王 科

(西南電力設(shè)計院，成都 610021)

引言

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，火力發(fā)電廠設(shè)計的全面數(shù)字化已推進(jìn)多年。結(jié)合當(dāng)前的時代背景，各公司都在升級轉(zhuǎn)型，對設(shè)計模式、設(shè)計方案、設(shè)計流程進(jìn)行了深入的研究，目的都是提高設(shè)計水平，提升設(shè)計質(zhì)量，從而提高其在設(shè)計行業(yè)內(nèi)的品牌地位。土建專業(yè)在數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺涉及的軟件主要包括：機(jī)械布置三維設(shè)計軟件/土建三維模型設(shè)計軟件/結(jié)構(gòu)計算軟件和施工圖繪制軟件。怎樣有機(jī)地將各獨(dú)立的設(shè)計軟件結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)計協(xié)同和設(shè)計工作流的效率最大化，從而提高數(shù)字化設(shè)計水平，這是各公司不斷努力的方向。本文結(jié)合多年研究開發(fā)的成果，提出了一種土建專業(yè)的數(shù)字化設(shè)計流程方案，并指出了配套該設(shè)計流程的需要做出的二次開發(fā)努力的方向。

1 土建數(shù)字化協(xié)同設(shè)計現(xiàn)狀及問題

電力行業(yè)當(dāng)前對土建數(shù)字化協(xié)同設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)還未完全達(dá)成共識。民用建筑目前已普遍采用BIM方式進(jìn)行設(shè)計，其三維設(shè)計水平主要體現(xiàn)在Revit的應(yīng)用上，即利用Revit建立結(jié)構(gòu)三維模型，通過三維模型生成施工圖。在未強(qiáng)調(diào)BIM設(shè)計的項目中，設(shè)計人員通常按傳統(tǒng)二維方式出圖、應(yīng)用Revit進(jìn)行設(shè)計，相較于傳統(tǒng)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計就多出了一道工序。新工具的使用需要設(shè)計人員長期的學(xué)習(xí)積累，設(shè)計人員在沒有強(qiáng)力規(guī)章制度約束和相應(yīng)的激勵措施下，通常會排斥BIM設(shè)計模式，使設(shè)計工具難以順利推廣應(yīng)用，嚴(yán)重影響電廠的整體數(shù)字化協(xié)同設(shè)計水平。隨著建筑結(jié)構(gòu)行業(yè)對BIM設(shè)計模式的推廣以及對電力行業(yè)認(rèn)知的逐步深入，再加上對結(jié)構(gòu)三維模型的數(shù)字化移交和后期利用需求，就進(jìn)一步促使了電力行業(yè)土建設(shè)計方式要逐步轉(zhuǎn)移到BIM方式。

筆者所在公司當(dāng)前土建數(shù)字化設(shè)計使用的設(shè)計軟件主要包括：結(jié)構(gòu)計算軟件(STAAD.Pro、PKPM)、施工圖設(shè)計軟件(CAD)、工藝設(shè)計軟件(PDMS)、土建BIM模型建模出圖軟件(Revit)。當(dāng)前設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計流程現(xiàn)狀

該設(shè)計流程主要步驟為：土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在計算軟件中繪制計算模型，通過計算確認(rèn)模型是否滿足荷載要求，荷載計算通過后確定計算模型； 結(jié)構(gòu)設(shè)計人員再利用CAD軟件根據(jù)計算模型數(shù)據(jù)的布置情況設(shè)計施工圖模型； 工藝設(shè)計人員根據(jù)土建結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的施工圖模型資料在工藝設(shè)計軟件PDMS中布置結(jié)構(gòu)三維模型； 在業(yè)主合同要求提供土建三維模型的情況下，工藝設(shè)計人員根據(jù)土建專業(yè)提供的施工圖數(shù)據(jù)在土建三維設(shè)計軟件Revit中布置土建三維結(jié)構(gòu)模型。

從上述土建設(shè)計流程中，可以看出存在以下缺點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)一致性差。計算模型數(shù)據(jù)、施工圖數(shù)據(jù)、工藝三維模型和Revit三維模型四個主要數(shù)據(jù)各自處于獨(dú)立狀態(tài)，一致性的保障需要大量人工校核。

(2)缺乏三維數(shù)字化設(shè)計。相較于直接通過三維模型生成施工圖的BIM設(shè)計方式，在CAD中由結(jié)構(gòu)設(shè)計人員繪制二維施工圖的數(shù)字化設(shè)計水平相當(dāng)?shù)拖隆?/p>

(3)協(xié)同設(shè)計程度低。從各模型數(shù)據(jù)的孤島問題和工作流程的線性流水作業(yè)可以看出，當(dāng)前設(shè)計流程各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計程度也很低。

(4)效益問題。在實(shí)際工作中由于PDMS是全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，火力發(fā)電的管道布置往往在土建施工圖紙完成定版之前就要對一些管道進(jìn)行施工圖設(shè)計并完成出圖，此時沒有準(zhǔn)確的土建結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行三維參照，PDMS對解決碰撞問題的優(yōu)勢就大打折扣。與管道布置配套的支吊架布置，其生根形式與坐標(biāo)完全依賴于土建結(jié)構(gòu)的梁柱等，沒有結(jié)構(gòu)模型，支吊架就完全失去了參照，根本無法準(zhǔn)確選型和定位。這勢必造成管道和支吊架的二次修改，不僅造成PDMS中管道專業(yè)布置工時的浪費(fèi)，也聯(lián)動影響其他專業(yè)模型的相關(guān)定位布置問題。最后，這種設(shè)計流程上的問題必然影響公司的設(shè)計水平和效益。

2 以Revit三維建模數(shù)據(jù)為核心的設(shè)計流程新方案

2.1 Revit模型向計算模型的貫通

為了提高土建數(shù)字化設(shè)計水平，企業(yè)應(yīng)該制定相關(guān)激勵規(guī)章制度，對新軟件的推廣應(yīng)用做工時上的補(bǔ)償獎勵，在工作流程上進(jìn)行改進(jìn)，即將Revit土建結(jié)構(gòu)模型前置，作為后續(xù)設(shè)計模型的上游數(shù)據(jù)，通過Revit軟件結(jié)合自定義的出圖規(guī)則直接生成施工圖。本文提出如圖2所示的設(shè)計流程新方案。下文詳細(xì)論述工作流程各環(huán)節(jié)與支撐該流程所做的技術(shù)攻關(guān)。

圖2 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計流程新方案

為了推廣以Revit為核心的BIM設(shè)計，又不給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員增添相較于傳統(tǒng)設(shè)計模式大比重的工作量，需要研發(fā)一些新的數(shù)據(jù)貫通接口工具打通各軟件模型數(shù)據(jù)間的孤島問題，同時減少設(shè)計人員在重要環(huán)節(jié)中的工作量，提高設(shè)計協(xié)同程度使新的設(shè)計流程既可行又高效，即從技術(shù)上盡量掃清應(yīng)用上的障礙。土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的設(shè)計工作起點(diǎn)是在Revit軟件上進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)模型的布置設(shè)計，然后建立或者制定Revit分析模型。為了解決Revit模型數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)計算軟件STAAD.Pro的計算模型數(shù)據(jù)孤島問題，協(xié)同設(shè)計平臺建設(shè)人員開展了軟件之間數(shù)據(jù)貫通的研究，并成功研發(fā)出貫通接口軟件ReviSTRU。ReviSTRU貫通接口軟件可以將Revit分析模型寫入STAAD.Pro的計算模型文件.std中。這一過程符合電廠主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)：先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計，然后建立計算模型進(jìn)行計算。這種方式不僅滿足投標(biāo)、初設(shè)階段的要求，也滿足施工圖設(shè)計階段的要求。用STAAD.Pro軟件打開上述.std文件，在STAAD.Pro中即可生成計算模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員須要通過STAAD.Pro核查計算模型是否滿足荷載要求。如果出現(xiàn)不滿足的情況，設(shè)計人員需要返回Revit模型進(jìn)行修改，重新建立或者制定Revit分析模型，再通過ReviSTRU貫通接口軟件更新.std文件，直到計算軟件中生成的計算模型滿足設(shè)計要求。該設(shè)計流程環(huán)節(jié)在接口軟件的協(xié)助下，使Revit建模與結(jié)構(gòu)計算在工序上只需設(shè)計人員一次建模的工作量，設(shè)計人員對新軟件推廣應(yīng)用的積極性大大提高。圖3是某工程主廠房結(jié)構(gòu)在Revit中建立的三維模型，圖4是通過ReviSTRU接口軟件將Revit分析模型寫入STAAD.Pro的*.std文件后在STAAD.Pro自動生成的計算模型。

圖3 Revit中建立的主廠房模型

圖4 STAAD.Pro中自動生成的主廠房計算模型

上述Revit中建立的模型數(shù)據(jù)寫入計算軟件中建立的計算模型滿足要求后，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員即可通過Revit中設(shè)計的三維模型數(shù)據(jù)抽出施工圖。抽出的施工圖較傳統(tǒng)CAD中由結(jié)構(gòu)設(shè)計人員繪制的施工圖高效、便捷，準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步保障，且三維數(shù)字化設(shè)計水平也得到明顯地提高。

2.2 Revit模型向PDMS模型的貫通

在采用Revit建立的土建結(jié)構(gòu)模型，其三維數(shù)據(jù)和截面數(shù)據(jù)非常詳細(xì)。筆者所在公司自引進(jìn)Revit平臺以來，為發(fā)揮各核心軟件的優(yōu)勢，提高協(xié)同設(shè)計效率，促進(jìn)技術(shù)積累與推廣，開展了一系列平臺的二次開發(fā)與技術(shù)引進(jìn)消化。筆者主導(dǎo)引進(jìn)并消化了PDST接口軟件。PDST接口軟件通過讀取Revit中建立的三維模型梁柱空間坐標(biāo)與截面數(shù)據(jù)，利用中間數(shù)據(jù)庫將Revit的截面數(shù)據(jù)與PDMS截面數(shù)據(jù)庫(元件庫與等級庫)建立索引關(guān)系，然后將Revit梁柱的空間坐標(biāo)賦予對應(yīng)PDMS中梁柱的坐標(biāo)，最后導(dǎo)出一個文本文件。該文本文件能導(dǎo)入PDMS軟件，并在PDMS中自動生成工藝專業(yè)需要的結(jié)構(gòu)三維模型。由于上游Revit三維模型數(shù)據(jù)的參數(shù)非常詳盡，導(dǎo)入PDMS的工藝三維模型準(zhǔn)確度非常高，只需工藝布置設(shè)計人員做簡單校核與調(diào)整。由于施工圖數(shù)據(jù)來源于Revit模型數(shù)據(jù)，Revit的模型在協(xié)同設(shè)計流程上就保持了與施工圖在時效上的一致。PDMS土建模型布置設(shè)計人員在土建專業(yè)采用BIM模式設(shè)計后，PDMS人員不再等待土建專業(yè)的施工圖也不再顧慮結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)確性，這就解決了土建模型在施工圖階段進(jìn)入PDMS的時效性、準(zhǔn)確性問題。PDMS協(xié)同設(shè)計中的管道設(shè)計人員與支吊架設(shè)計人員，由于土建結(jié)構(gòu)模型的及時性和準(zhǔn)確性，提高了設(shè)計效率，大規(guī)模地減少管道支吊架的升版問題，企業(yè)不僅增加了效益而且提升了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計水平。圖5是通過PDST接口軟件將Revit模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入PDMS自動生成的三維布置模型。

圖5 PDMS中自動生成的主廠房模型

3 結(jié)論及展望

隨著設(shè)計流程的不斷改進(jìn)和數(shù)字化設(shè)計平臺的建設(shè)，通過研發(fā)人員對各大型設(shè)計軟件進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)之間的貫通，解決重復(fù)復(fù)雜的建模工作，將使設(shè)計人員把時間集中在專業(yè)性強(qiáng)的工程技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新上，從設(shè)計工具中得到最大化的解放。

電廠數(shù)字化協(xié)同設(shè)計技術(shù)水平的不斷提高是業(yè)界發(fā)展不可避免的趨勢。BIM設(shè)計方式在火力發(fā)電土建設(shè)計專業(yè)的推廣應(yīng)該取得共識。采用Revit進(jìn)行土建三維模型設(shè)計所得的數(shù)據(jù)作為其他模型的上游數(shù)據(jù)，以二次開發(fā)接口軟件作為技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)Revit建立的模型、荷載數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)計算軟件和工藝布置設(shè)計軟件模型數(shù)據(jù)的貫通，既可以保證數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，又可以提高設(shè)計效率，進(jìn)而提高整個電廠數(shù)字化協(xié)同設(shè)計水平。