BIM在棉纺织厂设计上的应用探讨
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作者:胡文军 孙晓明 方丹丹
摘 要：该文探讨BIM在棉纺织厂设计中的应用，通过纺织工艺专业与公用工程专业之间的协调与配合，将满足纺织生产所需的设备排列、运转操作等信息与建筑、结构、给排水、电气等公用工程的配套设施等信息交互形成三维虚拟的棉纺织厂设计模型，利用BIM强大的计算功能，实现纺织厂设计过程中各个专业设计信息的一次自动检查、自动提示，以至于修改、完善设计文件，提高设计质量。
关键词：BIM 棉紡织厂设计 三维建模 信息处理 设计质量
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0078-03
Abstract： This paper discuss the application of BIM in the design of cotton mills by professional textile technology and public engineering coordination and cooperation between， will meet the textile production equipment needed for the arrangement， operation information such as the operation and Architecture，Structural Mechanics，Plumbing discipline，Electrical professionals information such as the interaction with the utility of 3D virtual design model of cotton textile factory， using the powerful calculation function of BIM， various professional design information in the process of textile design a automatic inspection and automatic prompt， that modify， perfect the design documents， improve the quality of design.
Key Words： BIM; Cotton mill design; 3D modeling; Information processing; Design quality
纺织工业随着科学技术的不断发展与进步，高技术装备在纺织领域的应用更加深入和广泛，纺织工业的技术装备、工艺过程的自动化程度、产品档次、种类的多样性以及经营管理模式都发生了巨大变化。因此，为适应纺织工业的发展趋势，纺织厂的设计同样要与时俱进，在设计方面紧跟世界最新的设计思想，以提高纺织设计的水平和程度。
目前代表工程设计领域的最新发展趋势是BIM（建筑信息模型）技术，BIM是英文“Building Information Modeling”的缩写，可以译为“建筑信息模型”，是对一个建筑设施的实体进行数字化的设计表达方式。然而探讨BIM的发展与应用方面主要集中在民用领域[1，2]，在工业方面不足，尤其是纺织工业，棉纺织工厂作为一个功能要求较高、结构较复杂、各工序设备排列要求紧凑、集中、温湿度条件控制较苛刻等特点的大型建筑物，完全可以尝试应用BIM技术为棉纺织工厂设计提供完整、精确、数字化的设计资料，提升纺织工业化的设计水平。
1 问题与现状
计算机进入设计领域，尤其是CAD辅助设计的应用与开发，已经使工程设计过程发生了翻天覆地的变化，设计效率、精度、范围都大大超越了以往的手工绘图设计时代，极大地方便了广大设计人员的设计工作，使设计过程中的修改、变更快捷，各专业之间互提资料方便，重复工作量大为减少，设计周期大为缩短，已经成为设计行业必不可少的设施之一。但随着CAD二十多年的应用，该工具的缺点和不足亦显现出来，套图后各专业各自独立设计，有限的沟通无法保证设计质量的完整，使得各专业间存在相互冲突、矛盾的问题越来越多，设计质量不能得到有效保障，在一些专业性强、工程复杂、工序较长的领域显得就更加明显。
棉纺织工厂的设计就是一个以工艺专业为主导专业，其他公用专业（建筑、结构、水暖、电气）进行配合的综合性设计的过程。在设计过程中，所牵涉到的内容非常多，在满足生产工艺的基本前提之下，让各专业的设计工程师在平面图上，需要把与工艺相配合的建筑、结构、给水、排水、电气、空调、除尘、空压、自控、消防、排烟等进行合理的布置，不冲突、不交叉，同时又能充分地与工艺设备相结合，是非常不容易的，尤其是在设计周期短、工作量大的情况下，显得更加突出。进展到施工阶段，不仅各专业设计的矛盾跃然而出，甚至还会有适用规范过期、产品规格不统一等诸多种问题，导致项目进行过程中，设计工程师与施工工程师经常会就出现的各种问题进行不断的沟通和交流，不断修改与完善，最终才能使项目完成，这样一来会让各方都感到非常疲劳、费时，不仅返工重做，费工、费时、费财，而且建设效率也受到很大的影响。
2 解决方案
BIM技术是近2年来出现在建筑界中的一个新事物，是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用将对建筑业界的科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低[5]。
自2011年住建部发布的《2011—2015建筑业信息化发展纲要》以来，基本上每年都会发布BIM相关政策，由此来推广BIM技术的应用，影响建筑行业对BIM技术的重视，到目前为止，全国已经有包括北京、上海、重庆等12个地区相继出台BIM政策，强制实行BIM技术在建筑领域的使用与推广，尤其是大型民用建筑的设计，BIM技术的推广与应用方兴未艾。 BIM将建筑信息模型以三维数字技术为基础，集成工程项目各种相关信息的工程数据模型，对工程项目相关信息进行详尽表达，是数字技术在建筑工程中的直接应用，以解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的对接，为协同工作提供坚实的基础。
应用建筑信息模型，可以使建筑工程设计更快、更省、更精确，各工种配合得更好，可减少图纸的出错风险，甚至可以延伸到施工的阶段，以及将来的建筑物的运作、维护和设施管理，最大限度可持續地节省全过程费用[4]。
建筑信息模型具有建筑工程的所有数据，数据信息可以具有很多种表达型式，如平面图、立面、剖面、详图、三维立体视图、透视图、材料表等，甚至包括每个房间自然采光的照明效果、所需要的空调通风量，冬、夏季需要的空调电力消耗等。
既然在民用建筑领域可以建立数字化的建筑模型，使设计质量有质的飞跃，那么在棉纺织厂设计过程中也可以借助BIM技术，延伸和扩大数字化的几何模型，将纺机、织机、配套设施等的各种工艺设备以3D模型的方式，与建筑物的3D模型一起进行数据分析，判断建筑、工艺间的关系，相比于传统设计方式，在设计初期就能大量地减少设计团队成员所产生的各类错误，尤其是工艺专业与公用工程专业之间的冲突和交叉，甚至可以延伸至后续工程的施工与安装、调试，利用计算机强大的系统分析能力，检查各种专业之间的关系，用文字、图形等不同的表达方式提示、提醒设计人员关于各类的构件、管道、设备、交流通道等信息在平面、空间中彼此碰撞或干涉情形的详细信息，进而减少设计误差和施工误差，节省工程造价。
3 BIM在棉纺织工厂设计上的探讨和分析
棉纺织工厂设计较民用建筑设计，多一个工艺专业，任何一个工业建筑物都必须满足工业生产的工艺需求，否则无法进行正常的生产过程，因此，在基本满足建筑、结构、给排水、电气等通用专业的基础上，利用BIM就充分考虑工艺专业与其他公用专业的协调和配合问题。
同民用专业一样，进行棉纺织工厂设计时，利用其强大、全面的建筑模型的优势和特点，在以下方面逐步完成相应的工作。
首先，工艺设备建模。该类软件强大的建模功能，通过设备资料提供的尺寸（诸如纺织主机清梳联合机、梳棉机、并条机、精梳机、粗纱机、细纱机、自动络筒机、并纱机、倍捻机、整经机、浆纱机、织布机等，辅机空调机组、除尘机组、空压机组等），建成工艺设备模型，然后在建筑模型里将生产中必须考虑的挡车操作、原料储备、成品输出、管道接入接出等细节进行排列，使完成的三维模拟可以比较真实地反映实际生产情况，为BIM进行模拟分析创造条件。
其次，利用建筑、结构的设计条件将所设计的棉纺织工厂的三维化。该建筑模型包括了棉纺织工厂中所有的梁、板、柱、墙、门、窗的所有信息，该信息将在民用建筑范围内把建筑结构的设计问题反映出来，给建筑结构工程师提供了修改和完善的机会，减少了土建施工过程中的冲突、矛盾问题。
再次，按照工艺排列的要求，在各个不同的生产车间按照工艺平面布置图进行工艺设备、生产辅机的三维排列。当然各个车间已经由BIM完成了相应的三维模拟设计，进而形成三维立体的数字化的棉纺织设计模型，这样就可以实现棉纺织厂的三维可视化模型。在该三维模型里，每个设备之间、设备与建筑结构之间的相对位置关系将真实地虚拟出来，在电脑里将真实地反映出设备工艺排列的合理性、完整性，使容易出现的工艺路线不畅、交叉，钢架支撑与设备冲突等问题得以及时调整，为后续的设备安装提供条件。
最后，要再加上满足纺织工艺生产需求所需给水、排水、供电、蒸汽、压缩空气、空调送回风管、除尘管道、消防管道、排烟管道等的布置[6]，也是最容易出问题的环节。该内容的设计文件已经由各专业工程师完成，利用BIM技术，在前面的工作的基础上，将以上设计内容逐一搬到已经建好的三维模型里，此时就会发现许多问题，诸如管线布置不合理、有碰撞、交叉，管道支撑或者悬挂不合理，甚至自相矛盾的地方，尤其是地下的空调回风沟道与工艺排杂排风沟道的问题，更加明显，还有空调的送风管道与防排烟风道的交叉问题等，都会在三维逼真的模拟环境下暴露出来，BIM技术会在发生这些问题的地方自动提出提示，然后工程师将有问题的地方进行协商和调整，使设计问题在纸上完成，避免了施工过程的错误，减少了经济损失。
所有模拟工作完成以后，BIM还可以根据修改后的三维模拟图形，自动完成各专业的平面图、立面、剖面、详图、三维立体视图、透视图、材料表等施工图文件，大大提高了棉纺织工厂的设计效率，减少了浪费。
4 结语
利用BIM技术进行棉纺织工厂设计仅仅是应用的一个方面，它还可以分析、管理项目整个过程，包括招投标、施工、验收等过程。
BIM可以还从设计的三维模型直接导进施工过程，实现设计阶段BIM模型的进一步利用，加上时间维度，就可以进行虚拟施工，随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，有效协同施工方、监理方，甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改;BIM还可以从设计的三维模型直接导进验收过程，通过三维渲染实际生产过程，给人以真实感和直接的视觉冲击，反映出设计质量的高低;BIM模型可以将以上过程动态地渲染表现出来，给业主更为直观的宣传介绍。
总之，在棉纺织工厂设计中，利用BIM技术将极大地提高设计质量和施工质量，目前BIM的使用与开发正处于初期阶段，还有许多东西要不断地完善和补充，使BIM如同20多年前的计算机辅助设计（Computer Aid Design，CAD）一样再一次引领棉纺织工厂设计的变革。
参考文献
[1] 马波.BIM技术在装配式建筑结构施工中的应用[J].山西建筑，2019（2）：81-82.
[2] 王科，刘亮，吕麒珉.BIM技术在综合管廊施工阶段应用研究[J].山西建筑，2019（2）：249-250.
[3] 吴秀华.做好BIM技术的优化及在建筑工程管理中的应用[J].科技创新与应用，2019（2）：190-191.
[4] 周丽婷，胡雷艇.浅析BIM技术在工程造价精细化管理中的作用[J].名城绘，2019（2）：267-268.
[5] 万玲，王琼，李阳春，等.BIM技术在建设工程项目成本控制中的应用研究[J].价值工程，2019（1）：179-181.
[6] 钱鸿斌.棉纺织工厂设计[M].北京：中国纺织出版社，2008.
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