劉玉平，惠文博，雍士瑋

（上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040）

1 引言

隨著人們生活水平的提高，“垃圾圍城”的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。因此，國家對(duì)“減量化、無害化、資源化”的垃圾發(fā)電廠和通過處理垃圾進(jìn)行發(fā)電的方式越來越重視[1]。但是，垃圾發(fā)電廠房的設(shè)計(jì)，需要涉及多個(gè)專業(yè)，且廠區(qū)管線眾多、排列復(fù)雜，設(shè)備布置要求相對(duì)集中，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，存在著圖形表達(dá)和專業(yè)協(xié)同等諸多缺陷，一定程度上影響了整體工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM 技術(shù)強(qiáng)調(diào)工程建設(shè)項(xiàng)目的全面信息化，強(qiáng)調(diào)信息模型和管理流程在工程建設(shè)全生命周期中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，其在工程設(shè)計(jì)方面，三維建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字化交付、節(jié)能分析和碰撞檢測(cè)等方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。作為一種新型的設(shè)計(jì)手段，BIM 技術(shù)正在引領(lǐng)工程設(shè)計(jì)模式的變革[2]。

本文基于上海電氣環(huán)保集團(tuán)上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱機(jī)電院）承接的南通如皋2 250 t/d 垃圾焚燒電廠技擴(kuò)改項(xiàng)目，介紹和分享了運(yùn)用Bentley 軟件在自動(dòng)出圖中的應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)。

圖1 上海電氣某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目效果圖

2 項(xiàng)目介紹

上海電氣南通環(huán)保熱電公司垃圾處理量為2 250 t/d。工程范圍包括：主廠房、綜合水泵房、辦公宿舍樓、110 KV配電所、冷卻循環(huán)水泵房、取水泵房、滲濾液處理車間、煙囪、水處理車間和污水處理站等建筑，以及廠區(qū)范圍內(nèi)的道路、電纜溝和綜合管網(wǎng)。通過運(yùn)用BIM 技術(shù)，開展了覆蓋全專業(yè)的三維建模、碰撞檢查、設(shè)計(jì)復(fù)核、模型渲染和工程漫游等工作，形成南通垃圾焚燒電廠三維模型、施工圖樣、設(shè)備及材料清冊(cè)等三維交付所需要的技術(shù)資料。圖1 是該項(xiàng)目全場(chǎng)模型展示。以下著重分享Bentley 軟件公司的Open Plant Modeler 軟件在BIM 模型出圖過程中的應(yīng)用。典型建筑物三維模型如圖2～10 所示。

圖2 主廠房建筑結(jié)構(gòu)

圖3 主廠房辦公樓建筑模型

圖4 滲瀝液車間建筑模型

圖5 水處理車間設(shè)備模型

圖6 水處理車間總裝模型

圖7 廠房管道局部

圖8 主廠房管道模型總裝

圖9 主廠房?jī)?nèi)部設(shè)備管道模型

圖10 垃圾廠站全景圖

在項(xiàng)目實(shí)施初期，三維模型設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)專業(yè)，依次分為建筑、暖通、電氣、水工和熱機(jī)等小組，各專業(yè)小組根據(jù)圖樣分別獨(dú)立進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)工作。主廠房軸網(wǎng)的搭建是項(xiàng)目建模的第一步，主廠房的軸網(wǎng)是各專業(yè)建模定位標(biāo)高的基準(zhǔn)，為后續(xù)模型的總裝提供便利。

熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括主蒸汽管道（圖11）、主給水管道、鍋爐上水、疏水和排氣等管道，以熱機(jī)專業(yè)模型為例，使用Open Plant Modeler 軟件進(jìn)行熱機(jī)管道的搭建，可以實(shí)時(shí)查看管道屬性，包括管徑、壁厚、保溫層厚度和材質(zhì)等信息，這一系列管道信息的錄入也為廠區(qū)后期數(shù)字化運(yùn)維提供了便利。

圖11 主蒸汽管道的相關(guān)屬性

由于前期建模工作的定位、標(biāo)高準(zhǔn)確，既方便了管道、設(shè)備整合工作（圖12），也為后續(xù)的碰撞檢測(cè)工作打好了基礎(chǔ)，提高了小組成員的工作效率。

圖12 主廠房設(shè)備、管道相關(guān)模型的初步整合

3 自動(dòng)出圖

完成電廠三維模型之后，利用Micro Station 的動(dòng)態(tài)視圖功能，可方便地實(shí)現(xiàn)二維圖樣自動(dòng)出圖，并在三維模型修改后，實(shí)現(xiàn)二維模型動(dòng)態(tài)更新。理想的二維圖樣需要從三維建模階段開始提高制圖要求。

3.1 建模精細(xì)化程度

建模是三維設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要的工作，其中三維建模精細(xì)化程度的選取是至關(guān)重要的一個(gè)方面。模型過于精細(xì)，則后續(xù)模型組織、出圖將消耗更多的時(shí)間成本。模型過于簡(jiǎn)單，則無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無法體現(xiàn)設(shè)計(jì)者意圖。針對(duì)目前軟件硬件環(huán)境及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主廠房專業(yè)建模的基本要求如下：板、梁、柱、墻、大體積混凝土、樓梯和門等各系統(tǒng)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求詳細(xì)建模，而對(duì)于孔洞、窗和欄桿等則可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?。比如大孔洞（樓梯孔等）必須在模型中體現(xiàn)，而管路開孔、橋架開孔則不必體現(xiàn)，或可以視不同階段出圖要求酌情體現(xiàn)。又比如，樓梯應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求建模，而欄桿則可根據(jù)設(shè)計(jì)深度要求進(jìn)行簡(jiǎn)化，或者不做處理，以達(dá)到既減小模型的體積，又能反映設(shè)計(jì)意圖的目的。再比如，設(shè)備應(yīng)根據(jù)圖樣尺寸建模，但是設(shè)備中的螺栓、螺母可以不作處理。建模過程中，如果將全場(chǎng)模型螺母都加入建模文件中，電腦運(yùn)行負(fù)荷過大，將不利于工作。簡(jiǎn)化前后的模型如圖13 所示。

圖13 簡(jiǎn)化與實(shí)際模型對(duì)比

隨著軟件、硬件技術(shù)水平的發(fā)展，可以在設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)提高建模精度，但這并不意味著只要有處理效率高的軟件或硬件配置高，就應(yīng)該盡可能提高建模精度，因?yàn)榻＞仍礁?，消耗的各種成本就越高，在能滿足設(shè)計(jì)和工程需要的建模精度下，應(yīng)該盡可能地簡(jiǎn)化模型，以提高工作效率。

3.2 精選出圖模型

精選出圖模型，剔除不必要的元素，是提高效率的前提?？紤]到模型的復(fù)雜性和時(shí)間成本，通常在出圖過程中無法對(duì)完整模型進(jìn)行出圖，也沒有必要對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行出圖。因此，出圖模型選取是決定出圖質(zhì)量高低，甚至能否成功出圖的重要步驟。在主廠房各專業(yè)管道布置圖中，大部分是各層平面圖，因此篩選模型的時(shí)候可以按照分層原則，只選取跟出圖模型有關(guān)的各層模型，可以極大地減小模型容量，保證出圖的完整性和質(zhì)量。

3.3 分層次建模

在主廠房建模的過程中，應(yīng)分層次建模，應(yīng)用參考關(guān)系組裝模型，分層次建模雖然會(huì)適當(dāng)增加模型的復(fù)雜性，但可以使各建模保持獨(dú)立性，條理層次清晰，不同人可以同時(shí)對(duì)各層進(jìn)行操作，提高工作效率；分層次建模是后期出圖模型篩選的前提條件，可以提高后期出圖效率。但層次不宜過多，參考關(guān)系不宜過于復(fù)雜，否則會(huì)增加模型的復(fù)雜程度，影響工作效率。在本文的項(xiàng)目案例中，各個(gè)專業(yè)都采用分層次建模的思路，每層模型包括每個(gè)專業(yè)所有的管線模型和設(shè)備模型，總裝模型則參考各專業(yè)模型層，組合合成。

模型精細(xì)化程度直接影響模型的復(fù)雜程度，建模精確程度則直接影響到出圖質(zhì)量。因此，要根據(jù)設(shè)計(jì)需要，考慮建模精細(xì)化程度，適當(dāng)?shù)慕＞燃瓤梢允谷S模型滿足設(shè)計(jì)需要，又能提高工作效率。由三維模型得到的二維圖樣如圖14～18 所示。

圖14 水處理車間平面圖

圖15 水處理車間前視圖

圖16 ISO 圖示例

圖17 主廠房設(shè)備布置圖

圖18 管道布置平面圖

3.3 工程量計(jì)量

三維信息模型承載著整個(gè)項(xiàng)目全部的數(shù)據(jù)，利用OPM對(duì)經(jīng)過碰撞檢查及輕量化處理后的模型進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)，可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行更準(zhǔn)確的工程量計(jì)量。準(zhǔn)確的工程量計(jì)量是工程成本計(jì)算的基礎(chǔ)，保證準(zhǔn)確的工程量計(jì)量，既可以控制實(shí)際材料的支出，也可以從源頭把握住設(shè)計(jì)成本。該項(xiàng)目構(gòu)件、管道的材料報(bào)表如圖19 所示[3]。

圖19 材料報(bào)表

4 結(jié)語

本文結(jié)合南通如皋垃圾電廠項(xiàng)目介紹了BIM 軟件在垃圾發(fā)電廠中的工程應(yīng)用，展示了項(xiàng)目部分建筑和設(shè)備的布置圖以及管道和構(gòu)件的材料報(bào)表，提出了在進(jìn)行三維模型出圖過程中經(jīng)常遇到的問題，并介紹了一些模型輕量化的工程經(jīng)驗(yàn)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用加快了項(xiàng)目的進(jìn)度，控制了項(xiàng)目的成本，提高了工程建設(shè)項(xiàng)目的整體實(shí)施效率。