導(dǎo)語：選煤廠土建工程設(shè)計應(yīng)用研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化概念逐漸進入選煤廠工程設(shè)計領(lǐng)域。數(shù)字化選煤廠是采用數(shù)據(jù)庫的形式對選煤廠進行客觀的反映，并覆蓋選煤廠的整個生命周期。而作為信息化選煤廠載體的三維模型則稱為信息的綜合體，而非三維設(shè)計初級階段的可視化模型［1，2］。選煤廠設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要工藝、土建、機制、水電暖和管道等多個專業(yè)相互協(xié)作［3］。土建專業(yè)在選煤廠設(shè)計中服務(wù)于工藝，而工藝設(shè)備又依附于土建，二者相互支持又相互制約。本文通過分析BIM技術(shù)在青海礦業(yè)煤基多聯(lián)產(chǎn)項目選煤廠工程的應(yīng)用實踐，探索分析選煤廠土建專業(yè)如何實現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計，并充分利用三維模型實現(xiàn)工程信息在選煤廠工程中的傳遞。

1工程概況

青海礦業(yè)煤基多聯(lián)產(chǎn)項目選煤廠工程，位于青海省烏蘭縣工業(yè)園［4］，該項目工程包括：儲裝運系統(tǒng)設(shè)計能力1200萬t／a、選煤廠工程設(shè)計能力800萬t／a。選煤工藝流程為“脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器＋粗煤泥TBS＋細煤泥浮選＋尾煤濃縮壓濾”的聯(lián)合工藝流程。該選煤廠共有60多項單體建筑，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)形式。主要單位工程有主廠房、火車翻車房、濃縮車間及泵房、汽車裝車倉、準備車間及20多條輸煤棧橋。本文選擇幾個具有代表性的單體建筑進行介紹，具體分析BIM技術(shù)在選煤廠工程中的應(yīng)用實踐。主廠房承擔著一座煤礦對原煤進行洗選加工和綜合處理的生產(chǎn)任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)。該選煤廠主廠房軸線尺寸116􀆰0m×36􀆰0m，檐口高45􀆰76m／55􀆰51m／58􀆰81m。左部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，右部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面為混凝土屋面。來煤通過鐵路運輸，在火車翻車房內(nèi)卸煤，并通過帶式輸送機轉(zhuǎn)運。該工程火車翻車房分為地下和地上兩部分，平面尺寸78􀆰9m×51􀆰0m，地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地上為門式剛架，檐口高21􀆰5m。該工程棧橋眾多，共有20多條帶式輸送機棧橋。

2三維信息模型的建立

該選煤廠包含的單體建筑，既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，又有混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合。在鋼筋混凝土中，單體建筑的形狀有方形結(jié)構(gòu)，圓形結(jié)構(gòu)及斜體的懸空結(jié)構(gòu)。由于不同項目的場地，環(huán)境的不同，土建專業(yè)需要對單體建筑進行結(jié)構(gòu)計算，從而保證結(jié)構(gòu)安全及人員安全，所以一個三維模型是否能夠?qū)С鲋劣嬎丬浖M行計算，是選擇交互式三維模型首要考慮因素［5］。根據(jù)對軟件市場的調(diào)研與試用，選擇了Bentley軟件公司。該公司擁有多個三維模型設(shè)計軟件，包括三維建模軟件，三維協(xié)同設(shè)計平臺。并且在數(shù)據(jù)傳輸方面不存在導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)不兼容的情況，使得模型的利用率大幅度提高。2􀆰1主廠房的建模流程主廠房形體較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)同時具有變形縫、大跨度輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、錯層和層高較多等難點。針對以上難點，選擇了AECOsim軟件。三維協(xié)同設(shè)計需在同一環(huán)境下完成設(shè)計工作，能夠保證項目實施過程中設(shè)計需求及設(shè)計標準的統(tǒng)一性。Bentley專業(yè)設(shè)計軟件提供一個開放的“WorkSpace”，設(shè)計者只需根據(jù)行業(yè)特性對設(shè)計需求進行收集，如：標準樣式、文字樣式、管道類型等，然后對需求進行定制固化，形成統(tǒng)一的“WorkSpace”。而土建專業(yè)需要增加混凝土梁、柱截面庫，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面庫，門窗規(guī)格庫，墻體庫，樓、屋面板截面等信息［6］。1）坐標系的建立。土建專業(yè)構(gòu)建適用于各個專業(yè)的統(tǒng)一的三維模型坐標系。±0􀆰000相當于絕對標高3291􀆰69。2）土建模型的拆分。為了簡化模型拆分數(shù)量，對變形縫兩側(cè)錯層采用同一標高，繪制模型時將模型根據(jù)圖紙情況調(diào)整。根據(jù)樓層標高的不同將模型分成不同的模型文件，如：變形縫兩側(cè)的建筑標高分別為18􀆰910、17􀆰410、19􀆰210􀆰模型文件的標高可設(shè)為：19􀆰210。繪制模型時，標高名稱定為18􀆰910／17􀆰410／19􀆰210。3）土建模型文件的命名。模型文件的名稱由檔案號、項目名稱、專業(yè)及分層標高組成。如：“2366－主廠房－建筑－13􀆰810層－設(shè)計人甲􀆰dgn”，“2376＿主廠房＿結(jié)構(gòu)＿18􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層＿設(shè)計人乙􀆰dgn”。對于屋頂?shù)妮p鋼網(wǎng)架，單獨建模，形成一個獨立的模型文件，即：2376＿主廠房＿建筑＿42􀆰160層網(wǎng)架＿設(shè)計人。4）建立軸網(wǎng)。軸網(wǎng)是各專業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)，需要由土建專業(yè)根據(jù)圖紙創(chuàng)建基于統(tǒng)一原點坐標的ACS軸網(wǎng)，不同的標高層應(yīng)建立不同的軸網(wǎng)。軸網(wǎng)依據(jù)拆分模型時的標高高度分層確定。如：標高13􀆰810層軸網(wǎng)、標高8􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層軸網(wǎng)。5）建立標高。根據(jù)主廠房的分層情況，建立對應(yīng)與各個分層的建筑標高。如：標高13􀆰810層、標高18􀆰910／19􀆰210／17􀆰410層。6）建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型內(nèi)容劃分。如：對于標高27􀆰910層，建筑專業(yè)建模內(nèi)容：標高27􀆰910層樓面，標高27􀆰910～35􀆰110／33􀆰010間墻體，門窗、墻體洞口、樓梯。結(jié)構(gòu)專業(yè)：標高27􀆰910層結(jié)構(gòu)：包括標高27􀆰910層梁及標高22􀆰510～27􀆰910層柱。7）門窗選型的規(guī)定。由于AECOsim軟件為國外軟件，其內(nèi)置的門窗規(guī)格不完全適用于中國規(guī)范。而自建的門窗庫又不完全有效，需要設(shè)計人員根據(jù)本工程的實際情況選擇類似的內(nèi)置門窗規(guī)格。為了避免不同的設(shè)計人員對同一規(guī)格的門窗選擇的內(nèi)置門窗規(guī)格的不同，需制定統(tǒng)一的門窗規(guī)格及選型表，見表1。8）形成各個獨立的模型文件。9）形成主廠房整體的土建模型。新建一個空的dgn文件，命名為“2376＿主廠房＿土建＿分裝”。使用AECOsim軟件的“參考”功能，將所有標高的21模型文件組合，形成土建專業(yè)整體模型，如圖1所示。2􀆰2火車翻車房的建模簡述火車翻車房的設(shè)計難點是地上是輕鋼結(jié)構(gòu)，地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分屬于不同的結(jié)構(gòu)形式。而AECOsim，適用于繪制混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)的建模需要使用Prostructures軟件中的Prosteel模塊，該軟件有完整的構(gòu)件截面庫，能進行詳細的節(jié)點設(shè)計。上部輕鋼結(jié)構(gòu)采用Prostructures設(shè)計，形成單獨的模型，如：命名為“2376＿火車翻車機房＿結(jié)構(gòu)＿上部鋼架＿聶義田”。地下結(jié)構(gòu)采用AECOsim軟件，按標高形成不同的模型。依據(jù)主廠房形成整體模型的方式，完成最終的火車翻車房的土建分裝模型，命名為“2376＿火車翻車房＿土建＿分裝”。火車翻車房最終三維模型如圖2所示。圖2火車翻車房最終三維模型圖2􀆰3輸煤帶式輸送機棧橋的建模簡述帶式輸送機棧橋為輕鋼結(jié)構(gòu)，建模時候仍然使用AECOsim軟件和Prostructures軟件中的Prosteel模塊。Prosteel軟件設(shè)計帶式輸送機棧橋內(nèi)部鋼架，AECOsim軟件設(shè)計外部的圍護結(jié)構(gòu)、門窗等構(gòu)件［7］。對于占單體建筑較多的帶式輸送機棧橋，工程設(shè)計時積累了較多的標準段庫，如10m、15m、20m、25m等長度的帶式輸送機棧橋。設(shè)計非標準段時，可以將較接近的標準段進行長度和角度的修改即可完成設(shè)計。帶式輸送機棧橋最終三維模型如圖3所示。

3三維信息模型的結(jié)構(gòu)計算

由于該工程單體建筑較多，三維模型的結(jié)構(gòu)計算以帶式輸送機棧橋內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)桁架為例進行介紹。鋼結(jié)構(gòu)計算軟件為Staad􀆰pro。在該軟件中可以完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型，各種荷載的加載，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)計算等。在Staad􀆰pro軟件中，完成結(jié)構(gòu)的計算后，將模型導(dǎo)出，另存為dgn格式。利用Prostructures軟件，將該模型文件打開，進行節(jié)點建模，包括螺栓、錨栓、節(jié)點板等。在AECOsim軟件中，利用“參考”功能，將鋼架部分和圍護結(jié)構(gòu)部分組成完整的帶式輸送機棧橋模型，如圖4所示。

4土建專業(yè)出施工圖

利用AECOsim軟件，通過模型切圖，直接切圖得到平面圖、立面圖、剖面圖和大樣詳圖。通過BIM信息化模型，提取土建專業(yè)施工圖紙及節(jié)點詳圖，根據(jù)需要在任意位置進行立體的視圖剖切，克服傳統(tǒng)二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計缺陷和空間盲點。完成建筑結(jié)構(gòu)，不同格式的圖紙需求，包括平面、立面、軸測圖、階梯剖，實現(xiàn)施工圖紙的無紙化。這里應(yīng)當注意，三維模型剖切生成的二維圖紙是與三維模型關(guān)聯(lián)的，也就是說三維模型中結(jié)構(gòu)布置或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生改變的情況下，設(shè)計人員不需要重新對三維模型進行再次剖切，原有剖切完成的平面圖紙將自動進行更新。31在切出二維圖形后，新建圖紙文件，使用參考命令對二維模型文件進行參考。移動至相應(yīng)位置后，形成完整的二維切圖文件。標注可使用AECOsim軟件的標注工具，對所需要的管理尺寸進行標注，然后添加二維圖框，即可生成二維圖紙。主廠房三維、二維模型切圖如圖5、圖6所示。

5土建工程量統(tǒng)計

在AECOsim軟件中，統(tǒng)計工程量有兩種統(tǒng)計方法。可以按構(gòu)件類型進行統(tǒng)計，也可以根據(jù)不同構(gòu)件類型分類統(tǒng)計———適用于門窗表等統(tǒng)計，生成相應(yīng)報表。另外，還可以按材料屬性進行統(tǒng)計，Part是該統(tǒng)計的核心，確保構(gòu)件已經(jīng)被賦予適當?shù)腜art信息，如component屬性，統(tǒng)計內(nèi)容由屬性定義決定———適用統(tǒng)計大類和統(tǒng)計的內(nèi)容，如磚墻用量，混凝土用量，即長度、體積、面積等，見表2。

6土建專業(yè)構(gòu)件碰撞檢查

AECOsim軟件可以進行專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)部構(gòu)件的碰撞檢查，如：水管道、電纜橋架、通風(fēng)管道間的碰撞檢查，也可以檢查設(shè)備與土建構(gòu)件的碰撞問題。同樣，對于土建專業(yè)內(nèi)部的構(gòu)件也可以進行碰撞檢查。以主廠房為例，不同設(shè)計人員對同一個構(gòu)件的重復(fù)建模、梁與柱交接處的構(gòu)件重合、上下層墻、柱的位置偏移、梁柱與門窗安裝位置的相互影響等設(shè)計問題，都可以通過碰撞檢查報告發(fā)現(xiàn)。該主廠房建模共發(fā)現(xiàn)121處土建專業(yè)碰撞問題。

7結(jié)語

土建專業(yè)作為選煤廠設(shè)計的重要組成部分，是其他專業(yè)設(shè)計的依托。本次土建專業(yè)基于三維信息模型的應(yīng)用實踐經(jīng)驗，具有很強的可復(fù)制性，可應(yīng)用于同類選煤廠項目的BIM設(shè)計。如何利用BIM技術(shù)提升土建專業(yè)設(shè)計的效率和精確度，使土建模型文件更好的服務(wù)于選煤廠工程的全生命周期，使選煤廠的數(shù)字化程度得到更深層次的發(fā)展，是下一步要研究的方向。

作者:聶義田 宋領(lǐng)法 李亞敏 陳紹東 郭金偉 張海濤 單位:中赟國際工程有限公司