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BIM在工業設計領域的應用

BIM在工業設計領域的應用

 項目一

 
陜西秦川機械發展股份有限公司綠色恒溫車間改造項目,位于陜西省寶雞市姜譚路,總建筑面積為9583.43平方米,總投資13735萬元,是目前國內機床行業規模最大的恒溫車間改造項目。
 
項目圍繞“精密加工、精密裝配、精密檢測”的設計目標,利用Revit系列軟件以仿真模式進行設計優化,使車間溫度得到精確控制,同時集成工廠MES系統,實現了生產作業與環境控制的隨動。在業內首次并全面地將BIM技術與虛擬現實技術、綠色模擬分析技術融合到項目的設計過程中,為國內機械工廠恒溫車間工業化與信息化融合的典范,被業界認為是國內真正的綠色恒溫機械制造車間。
 
項目二
 
鄭州煤礦機械集團有限公司是我國規模最大、技術實力最強的煤礦綜采支護裝備生產企業,其液壓支架的總產能、總產量,以及支架工作的阻力、最大支護高度均位于世界第一。
 
鄭煤機高端液壓支架生產基地建設項目,規劃占地約1100畝,建設投資15億元。其中一期占地560畝,總建筑面積24萬平方米,設計年產各類高端液壓支架15000架。
 
項目建成實施后,鄭州煤礦機械集團有限責任公司將更加鞏固其在國內煤機行業的領先地位,成為國家高端礦井成套綜采設備技術中心,進而形成國際有較強競爭力的高端液壓支架研發、設計、生產基地。
 
解決方案
 
作為大型的機械工廠節能環保和產能改擴建項目,這兩個項目涉及專業復雜、限制因素較多,由于改擴建車間管線復雜,傳統設計手段極難精確定位并表達各管線空間位置,同時施工過程還不能影響原有車間日常生產。
 
對此,設計師在業內首次將BIM技術、物流仿真分析技術、建筑性能分析技術與設計融合,實現了精益設計。用Revit MEP進行車間管線綜合設計,方案調整便捷、高效,管線位置及相互關系表達直觀,各類管線在狹小的空間內得到最優化布置。并利用BIM技術,對施工工序和進度進行嚴格控制,顯著降低了返工率,并大幅提升了施工精度,使改造過程對原有車間生產的影響降到最低。這種模式對工期、空間等有著嚴格限制的改擴建項目,較之傳統設計模式具有無可替代的優越性和便捷性。
 
 
一、項目設計組織方式
 
在這兩個項目設計過程中,以生產工藝技術方案為主,確定各專業的設計。但由于工藝繁瑣,交叉點多,傳統流程組織設計方案在處理此類問題時存在缺陷。廠區管線縱橫交錯,重力管道沿程標高難以精確確定,極易發生碰撞,且廠區工程耗時耗資巨大,返工代價難以估量。廠房內移動設備比較多,靜態沖突檢測方法無法對工藝設備移動線路中的沖突碰撞問題進行檢測。生產工藝技術方案如何優化等等諸多問題要求我們需要制定一種合理的項目設計組織方式。
 
為很好地解決上述問題,在項目中采用BIM技術,使用Autodesk Revit系列軟件進行各專業的三維模型創建。通過基于BIM的Revit軟件平臺建立的三維模型具有區別于傳統二維圖形的特點。它的信息量更多,數據的傳遞也更準確、更廣泛,當然也可以從中提取傳遞系統的數據文件,以供其他分析軟件使用。下圖是項目中采用的設計標準和組織方式:
 
 
項目內各專業通過共享Revit中心文件,以工作集的形式進行設計,在設計過程中數據實現同步和共享,在設計環境中可以主動地消除各專業間的沖突干涉問題?梢,BIM技術在提升設計效率上發揮著極大的優勢。
 
 
二、項目設計及軟件應用
 
1、初設分析
 
廠區布局以Revit體量模型為載體,采用eM-Plant物流仿真分析,在滿足生產工藝流程的前提下,力求管線短捷、能耗最低、方案最優。
 
工廠環境設計強調以人為本,注重除塵、降噪,借助Airpak和Ecotect對廠房氣流組織、污染控制、建筑聲光熱等性能進行模擬分析及優化,努力營造綠色、節能、舒適的生產環境。
 
設計思路與成果通過NavisWorks直觀展現,加深各參與方對布局方案的理解。
 
 
Revit模型導入到Autodesk Ecotect分析軟件對廠區總體布局進行太陽輻射分析,根據模擬分析結果在廠區輻射較大的區域可多種植常綠喬木,在各個季節可以提供遮陽。在輻射相對較小,可種植落葉喬木,既可以在夏季提供蔭涼,在冬季也不會對陽光產生較大的遮擋。
 
 
Revit模型導入到CFD軟件進行風環境分析,可以得到廠區周邊區域的風速場,對暖通設計中冷卻塔位置的確定、新風口位置的選取以及自然通風的方式提供參考。廠區規劃方面,對有污染氣體排放車間擺放提供合理化建議。
 
 
BIM技術的應用可以在設計初期進行此類分析,有助于對廠區更好更合理的規劃,同時也使得各種綠色技術手段得以在項目中更加高效、順暢的實施,對節約資源、降低損耗起著重要作用。
 
 
2、建筑和結構設計
 
按照生產工藝流程及各個廠房的Revit體量和高度,采用Ecotect對建筑設計方案進行日照分析、熱環境分析、光環境分析,通過分析數據優化設計方案,在廠房建筑設計中采取以水平線條為主配以豎向構件的處理手法,充分體現廠房的恢弘氣勢,并使整體效果充滿韻律感。
 
 
在設計過程中,使用Revit創建各種鋼結構構件族,準確的將二維圖紙很難表達的結構部分細節,在三維環境中直觀的進行表現。并且通過視圖雙向聯動功能,減少了設計人員重復性的建模和繪圖工作,確保了設計數據的一致性。
 
 
3、綠色與低碳
 
通過Revit MEP軟件進行生產車間空調及采暖負荷計算,方便、快捷地為建筑設計師和設備工程師提供設計參考。
 
 
 
將Revit空間模型數據導入其他分析軟件,對生產車間污染氣體的擴散進行模擬分析。分析車間內氣流組織分布規律,及時準確地反應設計方案的可行性和可靠性,并根據結果提供合理化建議和意見,完善通風系統設計。
 
 
 
未來展望
 
機械工業第六設計研究院借助于諸如浙江中煙杭州卷煙廠、鄭州煤礦機械集團有限公司、陜西秦川機械發展股份有限公司綠色恒溫車間改造等項目所積累的豐富經驗,力求在BIM設計、BIM咨詢方面繼續提升自身的能力并拓展相關業務,為客戶提高更高效、更優質的設計產品和服務。隨著機械工業第六設計研究院BIM技術應用范圍的不斷擴大,更加要搭建好BIM技術平臺,實現在設計、施工以及運營維護全生命周期過程中應用BIM解決方案的愿景,努力打造中國機械工業工程設計第一強院!
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