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在無塵車間中如何應(yīng)用三維設(shè)計(jì)與虛擬施工技術(shù)
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程,我國的企業(yè)不僅同國內(nèi)的企業(yè)展開激烈的競爭,而已還要跟國外企業(yè)展開更為廣闊更為激烈的競爭,所以我們現(xiàn)在的企業(yè)不得不進(jìn)行轉(zhuǎn)型、升級(jí)、創(chuàng)新,因?yàn)橹挥羞@樣我們才能生存。而在這種商業(yè)環(huán)境下,潔凈技術(shù)將被我們越來越重視,因?yàn)闈崈魪S房不僅能保證工作人員身體健康,而且對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、精度、成品率、穩(wěn)定性等都有顯著作用。
隨著光電、半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、航空航天及精密制造等各類需求潔凈環(huán)境的行業(yè)的發(fā)展,潔凈室結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,潔凈等級(jí)要求也越來越高,風(fēng)、水、氣、電及其他各種特殊管線、設(shè)備組織越來越復(fù)雜,需要協(xié)同的設(shè)計(jì)施工等單位越來越多,各種設(shè)備管線的碰撞及各施工單位施工過程碰撞越來越多,需要無塵車間技術(shù)人員提高對(duì)工程組件和施工過程的預(yù)知能力。三維設(shè)計(jì)及可視化設(shè)計(jì)為此提供了條件,為解決設(shè)計(jì)工工中所面臨的問題提供了可能。
三維設(shè)計(jì)集成工程項(xiàng)目中各種相關(guān)的信息與數(shù)據(jù),提供了可視化的思路,將設(shè)計(jì)圖紙中線條式的構(gòu)件以三維立體實(shí)物的形式展現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)師通過建立三維模型,并依據(jù)模型存儲(chǔ)了包括:平面圖、立面圖和剖面圖、表格、文字說明及材料清單等所有的相關(guān)信息。這些信息全部根據(jù)模型生成,并隨著模型的改變而調(diào)整??梢暬哪P褪菇Y(jié)構(gòu)直觀模擬成為可能,使碰撞檢查及優(yōu)化效率更高。目前三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)及機(jī)械、飛機(jī)、汽車、造船業(yè)、建筑等多個(gè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用。尤其是建筑業(yè),近幾年發(fā)展迅速,BIM即是以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑信息模型,現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到建筑業(yè)界的廣泛認(rèn)可。國內(nèi),涌現(xiàn)出一大批相關(guān)三維數(shù)字技術(shù)軟件,并各有專長,在建筑設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用也已經(jīng)如火如荼,如深圳灣體育中心,深圳平安大廈,上海巨無霸上海中心等大型樓宇場館均使用了BIM技術(shù),工業(yè)園區(qū)建筑也在逐步引入BIM,如正在建設(shè)的深圳灣科技生態(tài)園。潔凈行業(yè)與建筑緊密聯(lián)系,在設(shè)計(jì)施工中也應(yīng)當(dāng)根據(jù)行業(yè)的特點(diǎn)引入三維設(shè)計(jì)技術(shù),提高無塵車間設(shè)計(jì)施工水平。
1 三維設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值
1.1可視化設(shè)計(jì)
基于三維設(shè)計(jì)軟件的三維潔凈室系統(tǒng)模型,通過三維效果圖、虛擬漫游、虛擬施工、虛擬剖切等手段將隔離系統(tǒng)、送回風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水,蒸汽、純水、純氣、電器管線及潔凈設(shè)備、過濾末端、照明直觀展示給工程設(shè)計(jì)人員、施工人員及業(yè)主(圖1)。
1.2參數(shù)化設(shè)計(jì)
三維建模過程即是參數(shù)化設(shè)計(jì),將潔凈室構(gòu)件、設(shè)備,包括管線以及外部建筑通過參數(shù)屬性定義,并通過這些屬性自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析,對(duì)三維模型參數(shù)修改、調(diào)整達(dá)到細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)精確設(shè)計(jì)的目的和模型驅(qū)動(dòng)的作用。結(jié)合可視化效果圖,工程圖紙將工程信息準(zhǔn)確傳達(dá)到工程技術(shù)人員及項(xiàng)目管理人員。
1.3關(guān)聯(lián)修改
在無塵車間項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,工程圖各個(gè)視圖與三維模型參數(shù)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián),在設(shè)計(jì)中或者評(píng)審過程中增加、刪除或者修改三維特征時(shí),各個(gè)視圖全部自動(dòng)更新,提高設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)變更效率,減少漏畫、少畫等工程圖失誤發(fā)生(圖2)。
1.4協(xié)同設(shè)計(jì)
無塵車間涉及到暖通空調(diào)、給排水、建筑、電氣、自動(dòng)控制、機(jī)械、結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)。工程設(shè)計(jì)中,尤其是大型潔凈項(xiàng)目中,各專業(yè)技術(shù)人員需要各自開展工作,同步進(jìn)行,而各專業(yè)人員對(duì)其他專業(yè)知識(shí)了解有限,造成溝通不暢,協(xié)同困難(圖3)。在參數(shù)化三維設(shè)計(jì)中,各專業(yè)設(shè)計(jì)僅需基于相同的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)就可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多團(tuán)隊(duì)的協(xié)作,輔以實(shí)時(shí)協(xié)同與階段性的控制點(diǎn)協(xié)同,三維校審等方法,及時(shí)解決各種錯(cuò)漏及碰撞,提高無塵車間的設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)速度。
1.5設(shè)計(jì)成果性能分析
三維設(shè)計(jì)是參數(shù)化設(shè)計(jì),模型構(gòu)建完成后可以利用設(shè)計(jì)平臺(tái)自身的分析功能進(jìn)行基本的參數(shù)分析,對(duì)于一些特殊的模擬,如:CFD對(duì)潔凈室氣流組織模擬、熱傳導(dǎo)與熱流組織模擬??梢岳迷O(shè)計(jì)平臺(tái)的格式轉(zhuǎn)換工具,將三維設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為適合分析平臺(tái)或軟件認(rèn)可的格式,再在轉(zhuǎn)換格式的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改調(diào)整即可對(duì)模型進(jìn)行功能分析與調(diào)試,無需二次建立三維邊界。通過對(duì)設(shè)計(jì)成果參數(shù)分析,指導(dǎo)送回風(fēng)、照明、設(shè)備及出入口等結(jié)構(gòu)布局,為潔凈度、氣流速度、氣流組織等功能參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù),消除使用過程中可能存在的隱患,實(shí)現(xiàn)建造成果可控。
1.6三維設(shè)計(jì)交付
三維設(shè)計(jì)帶來了直觀的可視化三維模型、準(zhǔn)確的二維表達(dá)的工程圖紙和詳盡的自動(dòng)生成的包含功能參數(shù)及性能特點(diǎn)的物料清單,使設(shè)計(jì)成果交付更加直觀、詳盡,成為無塵車間設(shè)計(jì)交付或者設(shè)計(jì)交底的新模式。
2 三維設(shè)計(jì)在無塵車間中的應(yīng)用優(yōu)勢
2.1 設(shè)計(jì)階段工作重點(diǎn)提前
隨著無塵車間技術(shù)的發(fā)展與管理水平的提高,無塵車間項(xiàng)目管理與其他項(xiàng)目管理一樣將由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變,要求設(shè)計(jì)文件更加詳細(xì)、準(zhǔn)確,要求工程設(shè)備及配件更加精密,促進(jìn)潔凈室施工模式向裝配模式轉(zhuǎn)變。裝配模式致使無塵車間項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工過程所占用工期比例改變。以某無塵車間項(xiàng)目為例,二維設(shè)計(jì)方式和三維設(shè)計(jì)方式各階段占用的工期如圖4。
從圖4可看出,二維設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),花費(fèi)大量的時(shí)間在制圖、清單編制和協(xié)調(diào)上,而與項(xiàng)目質(zhì)量關(guān)系密切的方案比選、專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)等重要部分卻花費(fèi)的時(shí)間比較少。三維設(shè)計(jì)由于可以自動(dòng)生成各種工程圖紙和清單,提高了無塵車間項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,設(shè)計(jì)人員有更多的時(shí)間用在三維模型及方案的比選,專業(yè)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及協(xié)同上,詳細(xì)的三維模型設(shè)計(jì)及優(yōu)化協(xié)同的結(jié)果也促進(jìn)潔凈室構(gòu)件尺寸更加精密,參數(shù)化的構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙更適宜于工程構(gòu)件工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、縮短現(xiàn)場施工時(shí)間,工程構(gòu)件的產(chǎn)品化生產(chǎn)進(jìn)一步促進(jìn)裝配式施工模式發(fā)展。www.iwuchen.com
2.2虛擬裝配促使現(xiàn)場施工簡易化,提高質(zhì)量
與二維設(shè)計(jì)相比,三維設(shè)計(jì)中,潔凈室構(gòu)件通過參數(shù)化三維數(shù)據(jù)展現(xiàn),工程計(jì)算以三維建模相融合自動(dòng)更新,數(shù)據(jù)信息完整,傳遞過程無信息損失,可以進(jìn)行校核計(jì)算及模擬,并且可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)(圖5,圖6)。設(shè)計(jì)調(diào)整后的三維設(shè)計(jì)成果與實(shí)物構(gòu)件一致??蛇M(jìn)行虛擬裝配施工,使無塵車間從3D設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向4D施工。
潔凈室虛擬施工即先試,后建。即在開工之前,基于虛擬環(huán)境,模擬、分析、檢測設(shè)計(jì)結(jié)果與施工組織設(shè)計(jì)方案的可行性,進(jìn)而優(yōu)化和調(diào)整,獲得最佳方案。因此虛擬施工不僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)繪圖過程,而是設(shè)計(jì)方案、成果比選過程。在潔凈室虛擬施工中,除了虛擬的所有潔凈室原型構(gòu)件外,還需要通過三維可視化平臺(tái)創(chuàng)造一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)施工環(huán)境,資源模型及過程模型,實(shí)現(xiàn)施工過程有效可視化模擬。通過原型構(gòu)件的模擬施工,減少各系統(tǒng)間結(jié)構(gòu)碰撞與工期碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與施工方案,提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度與設(shè)計(jì)精確度,提高施工精度和無塵車間質(zhì)量。
2.3施工成本優(yōu)化
在無塵車間中,工程的規(guī)模及復(fù)雜程度一般沒有大型建筑工程大,所以不會(huì)建立工期.成本數(shù)學(xué)模型,再通過復(fù)雜的迭代過程優(yōu)化成本。在無塵車間中,可通過三維設(shè)計(jì)與施工技術(shù)將工程項(xiàng)目分部、分段,通過三維可視化模型,對(duì)施工過程進(jìn)行模擬,構(gòu)件材料更加精確(圖1)。模擬過程對(duì)施工方案優(yōu)化以使施工組織更加合理、有序。通過提高人、材、機(jī)綜合配備能力和提高施工管理能力來降低損耗和成本。
3 三維技術(shù)在無塵車間中的應(yīng)用
目前三維設(shè)計(jì)平臺(tái)及軟件較多,包括各種建筑BIM軟件,如Autodesk的Revit等;機(jī)械類的如Pro-e,Solidworks的三維工程軟件等。但結(jié)合無塵車間裝配式施工的特點(diǎn),建筑BIM軟件、機(jī)械類的軟件都有欠缺,這也是為什么無塵車間行業(yè)在三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面發(fā)展緩慢的原因。以下以某項(xiàng)目Solidworks模型為例介紹無塵車間三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程。
步驟1,虛擬現(xiàn)實(shí):對(duì)外部環(huán)境,如建筑等建模,也是設(shè)計(jì)師對(duì)環(huán)境的立體認(rèn)識(shí),也可以由其他BIM軟件轉(zhuǎn)換外部現(xiàn)實(shí)環(huán)境載入。
步驟2,建立基準(zhǔn)面模型:根據(jù)建筑網(wǎng)格及虛擬現(xiàn)實(shí)模型,潔凈室的主要構(gòu)件等高線建立基準(zhǔn)面,方便后期各類組件裝配、定位,以及在方案設(shè)計(jì),施工圖毆計(jì),施工等階段組件替換,模型調(diào)整、修改。
步驟3,潔凈室平面規(guī)劃。
步驟4,三維模型創(chuàng)建(圖7)。
步驟5,虛擬碰撞檢查(圖8)。
步驟6,模型系統(tǒng)整體調(diào)試、分析。
步驟7,虛擬施工及調(diào)整(圖9)。
步驟8,總平面圖,各系統(tǒng)詳圖轉(zhuǎn)換,物料清單生成(如圖2)。
步驟9,組件詳圖轉(zhuǎn)換。
步驟10,組件生產(chǎn)。
步驟11,工程現(xiàn)場裝配施工。
步驟12,三維交付。
4 結(jié)語
口前,BIM技術(shù)在建筑行業(yè)逐漸被廣人世計(jì)、施工人員接受并運(yùn)用,也是工程技術(shù)發(fā)展的方向。但無塵車間中較少應(yīng)用到,在無塵車間設(shè)計(jì)和施工中引入并應(yīng)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)及4D/5D技術(shù),創(chuàng)建潔凈室信息模型,使?jié)崈羰以谠O(shè)計(jì)建造過程更加高效,在整個(gè)運(yùn)行壽命期內(nèi)更加節(jié)能、綠色、環(huán)保。
作者iwuchen整理
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