基于ProjectWise协同平台在600m²烧结工程中的BIM技术研究与应用

 

　　解莎莎，金鹏飞，王立超

 

　　（天津二十冶建设有限公司，天津东丽 300301）

 

　　[摘要]：以辽宁某600m2烧结项目为依托，详细介绍了基于ProjectWise协同平台在三维建模中的工作流程与施工管理上的应用。通过Bentley公司系列软件进行三维实体建模，完成建筑结构、管道出图、电缆智能敷设，机械电气设备安装、工程量统计、建模及其出详图，以及多专业碰撞检测；并进行施工过程中的安全、技术交底，施工模拟，移动设备应用，工程进度管理。大大节约了施工成本，对于现场施工起到了一定程度的指导意义。

 

　　[关  键  字]：信息化；BIM技术；ProjectWise协同平台

 

 

　　随着国家工程信息化的快速发展，建筑企业信息化建设不断提高，促进了建筑技术的进步与管理水平的日益提升，国家也将在“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及与应用，加快建筑信息模型技术（BIM技术）、基于网络的协同等新技术在工程中的应用，推动信息化建设。对于我国的基础设施行业来说，尽管增长迅速，但随着工程不断从高速建设期进入运营维护期，行业和业主越来越关注基础设施资产的运营与维护，三维协同设计、信息移动化和云计算等技术已经成为了这些问题的解决方案。

 

　　随着工程设计行业被市场倒逼，转型到三维协同设计已经无法满足未来的需求，并要在建造过程中融入更多的数据，为后期的运营维护提供数据支持与保障。作为施工企业，接递来自设计阶段的设计数据，通过在建造阶段加以三维化的转化与优化，将数据最终完整、直观的传递到业主运维阶段；并在这个过程中，数据信息为施工企业所运用，大大降低了施工企业的建造成本，对现场施工起到了指导性的价值与意义。基于对BIM技术的推广与应用，本文以辽宁某600m2烧结机工程为例，在该项目中积极探索基于ProjectWise平台在三维建模工作流程与施工管理上的应用。

 

 

　　1.1 项目背景

 

　　众所周知，我国是钢铁大国，从下表数据可以看出中国在世界钢铁产量的比重越来越大，已连续数年位居世界第一。本项目意在建设冶炼铁矿的新工艺，该项目的建立对中国钢铁行业、乃至世界钢铁行业的影响至关重要。该烧结厂采用废气净化新技术，烟尘排放浓度低于30mg/m3；可除去废气中的有害成分；严格封闭的工艺设施，循环利用废气以降低烧结能耗；热废气循环余热回收，实现了余热发电；余热回收利用技术，降低产品工序能耗。因此，无论从当下或长远来看，本项目的建造对整个社会的资源优化配置、烧结生产领域的技术创新以及社会的可持续性发展，意义重大。

 

　　表1 我国近10年钢产量占世界钢产量及比率

 

　　1.2 项目介绍

 

　　该工程位于辽宁省某市，为原料配套600m2烧结机，为全国最大烧结工程，建设规模为1台600m2烧结机，生产能力为1 430t/h，采用双侧风箱的新型结构。台车宽度为5.5m，机尾采用单棍破碎机，头尾链轮中心距123.35m。烧结运行速度为1.3～3.9m/min，总质量为3 195t，其中台车共173个，总质量达2 048t，其有效烧结面积为600m2。图1为600m2烧结工程三维模型。

 

　　图1  600m2烧结工程三维模型

 

 

　　项目针对建筑企业施工专业性强，流动性大，工作地点分散特点，专业设计上包括了建筑、结构、设备安装、电气、水暖、市政总图等6大专业。各专业依托ProjectWise协同平台实现了独立建模，区域总装、专业总装、工程总装、成果交付的完整工作流。

 

　　人员组织机构，按专业、人员进行分工统计，由公司总部技术中心统筹管理，下设工程项目经理、项目技术负责人，BIM项目经理，BIM技术总监；现场BIM技术应用人员以及现场施工人员；专业BIM组长，专业设计人员，专业协同管理员，如图2所示。

 

　　图2 项目人员组织机构

 

　　2.1 配置工作空间以及模型划分

 

　　立项之初，根据项目的具体实际需求，由施工人员根据项目特点提出需求分析，由设计人员将这些需求“定制”到工作空间(Workspace)中，并将其件夹托管到ProjectWise协同平台上；具体包括AECOsim标准，Bentley Raceway and Cable Management标准，OpenPlant标准以及文档标准。通过编制并托管这些标准，统一管控该项目所有设计人员基于统一的设计要求与规范。

 

　　图3 项目PW协同平台架构

 

　　根据项目建设需求或工艺流程，进行分部、分项或检验批进行模型的划分；该工程根据工艺流程划分为烟囱、主抽风机室、主电除尘器、烧结主厂房、环冷机、机尾电除尘、混合室、布袋除尘器、配料室、成品筛分室、转运站、成品矿槽室、附属设施及其综合管网等区域。

 

　　图4 项目模型划分

 

　　2.3三维标准化

 

　　经过之前几次项目的经验总结，认识到统一的协调管理，标准化概念的重要性。统一的标准化可避免模型组装时兼容性的问题，提高三维设计进度和质量，从而提高工作效率。在ProjectWise协调平台建立项目文件夹和模型文件，统一配置企业级和项目级的标准化文件，设计人员的所有操作均在ProjectWise协调平台上，保证模型的适时更新。通过制定三维协同设计标准，对具有的建模工作进行企业级标准化操作控制。

 

　　2.4 ProjectWise协同平台

 

　　面对异地信息管理的挑战，通过网络技术采用集成服务器、缓存服务器与ProjectWise平台相结合的方式，将ProjectWise平台内所有数据快速有效在公司总部、设计部门、项目施工现场等管理者之间共享，保证了数据的实时性和传输速度。对于无法满足上述两种硬件要求的施工现场，项目采用ProjectWise平台的浏览器客户端，为施工人员提供了查看和下载项目文档的功能。远端施工人员可通过网页查看文件，实现了公司本部、设计部门、施工现场即时提取、采集、上传、发布相关工程信息的功能。

 

　　图5 PW协同平台网络分布

 

　　ProjectWise协同平台具备“一个统一，五个实现”的特点，即构建ProjectWise协同平台，实现了工作环境(Workspace)统一托管；“五个实现”：

 

　　1）实现了工程设计、校核、审批、交付、服务等全寿命周期内使用者权限动态划分。

 

　　2）实现文件夹创建、文件参考、检入及检出，保证文件受控、唯一性；

 

　　3）实现各级专业独立设计，多层次、多专业相互参考无缝对接的协同设计；

 

　　4）实现模型、工程图纸、报表及文本、视图、材质等多专业软件、多层次设计成果交付分类归档，查阅目录树管理；

 

　　5）实现业主、设计、监理、设备制作、施工等不同工程参与方一体化工作。

 

　　图6 项目模型总装渲染效果图

 

 

　　3.1 图纸自审、会审

 

　　利用模型碰撞检测实现专业内及专业间的图纸自审、会审，施工前技术人员借助BIM模型对设备、管线空间位置进行校验，从而排除施工中的漏、碰、缺等传统施工顽疾的发生，大大减少了施工环节的返工率，赢得了时间节约了成本。

 

　　三维建模实现计算机检查，不仅可以解决“硬碰撞”检查，还能进行大量的“软碰撞”，如安装空间、检修控件、人员通道、管道间距和设备间距等检查，按规范和经验进行人工检查。在传统设计中，这类“软碰撞”不便于发现，在三维环境下，通过三维模型的直观可视优势，设计人员可以方便地检查方案是否合理、是否最优，进行优化设计。通过校审发现：错误-235处，洽商-67份。

 

　　图7 主厂房除尘管道与结构发生碰撞

 

　　3.2 工程量统计

 

　　通过BIM设计完成的3D模型，直接得到建筑、结构、设备、电气等各专业材料的精确统计，材料统计报表自动化，为物资采购、工程预算、成本控制提供高效、便捷的服务依据。

 

　　表2

 

　　表3 电缆桥架及其弯通等电气设备材料统计报表


 

 

　　3.4 出施工图

 

　　通过模型切图，直接切图得到平面图、立面图、剖面图和大样详图。

 

　　图8 主厂房模型动态切图

 

　　通过BIM信息化模型，提取各专业施工图纸及节点详图，根据需要在任意位置进行立体的视图剖切，克服了传统二维图纸中难以发现的设计缺陷和空间盲点。完成建筑、结构、设备、电气等不同专业，不同格式的图纸需求，包括平面、立面、轴测图、阶梯剖，实现施工图纸无纸化。

 

　　图9 OpenPlant出的ISO图

 

　　图10 电气室设备布置图

 

　　3.5 工程应用

 

　　3.5.1 可视化技术交底

 

　　对复杂的混凝土柱、梁板支模、浇筑进行三维技术交底；对二次结构中的砌体组砌、拉结筋留置、构造柱施工工艺进行三维技术交底。图11为在现场向施工人员进行的剪力墙结构模板三维技术交底，形象直观，提高交底质量。

 

　　图11 剪力墙结构模板三维技术交底

 

　　3.5.2模拟施工

 

　　大型设备的运输和吊装，通过在三维模型中采用动态的碰撞检测，可以优化设备安装方案，发现设备布置的不合理的地方。也可以通过让运营管理单位对三维模型进行审查，提早发现使用上不合理的布置。

 

　　本工程烧结机头轮重54.9吨，尾轮重34.9吨，属超重超大型设备，施工前进行了吊装施工模拟，为构件运输、施工机具选型决策提供依据。如图所示为烧结机头轮吊装模拟。

 

　　图12 主厂房头轮吊装模拟

 

　　本工程主抽风机室混凝土烟囱高120m，施工采用滑模施工工艺。主要方法：烟囱内部设提升井架，提升系统包括32台液压千斤顶及液压同步控制系统一套、辐射环梁一套。滑模控制在400mm一段，逐段滑模提升。

 

　　图13 滑膜施工模拟

 

　　3.5.3 施工进度模拟

 

　　通过BIM信息化模型，实现工程进度的4D控制，全方位、全过程展示工程进度。

 

　　3.5.4 手持设备应用现场指导施工

 

　　BIM信息模型实现在iPad手持设备上的浏览、审核、红线批注，实现技术人员在施工现场进行模型与建筑实体的比对，指导和检测施工作业质量。实现图纸电子化分发，实现无纸化绿色施工，节约了资源。

 

　　图13 施工现场移动设备应用指导施工

 

 

　　·提升项目协同、提高工程效率

 

　　ProjectWise平台可快速、灵活设定组织架构，所有流程具有可继承性及可追溯性，互提资料和资料发布流程灵活受控，施工图设计及其校审流程及时迅速，多种文件与信息可在各管理部门之间实时共享，具有移动信息应用技术。

 

　　·减少设计错误、提升质量管理

 

　　减少了施工错误，提高前方作业人员队图纸技术的理解能力，模型+虚拟施工的三维可视化技术交底降低了工程质量风险，施工进度模拟，合理有效利用各种资源，降低施工组织管理风险，利用三维模型进行的工程量统计，合理控制了材料的采购价格与供用时间，降低了采购管理的风险。

 

　　·降低项目成本、减少运营成本

 

　　三维设计比传统二维设计较大减少了设计成本、管理成本，三维模拟施工减少了机械台班数，大大节约了机械费，由三维模型提取的材料统计，合理控制了材料的供需时间及采购价格，一定程度上节省了工程材料费用。

 

　　· 降低资源消耗，减少环境污染

 

　　通过无纸化节约超过100万张纸，约重4t；减少树木砍伐量5526.88kg，节约煤2036kg，节约水141.2t；减少CO2排放量14112.4kg，SO2排放量83472kg，固体废弃物909.12kg。

 

表4 生产每吨纸消耗的资源及产生的浪费

 

 

　　利用BIM信息化管理实现了由二维设计向三维设计的跨跃；架起设计、设备制造、施工、监理之间信息“孤岛”的桥梁；实现施工前完成工程三维碰撞校验和施工吊装模拟动态检测，最大程度减少了设计损失；实现了材料、设备工程量由施工人员伏案统计，向三维模型自动提取的转变，实现了关键施工节点的三维技术交底，借助数字总图地模实现施工临时设施立体化布置。BIM技术为提升现代施工企业管理水平提供了强大动力，是施工管理技术手段的一次革命。

 

　　参考文献：

 

　　[ 1 ] 钟登华,宋洋. 大型水利工程三维可视化仿真方法研究[J].计算机辅助设计与图形学报，2004,16(1):121-127.

 

　　[ 2 ] 李波. 基于ProjectWise的变电站三维协同设计[J]. 中国建设信息,2013(16):36-39.

 

　　[ 3 ] 董宇, 白歌乐,曹晓宇. 三维电缆敷设软件的开发与应用[J]. 内蒙古电力技术,2008(2):39-42.

 

　　[ 4 ] 赵顺耐. 三维协同设计工作环境定义初探[J].中南水利发电，2013:29-36.

 

　　[ 5 ] 唐稳,田斌. 水电工程施工的三维可视化仿真技术研究[J]. 湖北水力发电,2008（4）:23-25.

 

　　[ 6 ] 张正峰. 复杂建筑群施工过程三维可视化仿真与优化研究[D].天津：天津大学,2006.

 

　　[ 7 ] 魏莹. 水利工程三维可视化仿真系统真实感实现[D]. 天津：天津大学,2012.

 

　　作者简介：解莎莎，助理工程师