì)于屋頂?shù)妮p鋼網(wǎng)架，單獨(dú)建模，形成一個(gè)獨(dú)立的模型文件，即：2376＿主廠房＿建筑＿42􀆰160層網(wǎng)架＿設(shè)計(jì)人。4）建立軸網(wǎng)。軸網(wǎng)是各專業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，需要由土建專業(yè)根據(jù)圖紙創(chuàng)建基于統(tǒng)一原點(diǎn)坐標(biāo)的ACS軸網(wǎng)，不同的標(biāo)高層應(yīng)建立不同的軸網(wǎng)。軸網(wǎng)依據(jù)拆分模型時(shí)的標(biāo)高高度分層確定。如：標(biāo)高13􀆰810層軸網(wǎng)、標(biāo)高8􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層軸網(wǎng)。5）建立標(biāo)高。根據(jù)主廠房的分層情況，建立對(duì)應(yīng)與各個(gè)分層的建筑標(biāo)高。如：標(biāo)高13􀆰810層、標(biāo)高18􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層。6）建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型內(nèi)容劃分。如：對(duì)于標(biāo)高27􀆰910層，建筑專業(yè)建模內(nèi)容：標(biāo)高27􀆰910層樓面，標(biāo)高27􀆰910～35􀆰110／33􀆰010間墻體，門窗、墻體洞口、樓梯。結(jié)構(gòu)專業(yè)：標(biāo)高27􀆰910層結(jié)構(gòu)：包括標(biāo)高27􀆰910層梁及標(biāo)高22􀆰510～27􀆰910層柱。7）門窗選型的規(guī)定。由于AECOsim軟件為國(guó)外軟件，其內(nèi)置的門窗規(guī)格不完全適用于中國(guó)規(guī)范。而自建的門窗庫(kù)又不完全有效，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)本工程的實(shí)際情況選擇類似的內(nèi)置門窗規(guī)格。為了避免不同的設(shè)計(jì)人員對(duì)同一規(guī)格的門窗選擇的內(nèi)置門窗規(guī)格的不同，需制定統(tǒng)一的門窗規(guī)格及選型表，見表1。8）形成各個(gè)獨(dú)立的模型文件。9）形成主廠房整體的土建模型。新建一個(gè)空的dgn文件，命名為“2376＿主廠房＿土建＿分裝”。使用AECOsim軟件的“參考”功能，將所有標(biāo)高的21模型文件組合，形成土建專業(yè)整體模型，如圖1所示。2􀆰2火車翻車房的建模簡(jiǎn)述火車翻車房的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是地上是輕鋼結(jié)構(gòu)，地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分屬于不同的結(jié)構(gòu)形式。而AECOsim，適用于繪制混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)的建模需要使用Prostructures軟件中的Prosteel模塊，該軟件有完整的構(gòu)件截面庫(kù)，能進(jìn)行詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。上部輕鋼結(jié)構(gòu)采用Prostructures設(shè)計(jì)，形成單獨(dú)的模型，如：命名為“2376＿火車翻車機(jī)房＿結(jié)構(gòu)＿上部鋼架＿聶義田”。地下結(jié)構(gòu)采用AECOsim軟件，按標(biāo)高形成不同的模型。依據(jù)主廠房形成整體模型的方式，完成最終的火車翻車房的土建分裝模型，命名為“2376＿火車翻車房＿土建＿分裝”?；疖嚪嚪孔罱K三維模型如圖2所示。圖2火車翻車房最終三維模型圖2􀆰3輸煤帶式輸送機(jī)棧橋的建模簡(jiǎn)述帶式輸送機(jī)棧橋?yàn)檩p鋼結(jié)構(gòu)，建模時(shí)候仍然使用AECOsim軟件和Prostructures軟件中的Prosteel模塊。Prosteel軟件設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)棧橋內(nèi)部鋼架，AECOsim軟件設(shè)計(jì)外部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、門窗等構(gòu)件［7］。對(duì)于占單體建筑較多的帶式輸送機(jī)棧橋，工程設(shè)計(jì)時(shí)積累了較多的標(biāo)準(zhǔn)段庫(kù)，如10m、15m、20m、25m等長(zhǎng)度的帶式輸送機(jī)棧橋。設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)段時(shí)，可以將較接近的標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行長(zhǎng)度和角度的修改即可完成設(shè)計(jì)。帶式輸送機(jī)棧橋最終三維模型如圖3所示。

3三維信息模型的結(jié)構(gòu)計(jì)算

由于該工程單體建筑較多，三維模型的結(jié)構(gòu)計(jì)算以帶式輸送機(jī)棧橋內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)桁架為例進(jìn)行介紹。鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件為Staad􀆰pro。在該軟件中可以完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型，各種荷載的加載，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)計(jì)算等。在Staad􀆰pro軟件中，完成結(jié)構(gòu)的計(jì)算后，將模型導(dǎo)出，另存為dgn格式。利用Prostructures軟件，將該模型文件打開，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)建模，包括螺栓、錨栓、節(jié)點(diǎn)板等。在AECOsim軟件中，利用“參考”功能，將鋼架部分和圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分組成完整的帶式輸送機(jī)棧橋模型，如圖4所示。

4土建專業(yè)出施工圖

利用AECOsim軟件，通過模型切圖，直接切圖得到平面圖、立面圖、剖面圖和大樣詳圖。通過BIM信息化模型，提取土建專業(yè)施工圖紙及節(jié)點(diǎn)詳圖，根據(jù)需要在任意位置進(jìn)行立體的視圖剖切，克服傳統(tǒng)二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷和空間盲點(diǎn)。完成建筑結(jié)構(gòu)，不同格式的圖紙需求，包括平面、立面、軸測(cè)圖、階梯剖，實(shí)現(xiàn)施工圖紙的無紙化。這里應(yīng)當(dāng)注意，三維模型剖切生成的二維圖紙是與三維模型關(guān)聯(lián)的，也就是說三維模型中結(jié)構(gòu)布置或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生改變的情況下，設(shè)計(jì)人員不需要重新對(duì)三維模型進(jìn)行再次剖切，原有剖切完成的平面圖紙將自動(dòng)進(jìn)行更新。31在切出二維圖形后，新建圖紙文件，使用參考命令對(duì)二維模型文件進(jìn)行參考。移動(dòng)至相應(yīng)位置后，形成完整的二維切圖文件。標(biāo)注可使用AECOsim軟件的標(biāo)注工具，對(duì)所需要的管理尺寸進(jìn)行標(biāo)注，然后添加二維圖框，即可生成二維圖紙。主廠房三維、二維模型切圖如圖5、圖6所示。

5土建工程量統(tǒng)計(jì)

在AECOsim軟件中，統(tǒng)計(jì)工程量有兩種統(tǒng)計(jì)方法?？梢园礃?gòu)件類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可以根據(jù)不同構(gòu)件類型分類統(tǒng)計(jì)———適用于門窗表等統(tǒng)計(jì)，生成相應(yīng)報(bào)表。另外，還可以按材料屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，Part是該統(tǒng)計(jì)的核心，確保構(gòu)件已經(jīng)被賦予適當(dāng)?shù)腜art信息，如component屬性，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容由屬性定義決定———適用統(tǒng)計(jì)大類和統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容，如磚墻用量，混凝土用量，即長(zhǎng)度、體積、面積等，見表2。

6土建專業(yè)構(gòu)件碰撞檢查

AECOsim軟件可以進(jìn)行專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)部構(gòu)件的碰撞檢查，如：水管道、電纜橋架、通風(fēng)管道間的碰撞檢查，也可以檢查設(shè)備與土建構(gòu)件的碰撞問題。同樣，對(duì)于土建專業(yè)內(nèi)部的構(gòu)件也可以進(jìn)行碰撞檢查。以主廠房為例，不同設(shè)計(jì)人員對(duì)同一個(gè)構(gòu)件的重復(fù)建模、梁與柱交接處的構(gòu)件重合、上下層墻、柱的位置偏移、梁柱與門窗安裝位置的相互影響等設(shè)計(jì)問題，都可以通過碰撞檢查報(bào)告發(fā)現(xiàn)。該主廠房建模共發(fā)現(xiàn)121處土建專業(yè)碰撞問題。

7結(jié)語

土建專業(yè)作為選煤廠設(shè)計(jì)的重要組成部分，是其他專業(yè)設(shè)計(jì)的依托。本次土建專業(yè)基于三維信息模型的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的可復(fù)制性，可應(yīng)用于同類選煤廠項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)。如何利用BIM技術(shù)提升土建專業(yè)設(shè)計(jì)的效率和精確度，使土建模型文件更好的服務(wù)于選煤廠工程的全生命周期，使選煤廠的數(shù)字化程度得到更深層次的發(fā)展，是下一步要研究的方向。

作者:聶義田 宋領(lǐng)法 李亞敏 陳紹東 郭金偉 張海濤 單位:中赟國(guó)際工程有限公司