甘懷營(yíng)，淡永富

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410019)

0 引言

建筑信息模型（Building Information model，BIM）在建筑行業(yè)的應(yīng)用充分證明其技術(shù)先進(jìn)和方法優(yōu)越。在礦山工程項(xiàng)目中，基于BIM技術(shù)將工程信息數(shù)據(jù)三維可視化，可以將工程各參與方緊密地聯(lián)系在一起，形成高效的組織結(jié)構(gòu)模型，優(yōu)化作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)工程信息模型數(shù)據(jù)共享[1]。

對(duì)于 BIM 技術(shù)在礦山工程的應(yīng)用，于潤(rùn)滄[2]等提出了礦山信息模型（Mine Information model，MIM）的概念，充分闡述MIM在礦山設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等各階段的重要價(jià)值，同時(shí)基于礦山工程項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，MIM的建設(shè)是一項(xiàng)既復(fù)雜又艱巨的系統(tǒng)工程，需要整體統(tǒng)一規(guī)劃及分步實(shí)施。MIM理念的提出對(duì)于 BIM 技術(shù)在礦山行業(yè)的推廣應(yīng)用指明了發(fā)展方向，然而地采礦山工程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同還存在一些問(wèn)題。

1 BIM技術(shù)在地下礦山三維協(xié)同設(shè)計(jì)中存在的主要問(wèn)題

基于 BIM 技術(shù)的廠房及建筑三維協(xié)同設(shè)計(jì)取得了矚目的成就，然而，由于地下礦山工程項(xiàng)目復(fù)雜特殊，地采礦山工程BIM技術(shù)推廣應(yīng)用進(jìn)展較為緩慢，主要原因有以下兩點(diǎn)。

（1）缺乏專業(yè)級(jí)平臺(tái)軟件。地采礦山工程項(xiàng)目 BIM 建模工作選擇的平臺(tái)軟件目前還缺乏成型規(guī)范的族與構(gòu)建庫(kù)可用。對(duì)于地采礦山工程來(lái)說(shuō)都必須利用軟件中的自開(kāi)發(fā)工具，建立模型所需的基本構(gòu)件族庫(kù)。針對(duì)不同專業(yè)適用的BIM軟件有所不同，文件格式及所帶屬性也有所不同，這為信息模型的整合及數(shù)據(jù)傳遞帶來(lái)難度，也為各專業(yè)間的協(xié)同帶來(lái)困難。

（2）地采礦山項(xiàng)目涉及領(lǐng)域多專業(yè)組成。地采礦山項(xiàng)目需要搭建多專業(yè)、多領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用體系。建模工作內(nèi)容涵蓋民用建筑、工業(yè)建筑、礦井建設(shè)、地質(zhì)勘察等領(lǐng)域，涉及采礦、井建、礦機(jī)、建筑、地質(zhì)、給排水、暖通、供電等專業(yè)。

因此，要實(shí)現(xiàn)地下礦山三維協(xié)同設(shè)計(jì)，需要選擇成熟的BIM平臺(tái)進(jìn)行專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)巷道參數(shù)化三維建模，然后利用該BIM平臺(tái)進(jìn)行各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

2 基于BIM技術(shù)巷道參數(shù)化建模二次開(kāi)發(fā)

2.1 平臺(tái)選擇

主流BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)有Bentley、Revit及達(dá)索等平臺(tái)。各種軟件各有優(yōu)點(diǎn)，而 Bentley平臺(tái)其建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系列產(chǎn)品在石油、化工、電力、醫(yī)藥等工廠設(shè)計(jì)和道路、橋梁、市政、水利等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)勢(shì)，在解決非標(biāo)工業(yè)性場(chǎng)合、地理信息系統(tǒng)、處理點(diǎn)云的能力上，一馬當(dāng)先獨(dú)樹(shù)一幟[3-5]。因此本文采用Bentley平臺(tái)作為二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用平臺(tái)。

2.2 二次開(kāi)發(fā)目標(biāo)

二次開(kāi)發(fā)目標(biāo)旨在開(kāi)發(fā)實(shí)用、創(chuàng)新的巷道參數(shù)化建模系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)巷道斷面參數(shù)和巷道中心線，在Bentley平臺(tái)構(gòu)建巷道帶屬性的三維模型，可對(duì)相關(guān)工程量和材料消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表，然后利用Bentely平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)地采礦山的專業(yè)特點(diǎn)，基于 MicroStation基礎(chǔ)平臺(tái)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，能夠與 MicroStation三維設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫連接，模型數(shù)據(jù)直接從三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中提取，同時(shí)將系統(tǒng)中的巷道參數(shù)化建模成果寫入到三維設(shè)計(jì)文件中。并通過(guò)調(diào)用 MicroStation專業(yè)軟件的API接口、定制開(kāi)發(fā)Bentley巷道參數(shù)化建模系統(tǒng)，解決礦山專業(yè)巷道的三維建模、工程量以及材料消耗量統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。最后利用 Bentely平臺(tái)的Project Wise實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.4 技術(shù)方案

2.4.1 插件技術(shù)

計(jì)算機(jī)軟件中的插件技術(shù)，指在不修改程序主體的情況下，利用公開(kāi)的插件接口對(duì)軟件功能進(jìn)行擴(kuò)展與加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)“即插即用”軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，基于插件的應(yīng)用系統(tǒng)具有較好的可定制性、可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。平臺(tái)插件軟件結(jié)構(gòu)一般有2個(gè)部分，一部分為程序的主體或主框架，另一部分為功能擴(kuò)展或補(bǔ)充模塊（即插件），見(jiàn)圖2。

圖1 二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 插件技術(shù)

2.4.2 MDL編程技術(shù)

基于Bentley公司MicroStation基礎(chǔ)平臺(tái)，采用當(dāng)前最主流和成熟的MDL NativeCode（C++）編程技術(shù)。MDL（MicroStation Development Language）是MicroStation的“應(yīng)用引擎(Application Engine)”，可以直接在MicroStation中運(yùn)行并且表現(xiàn)為Micro-Station本身的一部分，程序本質(zhì)是Windows動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（DLL程序），可直接調(diào)用及訪問(wèn)MicroStation的核心函數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼，以便擴(kuò)展MicroStation固有的類及功能。

3 TIM系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 TIM系統(tǒng)功能概述

開(kāi)發(fā)完成的巷道信息模型系統(tǒng)（Tunnel Information Model，TIM）通過(guò)安裝，直接以菜單及工具欄方式加載到Microstation，使用鼠標(biāo)操作實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。TIM系統(tǒng)目前可以實(shí)現(xiàn)2大主要功能，分別為巷道建模、軸線坐標(biāo)表及工程量表等報(bào)表導(dǎo)出，如圖3。

圖3 TIM系統(tǒng)功能界面

3.2 巷道建模

點(diǎn)擊“巷道建模”命令，選擇需要建模的中心線，左鍵點(diǎn)擊確認(rèn)后彈出圖4界面，依次輸入巷道名稱、巷道參數(shù)、斷面輪廓、支護(hù)、管道、線纜及水溝等參數(shù)后，點(diǎn)擊繪制實(shí)現(xiàn)巷道三維參數(shù)化建模，建立的模型具有材料類型、工程量、尺寸、體積及工況等屬性參數(shù)，巷道參數(shù)化建模效果見(jiàn)圖5。

圖4 巷道建模界面

圖5 巷道參數(shù)化建模效果

TIM系統(tǒng)巷道參數(shù)機(jī)軌類型有單軌、雙軌及無(wú)軌，軌道羅列了礦山常用的型號(hào)，軌道型號(hào)參數(shù)可進(jìn)行維護(hù)。斷面輪廓參數(shù)斷面形狀包含常用的三心拱、圓弧拱、矩形及梯形斷面，巷道寬及墻高由巷道設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置，高跨比可選1/3，1/4及1/5等。

設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)需要根據(jù)巷道所穿過(guò)不同的工程地質(zhì)巖層，而選擇對(duì)應(yīng)的支護(hù)方式，TIM系統(tǒng)可增加不同段的支護(hù)方式，其起終點(diǎn)可以輸入或通過(guò)鼠標(biāo)圖形確定，支護(hù)方式可通過(guò)下拉方式進(jìn)行選取設(shè)置好的支護(hù)參數(shù)。支護(hù)參數(shù)通過(guò)設(shè)置，主要需要確定支護(hù)形式、支護(hù)厚度、錨桿等參數(shù)，其中錨桿數(shù)量根據(jù)設(shè)置參數(shù)自動(dòng)計(jì)算，其余凈斷面、掘進(jìn)斷面、砼及噴砼等數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算，支護(hù)的參數(shù)可通過(guò)導(dǎo)入導(dǎo)出進(jìn)行維護(hù)。

3.3 報(bào)表導(dǎo)出

報(bào)表導(dǎo)出主要根據(jù)地采礦山設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求，導(dǎo)出巷道工程量表及選定軸線坐標(biāo)表。

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì) BIM 技術(shù)在地下礦山三維協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析，BIM技術(shù)在廠房及建筑三維協(xié)同設(shè)計(jì)取得了矚目的成就，由于涉及領(lǐng)域多專業(yè)組成以及缺乏專業(yè)級(jí)平臺(tái)軟件而使得地采礦山工程 BIM 技術(shù)推廣應(yīng)用進(jìn)展緩慢。本文通過(guò)在 Bentely平臺(tái)完成巷道信息模型系統(tǒng)（TIM）的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)井下巷道參數(shù)化三維建模，利用Bentely平臺(tái)Project Wise進(jìn)行各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

（1）基于Bentely平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)地采礦山工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)便捷的方式，是全面推進(jìn)BIM技術(shù)在地采礦山工程應(yīng)用的重要途徑，對(duì)于企業(yè)提高技術(shù)水平、降低成本、形成專有技術(shù)是行之有效的手段。

（2）本文開(kāi)發(fā)的TIM系統(tǒng)形成完整的礦山工程BIM技術(shù)專業(yè)設(shè)計(jì)插件，滿足地采礦山工程三維設(shè)計(jì)要求，可實(shí)現(xiàn)具有專業(yè)特性的三維井巷的快速建模，實(shí)現(xiàn) Bentely平臺(tái)地采礦山工程專業(yè)程序新的突破。