BIM在工业设计领域的应用

BIM在工业设计领域的应用公司简介机械工业第六设计研究院（简称中机六院）创建于1951年，是我国最早成立的、影响广泛的设计单位之一，全国勘察设计行业综合实力百强单位，隶属中央大型企业集团——中国机械工业集团有限公司。2007年通过了ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系、GB/T28001职业健康安全管理体系“三标一体化”认证。中机六院是国内机床工具和无机非金属材料两个行业唯一的专业设计院，是烟草、铸造、重矿、工程机械、民用建筑五大行业设计强院，在大型工厂和园区规划、企业生产流程再造、高难度结构、暖通空调、工业除尘、信息智能化、绿色建筑、市政和环境工程等许多方面具有国内一流的工程技术，同时也是国家绿色工业建筑标准的主编单位。建院60年来，中机六院以综合性甲级设计研究院的优势和实力，工程设计和科研工作硕果累累，先后完成工程项目10000余项，主编、参编国家和行业标准、规范21项；荣获国家科技发明二等奖1项、中国土木工程创新最高奖詹天佑奖1项、鲁班奖6项、国家科技进步及优秀工程设计金、银、铜奖25项、省部级奖300余项。2011年8月30日，在中国勘察设计协会（中勘协）与欧特克有限公司（“欧特克”或“Autodesk”）共同主办的2011年“创新杯”——建筑信息模型（BIM）设计大赛中我院获得3项大奖。奖项是在我院领导密切关注和支持下，凭借我院在工业工程和企业应用方面的积极实践和深入应用、BIM设计开发团队数月的积极筹备以及我院在BIM技术领域探索积累的丰富设计经验而获得的，同时也要对北京北纬华元软件科技有限公司协助我院提升BIM应用水平表示感谢，通过北纬华元为我院提供的BIM高端培训及我院在BIM应用领域不断探索实践，我院的BIM应用水平已经在业内取得领先地位。目前，我院已经具备通过Revit进行全专业三维建模、使用Navisworks进行碰撞检测及可视化、Ecotect和CFdesign进行建筑性能分析等BIM应用能力，为达到绿色建筑、节能减排等国家“十二五规划”目标奠定了坚实基础。项目简介项目一陕西秦川机械发展股份有限公司绿色恒温车间改造项目，位于陕西省宝鸡市姜谭路，总建筑面积为9583.43平方米，总投资13735万元，是目前国内机床行业规模最大的恒温车间改造项目。项目围绕“精密加工、精密装配、精密检测”的设计目标，利用Revit系列软件以仿真模式进行设计优化，使车间温度得到精确控制，同时集成工厂MES系统，实现了生产作业与环境控制的随动。在业内首次并全面地将BIM技术与虚拟现实技术、绿色模拟分析技术融合到项目的设计过程中，为国内机械工厂恒温车间工业化与信息化融合的典范，被业界认为是国内真正的绿色恒温机械制造车间。项目二郑州煤矿机械集团有限公司是我国规模最大、技术实力最强的煤矿综采支护装备生产企业，其液压支架的总产能、总产量，以及支架工作的阻力、最大支护高度均位于世界第一。郑煤机高端液压支架生产基地建设项目，规划占地约1100亩，建设投资15亿元。其中一期占地560亩，总建筑面积24万平方米，设计年产各类高端液压支架15000架。项目建成实施后，郑州煤矿机械集团有限责任公司将更加巩固其在国内煤机行业的领先地位，成为国家高端矿井成套综采设备技术中心，进而形成国际有较强竞争力的高端液压支架研发、设计、生产基地。解决方案作为大型的机械工厂节能环保和产能改扩建项目，这两个项目涉及专业复杂、限制因素较多，由于改扩建车间管线复杂，传统设计手段极难精确定位并表达各管线空间位置，同时施工过程还不能影响原有车间日常生产。对此，设计师在业内首次将BIM技术、物流仿真分析技术、建筑性能分析技术与设计融合，实现了精益设计。用RevitMEP进行车间管线综合设计，方案调整便捷、高效，管线位置及相互关系表达直观，各类管线在狭小的空间内得到最优化布置。并利用BIM技术，对施工工序和进度进行严格控制，显著降低了返工率，并大幅提升了施工精度，使改造过程对原有车间生产的影响降到最低。这种模式对工期、空间等有着严格限制的改扩建项目，较之传统设计模式具有无可替代的优越性和便捷性。一、项目设计组织方式在这两个项目设计过程中，以生产工艺技术方案为主，确定各专业的设计。但由于工艺繁琐，交叉点多，传统流程组织设计方案在处理此类问题时存在缺陷。厂区管线纵横交错，重力管道沿程标高难以精确确定，极易发生碰撞，且厂区工程耗时耗资巨大，返工代价难以估量。厂房内移动设备比较多，静态冲突检测方法无法对工艺设备移动线路中的冲突碰撞问题进行检测。生产工艺技术方案如何优化等等诸多问题要求我们需要制定一种合理的项目设计组织方式。为很好地解决上述问题，在项目中采用BIM技术，使用AutodeskRevit系列软件进行各专业的三维模型创建。通过基于BIM的Revit软件平台建立的三维模型具有区别于传统二维图形的特点。它的信息量更多，数据的传递也更准确、更广泛，当然也可以从中提取传递系统的数据文件，以供其他分析软件使用。下图是项目中采用的设计标准和组织方式：项目内各专业通过共享Revit中心文件，以工作集的形式进行设计，在设计过程中数据实现同步和共享，在设计环境中可以主动地消除各专业间的冲突干涉问题。可见，BIM技术在提升设计效率上发挥着极大的优势。二、项目设计及软件应用1、初设分析厂区布局以Revit体量模型为载体，采用eM-Plant物流仿真分析，在满足生产工艺流程的前提下，力求管线短捷、能耗最低、方案最优。工厂环境设计强调以人为本，注重除尘、降噪，借助Airpak和Ecotect对厂房气流组织、污染控制、建筑声光热等性能进行模拟分析及优化，努力营造绿色、节能、舒适的生产环境。设计思路与成果通过NavisWorks直观展现，加深各参与方对布局方案的理解。Revit模型导入到AutodeskEcotect分析软件对厂区总体布局进行太阳辐射分析，根据模拟分析结果在厂区辐射较大的区域可多种植常绿乔木，在各个季节可以提供遮阳。在辐射相对较小，可种植落叶乔木，既可以在夏季提供荫凉，在冬季也不会对阳光产生较大的遮挡。Revit模型导入到CFD软件进行风环境分析，可以得到厂区周边区域的风速场，对暖通设计中冷却塔位置的确定、新风口位置的选取以及自然通风的方式提供参考。厂区规划方面，对有污染气体排放车间摆放提供合理化建议。BIM技术的应用可以在设计初期进行此类分析，有助于对厂区更好更合理的规划，同时也使得各种绿色技术手段得以在项目中更加高效、顺畅的实施，对节约资源、降低损耗起着重要作用。2、建筑和结构设计按照生产工艺流程及各个厂房的Revit体量和高度，采用Ecotect对建筑设计方案进行日照分析、热环境分析、光环境分析，通过分析数据优化设计方案，在厂房建筑设计中采取以水平线条为主配以竖向构件的处理手法，充分体现厂房的恢弘气势，并使整体效果充满韵律感。在设计过程中，使用Revit创建各种钢结构构件族，准确的将二维图纸很难表达的结构部分细节，在三维环境中直观的进行表现。并且通过视图双向联动功能，减少了设计人员重复性的建模和绘图工作，确保了设计数据的一致性。3、绿色与低碳通过RevitMEP软件进行生产车间空调及采暖负荷计算，方便、快捷地为建筑设计师和设备工程师提供设计参考。将Revit空间模型数据导入其他分析软件，对生产车间污染气体的扩散进行模拟分析。分析车间内气流组织分布规律，及时准确地反应设计方案的可行性和可靠性，并根据结果提供合理化建议和意见，完善通风系统设计。未来展望机械工业第六设计研究院借助于诸如浙江中烟杭州卷烟厂、郑州煤矿机械集团有限公司、陕西秦川机械发展股份有限公司绿色恒温车间改造等项目所积累的丰富经验，力求在BIM设计、BIM咨询方面继续提升自身的能力并拓展相关业务，为客户提高更高效、更优质的设计产品和服务。随着机械工业第六设计研究院BIM技术应用范围的不断扩大，更加要搭建好BIM技术平台，实现在设计、施工以及运营维护全生命周期过程中应用BIM解决方案的愿景，努力打造中国机械工业工程设计第一强院！王丰碑机械工业第六设计研究院智能与信息工程所