徐金光，熊峰，李宏建，張勛，王鑫

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

關(guān)于選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐

徐金光，熊峰，李宏建，張勛，王鑫

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

針對(duì)選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)，對(duì)比分析三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)的工作模式，并結(jié)合三維設(shè)計(jì)在選礦廠(chǎng)項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)踐，和礦漿管道三維設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，探討了選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)應(yīng)用的最佳方式和改進(jìn)方向。

選礦廠(chǎng)；三維設(shè)計(jì)；Bentley軟件；管道建模

隨著礦業(yè)開(kāi)發(fā)的國(guó)際化發(fā)展，礦業(yè)投資面臨著越來(lái)越多的風(fēng)險(xiǎn)，這促使業(yè)主更加關(guān)注選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的提高。選礦廠(chǎng)的設(shè)計(jì)方式目前仍以二維為主，二維設(shè)計(jì)在展現(xiàn)細(xì)節(jié)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但其效率水平不能得到進(jìn)一步提高，并會(huì)逐漸落后于時(shí)代要求。三維設(shè)計(jì)在軟件、模型、數(shù)據(jù)和協(xié)同設(shè)計(jì)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。利用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)，也可參與碰撞檢查、施工模擬和全生命周期的維護(hù)。三維設(shè)計(jì)表現(xiàn)出比二維設(shè)計(jì)更高的設(shè)計(jì)效率，并更能保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文針對(duì)選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)，對(duì)比分析三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)的工作模式，并結(jié)合三維設(shè)計(jì)在選礦廠(chǎng)項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)踐，探討選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)應(yīng)用的最佳方式和改進(jìn)方向。

1 選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)工作模式分析

與以往工程設(shè)計(jì)“甩圖板”革命有所不同，二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)更新的不僅僅是軟件、模型和數(shù)據(jù)，而更多的是一種工作流程和模式的變化。

在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中，各專(zhuān)業(yè)根據(jù)上游專(zhuān)業(yè)提交的接口條件進(jìn)行各自設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果由各專(zhuān)業(yè)匯總而成。工作流程一般是：首先，工藝專(zhuān)業(yè)依據(jù)相關(guān)初始資料確定工藝流程、工藝指標(biāo)和設(shè)備明細(xì)，并采用CAD二維軟件繪制設(shè)備配置圖、建構(gòu)筑物聯(lián)系圖、設(shè)備基礎(chǔ)圖及包含公輔專(zhuān)業(yè)信息的圖紙。然后將相關(guān)數(shù)據(jù)和圖紙作為接口條件分別提交給總圖、土建、電力、給排水、技經(jīng)、報(bào)價(jià)等公輔專(zhuān)業(yè)[1]。上述專(zhuān)業(yè)收到接口條件后進(jìn)行各自設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)需要彼此互提接口條件。這種工作模式屬于線(xiàn)性流程，其特點(diǎn)是必須等上游專(zhuān)業(yè)的工作基本完成后，下游專(zhuān)業(yè)才能開(kāi)展工作；而且一旦出現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突或變更，就必須通過(guò)補(bǔ)提接口條件進(jìn)行修改，造成設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，易出現(xiàn)專(zhuān)業(yè)銜接失誤，難免造成項(xiàng)目成本的增加。這種工作模式局限于接口條件和設(shè)計(jì)人員之間的語(yǔ)言溝通。主要原因是接口條件中的工藝數(shù)據(jù)不能保證唯一性，一張圖紙不能完全展現(xiàn)所需的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，語(yǔ)言溝通也無(wú)法保證信息的高效傳達(dá)。例如，在施工圖設(shè)計(jì)階段，廠(chǎng)房和平臺(tái)往往含有許多柱間斜撐和次梁，與設(shè)備、管道之間不免出現(xiàn)碰撞；雖然在設(shè)計(jì)收尾階段會(huì)按要求進(jìn)行“對(duì)圖”，但由于圖紙信息不能完全展現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員往往不能做到一一核對(duì)[2]。

三維設(shè)計(jì)模式是在同一平臺(tái)、同一模型和同一數(shù)據(jù)下進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和發(fā)布設(shè)計(jì)成果。在三維設(shè)計(jì)中，各專(zhuān)業(yè)結(jié)合上游專(zhuān)業(yè)發(fā)布的三維模型和接收的相關(guān)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)成果除說(shuō)明書(shū)需要撰寫(xiě)外，其他內(nèi)容基本可通過(guò)三維模型自動(dòng)提取。工作流程可描述為：首先，工藝專(zhuān)業(yè)依據(jù)相關(guān)初始資料確定工藝流程、工藝指標(biāo)和設(shè)備明細(xì)，并用三維軟件繪制設(shè)備模塊及定義屬性、確定設(shè)備配置、粗略搭建所需廠(chǎng)房及平臺(tái)等。然后存儲(chǔ)和發(fā)布，同時(shí)將相關(guān)工藝數(shù)據(jù)提交給相關(guān)公輔專(zhuān)業(yè)[2]。各專(zhuān)業(yè)通過(guò)平臺(tái)將工藝專(zhuān)業(yè)模型參考到各自模型中，結(jié)合工藝數(shù)據(jù)即可進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種工作模式不完全屬于線(xiàn)性流程，因?yàn)楦鲗?zhuān)業(yè)是基于同一模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是可有效避免設(shè)計(jì)差錯(cuò)和設(shè)計(jì)沖突，專(zhuān)業(yè)之間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。這種工作模式可擺脫接口條件的局限，接口條件中的工藝數(shù)據(jù)可在平臺(tái)上統(tǒng)一發(fā)布，如需修改則即時(shí)更新。模型完成后可進(jìn)行自動(dòng)碰撞檢查，即對(duì)應(yīng)的是二維設(shè)計(jì)中的“對(duì)圖”工作，不同之處在于三維設(shè)計(jì)是借助于軟件自動(dòng)進(jìn)行的，設(shè)計(jì)人員僅需對(duì)碰撞處進(jìn)行修改即可[2-3]。在同一平臺(tái)和同一模型上進(jìn)行選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)，可有效降低施工中工程變更的發(fā)生率，并把變更控制在設(shè)計(jì)階段，從而能有效控制整個(gè)項(xiàng)目的成本。

2 選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)踐

目前，在國(guó)內(nèi)較流行的三維設(shè)計(jì)軟件包括：美國(guó)Intergraph公司的PDS及SmartPlant 3D、Bentley公司的PSDS、英國(guó)AVEVA公司的PDMS和歐特克公司的PLANT 3D。中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司采用Bentley公司的PlantSpace系列軟件和ProjectWise軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PW平臺(tái)）完成了澳大利亞某銅礦項(xiàng)目和菲律賓某渣選項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。PlantSpace系列軟件包括P&ID、工藝設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電力、儀表、管道以及模型干涉檢查和生成管道軸測(cè)圖等主要功能模塊。PW平臺(tái)則主要支持項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)時(shí)的協(xié)同工作及工程信息管理[4]。圖1為PW平臺(tái)上的文件結(jié)構(gòu)，其中各文件均設(shè)有修改及查看權(quán)限，專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員僅能修改本專(zhuān)業(yè)內(nèi)容，并且一處修改，處處即時(shí)更新。

按照PBS（產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)）主線(xiàn)，即項(xiàng)目—（系統(tǒng)）—子項(xiàng)—專(zhuān)業(yè)，分子項(xiàng)分專(zhuān)業(yè)完成了選礦廠(chǎng)各部分的三維建模，然后組裝完成了整個(gè)選礦廠(chǎng)的三維模型。以渣選項(xiàng)目的子項(xiàng)磨浮車(chē)間為例，工藝專(zhuān)業(yè)的單體模型包括設(shè)備模型、金屬結(jié)構(gòu)件模型、礦漿管道及支吊架模型等，上述模型構(gòu)成工藝專(zhuān)業(yè)的磨浮車(chē)間組裝模型；并與其他專(zhuān)業(yè)的三維模型構(gòu)成完整的磨浮車(chē)間，磨浮車(chē)間再與其他子項(xiàng)構(gòu)成完整的渣選廠(chǎng)。圖2所示為渣選項(xiàng)目中工藝專(zhuān)業(yè)的磨浮車(chē)間組裝模型。

圖1 PW平臺(tái)上的項(xiàng)目文件結(jié)構(gòu)

圖2 渣選項(xiàng)目工藝專(zhuān)業(yè)的磨浮車(chē)間組裝模型

上述項(xiàng)目是在二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用三維設(shè)計(jì)進(jìn)行管道設(shè)計(jì)以及碰撞檢查，所以未涉及到完整的三維設(shè)計(jì)工作模式。關(guān)于最終出圖，工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)備配置圖、設(shè)備基礎(chǔ)圖、設(shè)備安裝圖、金屬結(jié)構(gòu)件及管道支吊架制造圖仍采用二維設(shè)計(jì)完成。

3 基于PSDS的礦漿管道三維設(shè)計(jì)

三維設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是三維管道設(shè)計(jì)。利用PSDS進(jìn)行三維管道設(shè)計(jì)時(shí)，前提工作包括：完成工藝PID和設(shè)備配置，添加設(shè)備屬性和管嘴信息，參考進(jìn)土建專(zhuān)業(yè)的梁、板、柱及給排水、電力等專(zhuān)業(yè)的管道和橋架模型，輸入管道管件的定制數(shù)據(jù)[5]。上述前提條件具備后，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始布置管道走向和坡度。然后生成管道模型，并添加各類(lèi)閥門(mén)、三通和支吊架等。完成管道建模后，需要進(jìn)行碰撞檢查，以避免實(shí)際安裝時(shí)發(fā)生干涉問(wèn)題。管道軸測(cè)圖和材料明細(xì)均可自動(dòng)抽取。但由于PID修改、非標(biāo)管件修改、二維管道的介入及制圖規(guī)定等種種原因，難免需手動(dòng)完善軸測(cè)圖和材料明細(xì)。隨著三維設(shè)計(jì)的不斷應(yīng)用，有望逐漸減少這方面的負(fù)面清單。

關(guān)于礦漿管道，由于其易磨損的原因，彎頭、三通等管件和直管段均需采用法蘭連接以便于更換；并且由于管道坡度等問(wèn)題，需要進(jìn)行非標(biāo)管件的數(shù)據(jù)定制。此時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：1）不同管徑的直管段定長(zhǎng)。例如碳鋼管，管徑大于DN200時(shí)定長(zhǎng)為8 m或10 m，管徑在DN100～DN200時(shí)定長(zhǎng)為6 m，管徑小于DN100時(shí)定長(zhǎng)為3 m。2）直管段兩端是否自帶法蘭。若不自帶法蘭，則生成管道后需要按直管段定長(zhǎng)手動(dòng)添加成對(duì)法蘭及墊片；若自帶法蘭，則生成管道后需要?jiǎng)h除自動(dòng)生成的直管，然后順序添加直管段及墊片。3）與自帶配對(duì)法蘭的設(shè)備管嘴連接時(shí)，管道連接端不需要添加法蘭，但此處需注明與配對(duì)法蘭的焊接。

有關(guān)管道支吊架，目前的操作方式仍然是依照已完成的二維制造圖建立支吊架模型，然后放置在相應(yīng)位置，并在此處添加邏輯點(diǎn)及屬性（支吊架型式、編號(hào)、圖集號(hào)等）。該支吊架模型僅起到碰撞檢查和示意的作用，不便于定位查看及修改支吊架模型。對(duì)此，有望采用專(zhuān)業(yè)的支吊架建模軟件，以便于發(fā)現(xiàn)碰撞和支撐點(diǎn)不合適的問(wèn)題，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省設(shè)計(jì)人工時(shí)，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

1）目前，二維和三維并行是最好的設(shè)計(jì)方式，因?yàn)槿S設(shè)計(jì)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，不會(huì)一蹴而就。在具體使用時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要避開(kāi)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，從多個(gè)層面清晰了解三維設(shè)計(jì)是一種工作模式，從而打通實(shí)施三維設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，創(chuàng)新工作流程，實(shí)現(xiàn)更大的商業(yè)價(jià)值。

2）目前，選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)主要應(yīng)用在施工圖和詳細(xì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中。對(duì)于初步設(shè)計(jì)和基本設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，由于該階段出圖量不多，且對(duì)模型的干涉碰撞可降低要求，所以有必要采用三維設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，從而提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度，并為下一步工作提供更可靠的依據(jù)。

3）對(duì)于選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)，當(dāng)工藝專(zhuān)業(yè)的組裝模型完成并上傳到協(xié)同平臺(tái)后，相關(guān)公輔專(zhuān)業(yè)可以進(jìn)行查看和參考，從而可減少提交接口條件的工作量，并提高專(zhuān)業(yè)銜接方面的工作效率。

[1]曾躍林，劉珊.三維設(shè)計(jì)技術(shù)在選煤廠(chǎng)設(shè)計(jì)中的綜合應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2013（S1）：62-67.

[2]涂逸晨.探索三維協(xié)同設(shè)計(jì)之路[M]//北緯華元公司.中國(guó)設(shè)計(jì)院之BIM與建筑信息化.[2015-03-21].http://www.chinabim.com/ news/domestic/258.html.

[3]何關(guān)培.BIM在建筑業(yè)的位置、評(píng)價(jià)體系及可能應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2（1）:109-116.

[4]莊葉凱.Bentley三維工廠(chǎng)軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2009，30（6）:108-109.

[5]吉曉輝.管道三維設(shè)計(jì)及SupportModeler應(yīng)用[J].科技傳播，2013（6）:219-220.

Understanding and Application Practice of 3D Design in Concentrator

XU Jinguang,XIONG Feng,LI Hongjian,ZHANG Xun,WANG Xin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

According to design of concentrator,the paper compares and analyzes the difference of work mode between 3D design and 2D design,based on application practice of 3D design in concentrator project,by analyzing the problems existed in 3D design of slurry pipeline based on PSDS,the paper discusses the best mode and improvement direction of 3D design application of the concentrator.

concentrator;3D design;Bentley software;Pipeline modeling

TD928. 1；TP391.41

B

1004-4345(2015)05-0010-02

2015-04-21

徐金光（1982—），男，工程師，主要從事礦山工程設(shè)計(jì)。