陳治剛，王團峰（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 ）

0 引言

隨著“中國制造2025”和“智能制造”上升為國家戰(zhàn)略，信息化進程的加快及數(shù)字化技術普及，以數(shù)字化設計為核心的協(xié)同設計模式已成為可能。水泥生產(chǎn)作為傳統(tǒng)工業(yè)，其信息化與數(shù)字化程度落后于其他新興產(chǎn)業(yè)，面對全球性的環(huán)保、能耗、管理等標準不斷提高，水泥行業(yè)迫切需要實現(xiàn)從設計、施工到生產(chǎn)運維上的技術變革。

目前水泥廠設計大多還依賴于成品化的CAD設計軟件，數(shù)據(jù)不能有效傳遞與結構化存儲，設計過程比較繁瑣，材料統(tǒng)計容易疏漏，影響設計質量的同時也無法滿足未來水泥工業(yè)數(shù)字化、智能化運維對數(shù)據(jù)的要求。因此開展數(shù)字化設計的研究，已成為行業(yè)設計發(fā)展的必然選擇。

1 數(shù)字化設計平臺

數(shù)字化設計是指在工程設計階段對工程數(shù)據(jù)源進行標準化、結構化的科學管控，使用BIM三維數(shù)字建模技術對建設項目數(shù)據(jù)與模型有機結合，實現(xiàn)建設項目的平臺化、數(shù)字化交付的方法和技術。通過數(shù)據(jù)的集成和共享，可促進設計人員提高工作效率，同時還能降低人為錯誤的發(fā)生率，從而提高工作質量[1]，數(shù)字化設計的3D模型將為水泥工廠的施工、運維管理等奠定數(shù)據(jù)基礎。

數(shù)字化設計平臺作為開展數(shù)字化設計的基礎，通過對數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和設計工具平臺的集成開發(fā)，實現(xiàn)在設計過程中對工程數(shù)據(jù)的準確高效收集，從而實現(xiàn)對整個設計過程的數(shù)字化建設。

1.1 設計數(shù)據(jù)標準化管理

數(shù)字化設計的核心是數(shù)據(jù)驅動設計，因此數(shù)據(jù)的準確度、完整度與傳遞效率決定了數(shù)字化設計的質量。在水泥工廠設計中，數(shù)據(jù)涵蓋工藝、結構、建筑、水道、暖動、電氣、新能源等各個專業(yè)。通過對各專業(yè)工程設計中涉及的設備數(shù)據(jù)、族庫模型、二維圖形、設計標準等數(shù)據(jù)的收集，對上述數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化處理，建立符合設計管理要求的設計數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)錄入、調用、維護等過程的統(tǒng)一管理，從而為數(shù)字化設計奠定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎。

1.2 數(shù)字化設計管理

設計過程的管理，是數(shù)字化設計高效與否的關鍵。通過對設計過程進行梳理分析，建立一體化協(xié)同設計管理平臺，規(guī)范設計流程和設計標準。通過建立工程設備編碼體系，貫通數(shù)據(jù)全過程，實現(xiàn)精細化管理工程完整數(shù)據(jù)（工程信息、設備信息、廠家資料等）的目的。通過優(yōu)化專業(yè)間配合流程和方式，使各專業(yè)間的協(xié)調配合均在協(xié)同平臺下按標準流程完成。通過計劃管理與圖檔管理平臺集成，實現(xiàn)設計過程與成果存儲聯(lián)動，滿足設計實時關聯(lián)與更新。在集中化的工程數(shù)據(jù)與圖檔平臺管理模式下，實現(xiàn)工程設計成果的快速移交與發(fā)布，滿足工程施工階段應用需求。

1.3 專業(yè)設計工具集成

在數(shù)字化設計平臺內，通過統(tǒng)一的設計數(shù)據(jù)管理及設計管理平臺的支撐，建立覆蓋全專業(yè)的設計工具平臺。滿足水泥工程工藝、電氣、水道、暖動、結構、建筑、總圖等各專業(yè)開展數(shù)字化設計的需求。實現(xiàn)各個專業(yè)的流程圖設計、系統(tǒng)圖設計、模型設計等設計內容的整合，實現(xiàn)各專業(yè)多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞、協(xié)同、交互等。從而提高設計各方的良好互動，提高設計工作效率與設計技術水平。

1.4 輕量化協(xié)同管理

輕量化技術是3D數(shù)字化模型應用的重要技術手段。在數(shù)字化設計計平臺內，建立面向設計的輕量化校審及信息展示平臺，實現(xiàn)對工程設計模型三維瀏覽校審、設備模型屬性查詢、校審意見回傳等功能，提高校審人員校審體驗和效率；同時也可滿足作為業(yè)主對于水泥工程建設的階段性成果瀏覽需求，輔助業(yè)主對工程進度監(jiān)測，提高協(xié)調決策效率。

2 應用簡介

數(shù)字化設計平臺的應用，使系統(tǒng)圖中的符號與三維模型指向同一數(shù)據(jù)源，建立嚴格關聯(lián)關系，保證了系統(tǒng)圖與三維布置邏輯對應，不僅為工程提供了外在的可視化模型，還為信息在項目各環(huán)節(jié)的傳輸打下了基礎。以下以某日產(chǎn)4000t熟料水泥生產(chǎn)線為例，對設計流程做簡要說明。

2.1 項目創(chuàng)建

項目創(chuàng)建由項目負責人在平臺中完成，包括項目名稱、子項代號及名稱、參與人員及其權限、設計進度計劃等，設計人員登錄平臺便可到對應圖檔下進行相關設計操作。

2.2 工程信息配置

平臺包含公共數(shù)據(jù)庫與工程數(shù)據(jù)庫。工程參數(shù)配置見圖1。公共庫中為標準設計數(shù)據(jù)，各專業(yè)負責人根據(jù)本項目實際情況，從公共庫中將設備選型到工程庫，作為工程設計庫，設計人員的設計將在此庫范圍內進行。同時對流程圖中標注樣式及管線樣式等設計樣式進行配置，以滿足本項目的設計需求。

圖1 工程參數(shù)配置

2.3 流程圖設計

需要繪制流程圖（原理圖）的專業(yè)，設計人員通過登錄設計平臺打開CAD，CAD端會自動生成對應圖檔目錄及權限配置，設計人員在分配權限的圖檔目錄下開展流程圖設計。

在流程圖設計過程中，設計人員可通過設備布置，從圖例庫中調用設備圖例。定義設備所屬車間并定義設備之間的關系，如并列關系或主從關系，通過賦值標注工具可提取圖面所有的設備信息，對設備進行賦值標注。

為提高設效率，規(guī)范設計標準，平臺數(shù)據(jù)庫中包含生產(chǎn)系統(tǒng)組合方案，如收塵系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)等，以及標準流程圖，設計人員可直接從方案庫中調用對應車間參考方案。以本項目煤粉制備及輸送車間為例，可從方案庫中調用一套流程圖，根據(jù)本項目實際情況進行修改。

設計數(shù)據(jù)的準確與否關系著數(shù)字化設計質量。通過提取，將整個圖面中存在的設備顯示出來，自動編碼功能保證了設備編號的唯一性，該編碼將作為設備的唯一標識貫穿全生命周期。通過賦值，將設計參數(shù)賦值給對應圖例，見圖2。通過發(fā)布，將所有的信息存儲于數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)應用提供數(shù)據(jù)支撐。

圖2 設備賦值

2.4 設備材料表導出

設備材料表是設計的重要部分，通過材料統(tǒng)計，可一鍵生成設備材料表，并可根據(jù)工程需要切換中英文版，見圖3。篩選功能可實現(xiàn)將項目或子項中某一類設備篩選導出，對設備功率屬性等進行篩選導出。

圖3 設備材料表配置

2.5 模型關聯(lián)

在完成流程圖設計后，通過發(fā)布將圖紙信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，設計人員通過設計平臺打開Revit模型。建模使用的設備族可從平臺數(shù)據(jù)庫中調用，也可從族庫中調用?？紤]到工藝專業(yè)設備外形因型號或生產(chǎn)廠家不同差別較大，本項目采用從族庫調用設備模型的方式開展三維設計。

在Revit端通過系統(tǒng)賦值工具，可調用從CAD端發(fā)布的流程圖，選中對應圖例，賦值給三維設備模型，便實現(xiàn)了流程圖與三維模型的關聯(lián)。若流程圖中設備參數(shù)需要修改，修改完成后再次發(fā)布，三維模型中的信息會對應自動更新，無需再次關聯(lián)。打開設計屬性工具欄，點擊設備模型，可直接查看設備屬性，見圖4。

圖4 設計屬性查看

2.6 協(xié)同設計

本項目通過鏈接文件的模式展開協(xié)同設計。通過平臺鏈接管理，可將車間對應的其他專業(yè)的模型鏈接到本專業(yè)文件當中。通過鏈接協(xié)同，能夠實時反映相關專業(yè)的設計進度，查看各專業(yè)間是否存在碰撞等問題，以便及時優(yōu)化設計方案。各車間模型更新后，平臺會自動提示，方便設計人員及時更新。

2.7 輕量化校審

在完成設計后，設計人員可將模型提交至輕量化校審平臺。校審人員可在輕量化校審平臺進行校對審核，校審信息也可回傳至REVIT端供設計人員查看并以此為依據(jù)對模型、參數(shù)等進行修改。

3 數(shù)字化設計應用前景

3.1 數(shù)字化交付

數(shù)字化交付區(qū)別于傳統(tǒng)工程設計（以紙介質為主體）的交付方式，是通過數(shù)字化集成平臺，將相關設計成品以標準數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主的成品交付方式，也稱為數(shù)字化移交[2]，即在向業(yè)主交付實物工廠的同時，交付以集成數(shù)據(jù)為基礎的虛擬工廠。

水泥行業(yè)傳統(tǒng)的紙質交付與電子文檔交付，大量的圖紙除了資源浪費外，對資料的保存與管理也較為繁瑣。在工廠建設階段，由于二維圖紙表達的局限性，為安裝施工人員明確設計的意圖帶來一些困難。而數(shù)字化交付通過集成設計數(shù)據(jù)的3D數(shù)字化模型，實現(xiàn)“所見即所得”，通過模型拆分、安裝指導、設計數(shù)據(jù)的快速查閱等功能，將為水泥工廠的施工和管理提供新的思路。數(shù)字化工廠管理模式的運用，不僅能將階段性的決策、建設、改造階段的工廠信息串聯(lián)起來，而且在工廠建設階段，能起到縮短建設周期，節(jié)約建設投資的重要作用[3]。

3.2 水泥工廠智能運維

數(shù)字化設計使得設計信息可以貫穿項目的全生命周期。依托于3D數(shù)字模型的數(shù)據(jù)集成特性，將為傳統(tǒng)工廠智能運維提供數(shù)據(jù)基礎的同時促進數(shù)字化、可視化智能工廠運維的實現(xiàn)，更好的為工廠平穩(wěn)運行保駕護航。

4 結語

在水泥行業(yè)由于BIM技術的價值未被完全挖掘以及水泥工廠設計標準化程度低、工期緊等特點，數(shù)字化設計的推廣應用還屬于起步階段。但數(shù)字化設計的推廣符合水泥行業(yè)的內在需求與長遠利益，隨著水泥行業(yè)智能工廠的建設，水泥工廠數(shù)字化設計也必將成為未來的發(fā)展趨勢。