何麗微，王忠鑫,2，王金金,2，郭曉松，高 群，齊振鵬

（1.中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015；2.煤炭科學研究總院 沈陽露天采礦技術研究分院，遼寧 沈陽 110015）

BIM（Building Imformation Management）技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數字化工具[1-3]，支持項目各種信息的連續(xù)和實時應用，該技術應用于工程設計領域不但能快速、直觀地建立多方案動態(tài)軟模型，實現(xiàn)多方案的比選優(yōu)化，更主要的是解決復雜空間關系的處理（碰撞問題）以及從模型中提取施工所需的圖紙和數據[4-5]。BIM 設計所獨有的“所見即所得”[6]、直觀、準確、全面、便利等優(yōu)勢已逐漸被項目參與方所認識，并在電力、石化、水利、建筑等方向得到廣泛應用。BIM 技術在煤炭行業(yè)的應用尚處于起步階段[7]，目前國內煤炭工程大多數仍采用二維平面設計，隨著互聯(lián)網信息技術的飛速發(fā)展，煤炭行業(yè)已經非常重視BIM 技術，并且在很多新建或改擴建的選煤廠項目建設過程中都使用到了該技術。煤炭行業(yè)的各大設計院在發(fā)展BIM 的同時，也在進行數字化交付技術的探索。工程竣工數字化交付是以工程項目為核心，在工程項目建設全過程中通過數字技術將工程設計、采購、施工、安裝等靜態(tài)信息轉變?yōu)榻Y構化數據和非結構化數據，建立數據組織模型，通過運用計算機進行表達、傳輸和處理的過程[8-9]。數字化交付旨在形成工程數字化檔案、積累數字資產，使BIM 技術應用發(fā)揮更大的價值[10]。為此，將BIM 設計與數字化交付技術結合起來應用于礦山工程，從而實現(xiàn)項目全生命周期的數字化管理。

1 礦山工程的BIM 設計

BIM 設計一般選擇Bentley 公司的PW 協(xié)同工作平臺及OBD、OPM 和ORD 軟件，其中建筑和工藝設計專業(yè)使用OBD 軟件，給排水、暖通、電氣專業(yè)使用OPM 軟件，路橋、總圖專業(yè)使用ORD 軟件。

根據Bentley 公司的平臺和軟件自身的應用特點，并吸取BIM 設計在民建、石油、化工、電力、水利等行業(yè)的成功應用經驗，結合BIM 技術在選煤廠工程設計方面的應用案例，總結出礦山工程的BIM 設計流程[11]。礦山工程BIM 設計流程圖如圖1。

圖1 礦山工程BIM 設計流程圖

1）創(chuàng)建項目工作空間與工作組。項目開展BIM設計之前，需在PW 平臺上建立該項目的協(xié)同設計工作組，成員主要由BIM 管理員、項目經理、各專業(yè)負責人及專業(yè)設計人組成。建立項目相關人員的賬號，并按照人員職責配置相應的工作權限。同時，根據工程項目的生產工藝布置、建筑特征、建筑類型、平面布置、相關專業(yè)等資料，在PW 平臺上建立該項目的工作空間。為工作空間配置統(tǒng)一的制圖環(huán)境及制圖標準，統(tǒng)計項目需要建設的具體單位工程，分別建立每個單位工程的文件夾，并設置相關專業(yè)的工作區(qū)。

2）項目信息分類和編碼。為了實現(xiàn)模型與屬性信息在數字化交付平臺上更有效地建立關聯(lián)關系，使數據可以在多場景得到應用，根據相關的信息分類和編碼標準，結合工程項目的特點，對其在工程各個階段的信息進行分類和編碼。編碼文件被導入數據庫，設置其調用程序，以便在設計時直接調用。

3）各專業(yè)協(xié)同設計。工作空間配置、項目的信息分類和編碼完成之后，項目相關各專業(yè)可在PW 平臺上開展協(xié)同設計。各個專業(yè)共享設計平臺，項目相關的各種資料都可以上傳到平臺上，通過對項目參與人員操作權限的設置，設計人員不但能夠查閱項目資料，同時還能夠實時查看到相關其他專業(yè)的設計進展情況，發(fā)現(xiàn)問題及時與相關專業(yè)設計人員進行溝通，并可以調整自己的設計方案，模型細節(jié)，實現(xiàn)各專業(yè)的無縫對接。

4）模型庫的擴充。各專業(yè)開展三維設計時，對于模型庫中不存在的設備，需根據設計資料和廠家提供的圖紙在軟件中使用各種建模命令自行建立三維模型，并在建模過程中定義好設備的規(guī)格型號、材質、圖層、顏色等相關信息。這樣建立的設備模型不但能立體直觀的展示設備外形，更是承載了相關屬性的信息模型，為后面的工程量統(tǒng)計及數字化交付提供依據。新建立的三維模型同時充實到各專業(yè)設備庫中，為后續(xù)的項目和工作積累庫文件和組織過程資產。另外，設計過程中各專業(yè)需將本專業(yè)的設備、材料、構件等掛接相應的編碼和屬性信息，為數字化交付做好基礎工作。

5）單體總裝與全廠總裝。各專業(yè)單位工程模型建立完成后，首先進行本專業(yè)模型總裝，即將本專業(yè)某單位工程模型都參考到對應單位工程的1 個專業(yè)模型文件里，形成本專業(yè)總裝文件，然后將各專業(yè)總裝文件參考到單體總裝文件中，形成各個單位工程的單體總裝模型。

6）BIM 技術的其它功能。項目全廠總裝完成后，利用三維模型可進行詳細的工程量統(tǒng)計、二維圖紙的剖切提取、項目模型瀏覽、VR 實景體驗、施工模擬、項目展示等諸多工作。

2 數字化交付

2.1 數字化交付內容

1）三維模型。建立完成的工程項目三維模型，通過數字化交付平臺交付給業(yè)主方。對三維模型層級結構和命名進行了統(tǒng)一要求，對各專業(yè)的建模內容、建模深度進行了詳細規(guī)定，使其滿足數字化交付的需求。

2）結構化數據。將建筑信息、設備信息和構件信息作為結構化數據上傳到數字化交付平臺。設備或構件的結構化數據由數據分類編號、所在單位工程編號、專業(yè)分類編號、構件分類編號、構件對象編號、構件序號（確保全廠唯一性）及附屬構件對象編號組成。

3）工程文件。工程文件主要包括設計文件、采購文件、施工文件。為更好地管理工程文件，建立了文件目錄結構體系[12]，對設計、供應商、施工的文件命名也建立了編號規(guī)則，各類文件按照規(guī)則上傳至平臺。

2.2 數字化交付平臺的功能

數字化交付能夠實現(xiàn)模型的輕量化處理、全專業(yè)多模型集成瀏覽、協(xié)同校驗、精準查詢、信息創(chuàng)建和數據同步，滿足模型信息向建設施工及運營維護階段傳遞和繼承的要求。

1）模型輕量化服務。工程項目完成BIM 建模后其加載了設備、材質等參數和屬性信息的工程模型數據量比較大，模型加載速度降低且瀏覽不流暢，模型輕量化處理是保障運維平臺輕量化運行與數據有效傳遞的重要技術措施[13-14]。數字化平臺通過對模型的紋理圖片和模型網格進行合并、壓縮等處理，可以實現(xiàn)信息模型輕量化，經過處理后幀速率明顯提高，實現(xiàn)了三維場景的高效加載和顯示。

2）模型瀏覽功能。通過模型瀏覽功能可以直觀看到工程項目的三維數字化模型。視圖左側的模型結構樹不但能查看全廠總裝的概覽模型，還可以查看到某個建筑甚至建筑內某1 臺具體設備或建筑構件。右側屬性框同步顯示出該建筑的基本特征信息或所選設備的屬性信息，如設備名稱、編號、廠商、型號規(guī)格、特有屬性、備注等。屬性框界面還能查看與該設備相關聯(lián)的所有文檔，支持瀏覽器打開或下載到本地。模型瀏覽還提供了鼠標拾取、量算分析、可視化分析、模型編輯、模糊查詢和精準查詢等功能。

3）批量文件上傳。工程項目的模型文件和文檔文件都通過批量文件上傳功能來實現(xiàn)。在該功能下可以將符合格式及規(guī)則的模型文件和文檔文件全部上傳到平臺，而且模型文件或者文檔上傳后會根據文檔編號規(guī)則，自動翻譯出模型名稱和文檔名稱。

4）文件關聯(lián)。文件關聯(lián)可以將上傳的模型按照數字化交付指定的關聯(lián)規(guī)則關聯(lián)到相應的文檔。如果后期業(yè)主對該設備進行了某些維護或操作，也可以手動添加設備的關聯(lián)文件。例如該設備在某年某月某日進行了維修，可以添加該設備的維修文檔，并記錄好日期、時間、維修項目、維修方法，維修人員等相關信息。

此外，平臺還提供了綜合報表、校驗規(guī)則集、權限分配、項目管理、系統(tǒng)設置等功能，通過這些功能的綜合利用，業(yè)主方可以真實、準確、細致的了解到工程相關信息，并在平臺上進行工程項目的維護與管理。

3 BIM 設計與數字化交付技術的優(yōu)勢

1）將BIM 設計應于煤炭工程的項目建設中，可直觀審視項目總體布局，實時改進項目方案，為項目的決策和方案優(yōu)化提供了真實準確的依據。

2）BIM 技術提供了一個直觀、開放的三維協(xié)同設計平臺，所有專業(yè)的工作空間基于同一個整體項目模型，不同專業(yè)的設計工作可以交叉或者并列進行，在設計的過程中，可以根據需要隨時參考調用其他專業(yè)或人員的設計內容來改進自己的設計成果，及時發(fā)現(xiàn)問題，糾正問題，縮短了設計時間且減少了設計錯誤與漏洞。

3）實施BIM 設計能夠解決設計過程中的相互碰撞問題，更加合理的規(guī)劃設備、管線的布置，將問題直接消化在設計階段，為后期的施工提供了便利的條件和有力的依據，大大提高了施工效率。

4）三維建模能夠更精準的計算出土建以及水、暖、電等安裝工程的工程量，為總包工程的采購、施工和管理提供了可靠的依據，減少了工程材料的浪費，降低了施工成本。

5）數字化交付為煤炭工程數據集成提供了平臺，使煤炭工程的建設更加規(guī)范、系統(tǒng)、高效，提高了煤炭工程的整體運維信息化水平，推動了煤炭工程的智能化發(fā)展。

4 結語

采用BIM 協(xié)同設計及數字化交付技術，實現(xiàn)礦山工程項目的數據文檔由單一的竣工文檔管理向全生命周期的數據文檔管理轉變；在建設物理礦山的同時，建立數字化礦山，并具有歷史追溯、施工模擬、關聯(lián)檢索、綜合報表、運行維護管理、數據分析等功能，實現(xiàn)了項目的“數字孿生”，且全生命周期數據可向下游應用無限擴展延伸。并能夠為智能煤礦的建設提供基礎模型，是未來智能化煤礦建設不可或缺的一個方面，具有較好的應用前景。