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        露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)BIM正向設(shè)計(jì)

        2021-08-17 10:25:22武迪俊王忠鑫黃月軍
        煤炭工程 2021年8期
        關(guān)鍵詞:單項(xiàng)工程露天煤礦露天礦

        武迪俊,王忠鑫,2,肖 兵,黃月軍

        (1.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110015; 2.煤炭科學(xué)研究總院 沈陽(yáng)露天采礦技術(shù)研究分院,遼寧 沈陽(yáng) 110015; 3.神華北電勝利能源有限公司 勝利一號(hào)露天煤礦,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

        數(shù)字礦山是指以計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)為手段[1-3],把礦山的所有空間和有用屬性實(shí)現(xiàn)數(shù)字化儲(chǔ)存、傳輸、表述和深加工,應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)與管理和決策之中,以達(dá)到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學(xué)化的目的[4,5]。在數(shù)字化礦山變革的大趨勢(shì)下,BIM技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)必成為煤礦設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心[6-10]。BIM技術(shù)(Building Information Modeling)是一種集設(shè)計(jì)、施工、后期管理于一體的管理工具[11-13],BIM正向設(shè)計(jì)是相對(duì)于“翻模設(shè)計(jì)”而言的,翻模設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上建立三維模型,不僅設(shè)計(jì)效率低同時(shí)也無(wú)法發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)化性等優(yōu)勢(shì)。三維協(xié)同正向設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)相關(guān)所有專(zhuān)業(yè)利用協(xié)同平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì),可大幅提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量[14-17]。

        BIM技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用處于起步階段,本文利用Bentley軟件以伊敏露天礦煤炭生產(chǎn)補(bǔ)套完善項(xiàng)目為例,研究BIM技術(shù)在露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用與BIM正向設(shè)計(jì)流程的探討,實(shí)現(xiàn)所有專(zhuān)業(yè)的正向協(xié)同設(shè)計(jì)[18,19]。

        1 露天煤礦BIM正向設(shè)計(jì)流程

        BIM三維協(xié)同正向設(shè)計(jì)可應(yīng)用于設(shè)計(jì)的不同階段,如可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段,本文僅討論施工圖設(shè)計(jì)階段,其工作流程如圖1所示。

        圖1 項(xiàng)目工作流程

        首先,根據(jù)BIM正向設(shè)計(jì)流程完成設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)建協(xié)同工作區(qū)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制定項(xiàng)目計(jì)劃,并根據(jù)計(jì)劃制定各專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人同時(shí)分配各設(shè)計(jì)人的權(quán)限。工藝專(zhuān)業(yè)進(jìn)行方案布置,并給相關(guān)專(zhuān)業(yè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。各專(zhuān)業(yè)通過(guò)設(shè)計(jì)依據(jù)在協(xié)同平臺(tái)中共同完成本專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì),同時(shí)完成單體專(zhuān)業(yè)總裝工作并負(fù)責(zé)各專(zhuān)業(yè)間的碰撞檢查工作。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)各個(gè)單體專(zhuān)業(yè)總裝完成項(xiàng)目全廠的總裝工作。根據(jù)出圖標(biāo)準(zhǔn),以三維模型為基礎(chǔ)完成二維出圖工作,得到施工模型并計(jì)算出項(xiàng)目的工程量。

        2 露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

        2.1 工程簡(jiǎn)介

        伊敏露天礦位于大興安嶺西坡,伊敏河中下游地區(qū),行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗管轄。露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)煤卡車(chē)向3號(hào)半移動(dòng)式破碎站受料倉(cāng)卸料,一次破碎后原煤粒度為0~300mm,轉(zhuǎn)載至排料帶式輸送機(jī),將原煤輸送到三號(hào)二次破碎車(chē)間,三號(hào)二次破碎車(chē)間內(nèi)布置一臺(tái)雙齒輥破碎機(jī),破碎機(jī)能力為3000t/h,二次破碎后原煤粒度為0~50mm。破碎后的產(chǎn)品煤通過(guò)801帶式輸送機(jī)輸送至7號(hào)緩沖倉(cāng)倉(cāng)上,再通過(guò)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)將產(chǎn)品煤輸送至7號(hào)和8號(hào)圓筒倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存,再通過(guò)倉(cāng)下布置的16臺(tái)插板給料機(jī)將煤轉(zhuǎn)載進(jìn)入802帶式輸送機(jī),進(jìn)入裝車(chē)站內(nèi),通過(guò)鐵路裝車(chē)外運(yùn)。項(xiàng)目建成后露天礦達(dá)產(chǎn)27Mt/a。

        2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程

        2.2.1 合作區(qū)的創(chuàng)建

        工程分解結(jié)構(gòu)是根據(jù)露天礦工程項(xiàng)目的工藝流程或者空間布置分區(qū),按照一定的分類(lèi)和編號(hào)規(guī)則進(jìn)行組織、形成可分層級(jí)顯示各個(gè)單項(xiàng)工程及專(zhuān)業(yè)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)搭建的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)制定項(xiàng)目工作計(jì)劃,根據(jù)工程分解結(jié)構(gòu)制定各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人工作計(jì)劃。然后總圖專(zhuān)業(yè)和工藝專(zhuān)業(yè)協(xié)同制定地面生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)位置的坐標(biāo)、標(biāo)高。

        2.2.2 模型的建立

        露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括的設(shè)備主要為破碎站、帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載站。工藝專(zhuān)業(yè)根據(jù)總圖制定的位置標(biāo)高,完成工藝設(shè)備模型的建立同時(shí)給相關(guān)專(zhuān)業(yè)提供設(shè)計(jì)資料。水暖電土建等專(zhuān)業(yè)根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)資料完成各自專(zhuān)業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì),建立BIM模型如圖2所示。同時(shí)完成工藝設(shè)備的單體總裝。在完成的設(shè)備模型中,可以給設(shè)備添加自定義屬性,方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目工程量等工作。

        圖2 帶式輸送機(jī)三維模型

        2.2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

        水暖電土建專(zhuān)業(yè)根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)資料完成各自專(zhuān)業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì),同時(shí)需要完成碰撞檢查(圖3),碰撞檢查是各個(gè)專(zhuān)業(yè)間的硬碰撞檢查和軟碰撞檢查(安全間距)的統(tǒng)稱(chēng)[20,21],各個(gè)專(zhuān)業(yè)完成設(shè)計(jì)后由專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行匯總完成單項(xiàng)工程的分裝,同時(shí)對(duì)單項(xiàng)工程進(jìn)行碰撞檢查。碰撞檢查完成后,專(zhuān)業(yè)內(nèi)部發(fā)生碰撞的由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人進(jìn)行更改;專(zhuān)業(yè)間發(fā)生碰撞的由發(fā)生碰撞的相關(guān)專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人溝通協(xié)調(diào),確定修改原則直到完全通過(guò)碰撞檢查。

        圖3 暖通專(zhuān)業(yè)和消防專(zhuān)業(yè)的碰撞

        待各個(gè)單項(xiàng)工程全部完成后,將各個(gè)單項(xiàng)工程模型進(jìn)行全廠的模型總裝。全廠總裝后的三維模型可根據(jù)需求完成環(huán)境渲染和生成動(dòng)畫(huà),完成數(shù)字化交付,對(duì)全廠及各個(gè)單項(xiàng)工程以不同的角度制作動(dòng)畫(huà),更加直觀、更加形象、更加詳細(xì)的展示設(shè)計(jì)成果。最后各專(zhuān)業(yè)可以根據(jù)Bentley模型生成二維圖紙,滿足施工要求。

        3 露天煤礦BIM正向設(shè)計(jì)特征

        3.1 優(yōu)勢(shì)

        1)可視化。以往二維設(shè)計(jì)的圖紙,真正的構(gòu)造需要看圖紙的人自己去想象,而B(niǎo)IM正向設(shè)計(jì)中直接展示露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的三維模型,給人直觀的感受。不僅僅在項(xiàng)目展示方面,在設(shè)計(jì)過(guò)程中的方案設(shè)計(jì)討論也更加直接。

        2)協(xié)同設(shè)計(jì)。在地面生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要許多專(zhuān)業(yè)互相配合完成,在二維設(shè)計(jì)中,往往都是各自專(zhuān)業(yè)獨(dú)自完成本專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì),這就造成了由于溝通不暢造成專(zhuān)業(yè)間互相沖突的問(wèn)題,例如檢修間中暖通專(zhuān)業(yè)的管道和消防專(zhuān)業(yè)的消防箱發(fā)生碰撞,二維設(shè)計(jì)中通常要到施工中才會(huì)發(fā)現(xiàn)。BIM三維正向設(shè)計(jì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)共享設(shè)計(jì)平臺(tái),各個(gè)專(zhuān)業(yè)都在相同平臺(tái)下協(xié)同設(shè)計(jì),可解決多專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同問(wèn)題。同時(shí),在BIM正向設(shè)計(jì)中,單一專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)存在的安全距離和安全間隙等軟碰撞協(xié)調(diào)問(wèn)題也一并得到了解決。

        3)優(yōu)化性。設(shè)計(jì)是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程,BIM三維正向設(shè)計(jì)更是如此,BIM三維正向設(shè)計(jì)構(gòu)造一個(gè)真實(shí)的模型,是后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。BIM正向設(shè)計(jì)可以直觀的反應(yīng)露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)各單項(xiàng)中存在的問(wèn)題,將問(wèn)題暴露于設(shè)計(jì)過(guò)程中,避免在施工中出現(xiàn)問(wèn)題,提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率,減少設(shè)計(jì)變更,大大縮短項(xiàng)目建設(shè)期,有效降低露天煤礦企業(yè)成本。

        4)精細(xì)化。由于三維模型計(jì)算工程量的準(zhǔn)確性,提供更加準(zhǔn)確的工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù),露天煤礦企業(yè)可以更加準(zhǔn)確地計(jì)算出工程項(xiàng)目所需要的工程量,得到更加精細(xì)化的工程造價(jià),為項(xiàng)目后期管理提供數(shù)據(jù)支撐。露天煤礦企業(yè)可以制定更加精確的人員、材料、機(jī)械計(jì)劃,從而避免了人力資源、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)和物流運(yùn)輸?shù)睦速M(fèi),提升了露天煤礦總承包項(xiàng)目管理水平,進(jìn)而有效控制項(xiàng)目管理成本。BIM模型為露天煤礦全生命周期管理提供真實(shí)、可靠的模型基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率的提升有助于露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)管理的精細(xì)化,避免了大量的重復(fù)勞動(dòng)。

        3.2 面臨的問(wèn)題

        1)BIM技術(shù)在我國(guó)煤礦行業(yè)中還處于起步階段。在我國(guó)露天煤礦企業(yè)中,BIM技術(shù)還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用,在實(shí)際項(xiàng)目中,露天煤礦企業(yè)對(duì)BIM技術(shù)要求較少。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)單位中處于摸索階段,煤礦企業(yè)、施工企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)、造價(jià)企業(yè)并沒(méi)有應(yīng)用BIM技術(shù),因此BIM技術(shù)在露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)中的項(xiàng)目全生命周期優(yōu)勢(shì)僅僅在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中得到了體現(xiàn),并沒(méi)有充分體現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)的價(jià)值。

        2)BIM軟件基于露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備庫(kù)并不完善。露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備庫(kù)不完善,在BIM正向設(shè)計(jì)中無(wú)法從“設(shè)備庫(kù)”中調(diào)取相應(yīng)的設(shè)備,無(wú)形當(dāng)中增加了設(shè)計(jì)任務(wù)導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率降低,延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期,甚至影響整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)期。

        3.3 應(yīng)用前景

        BIM技術(shù)應(yīng)用于露天煤礦是大勢(shì)所趨,隨著未來(lái)在煤炭行業(yè)中制定BIM正向設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范,同時(shí)在數(shù)字化礦山和智慧礦山等國(guó)家政策的鼓勵(lì)下,BIM技術(shù)三維正向設(shè)計(jì)在露天礦的應(yīng)用一定會(huì)得到高速發(fā)展,BIM三維正向設(shè)計(jì)對(duì)于二維設(shè)計(jì)是一次劃時(shí)代的技術(shù)革命,BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)會(huì)在露天煤礦工程項(xiàng)目的全生命周期得到徹底體現(xiàn),BIM技術(shù)對(duì)露天煤礦企業(yè)完成信息化管理、精細(xì)化管理起到至關(guān)重要的作用。工程設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)會(huì)增加企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力,BIM正向設(shè)計(jì)也一定會(huì)廣泛地應(yīng)用于露天煤礦。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        1)結(jié)合伊敏露天礦煤炭生產(chǎn)補(bǔ)套完善項(xiàng)目的BIM正向設(shè)計(jì),建立了露天煤礦BIM正向設(shè)計(jì)流程的方法,形成了全專(zhuān)業(yè)在協(xié)同平臺(tái)共同完成正向設(shè)計(jì)的體系。

        2)露天礦BIM應(yīng)用起步較晚,并沒(méi)有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)建立統(tǒng)一的煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路和習(xí)慣,在露天煤礦中充分發(fā)揮BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。BIM正向設(shè)計(jì)具備可視化、設(shè)計(jì)協(xié)同性、精確化、優(yōu)化性等優(yōu)勢(shì),隨著信息技術(shù)的發(fā)展,BIM正向設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山的重要手段。面對(duì)新的市場(chǎng)發(fā)展環(huán)境和市場(chǎng)要求,發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)和移交是設(shè)計(jì)單位提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、保持行業(yè)領(lǐng)先地位的必然途徑。

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