三維設計軟件在冶金建設工程土建專業的應用研究
(中冶建筑研究總院有限公司華東分院，上海 齊常軍, 徐營營 200433)
摘要：本文闡述了三維軟件Bentley MicroStation Structural的特點，并結合實際工程介紹了三維軟件在冶金建設工程土建專業中的使用方法和設計要點，分析比較了Bentley MicroStation和CAD三維建模的區別，探討了冶金建設工程土建專業三維化發展的可能性。關鍵詞 三維設計；建筑設計；土建專業
Research on Applying 3D Design Software to CSA Works of Metallurgical Engineering
Qichangjun1 XuYingYing2
（East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction Co., Ltd., MCC Group，Shanghai 200433）
Abstract: This text elaborates characteristics of software Bentley MicroStation, and taking actual projetcs as examples, instroduces methods and highlights of applying 3D design software to CSA Works of metallurgical engineering, analyzes similarities and differences between Bentley MicroStation and 3D of Auto CAD, and studies possibility of Applying 3D Design Software to CSA Works of Metallurgical Engineering.
Key Words: 3D Design; Metallurgical Engineering; CSA Works
前言
冶金建設工廠設計采用三維模型設計技術，是冶金建設上的一次革命。與傳統的二維設計相比，用三維設計方法建立起來的各種工藝設備、管道、結構的三維模型能直觀、真實的反映其在未來冶金工廠中的空間關系，有利于布置設計的多方案比較、優化，通過對三維模型進行碰撞檢查，有利于在設計過程中消滅設計中常見病、多發病，提高設計質量和效率，使無差錯設計和無碰撞施工成為可能，具有良好的經濟效益和社會效益。
為了適應發展的需要，我們積極探索三維設計在冶金土建專業中的應用，在“寶鋼股份有限公司2030冷軋新增電鍍鋅機組工程”和“梅鋼1422熱軋產品結構調整技術改造工程”等工程三維設計探索的基礎上，我們正式使用三維軟件Bentley MicroStation Structural在“寶鋼新日鐵汽車板有限公司新建熱鍍鋅GA生產線工程”中開展土建專業模板三維設計。本文就三維軟件在冶金土建專業中的實際應用情況進行分析和介紹。
1. 三維設計的應用范圍
三維軟件由于其優異的功能和表現性能，正越來越多的在各行各業中得到應用。我公司經過堅持不懈的推進三維設計，現在三維設計基本上涵蓋了公司各事業部的設計工作，應用范圍非常廣泛，也取得的很好的效果。
三維設計的功能很強大，應用范圍也很廣，基本能夠涵蓋冶金工廠設計的上下游各個不同的專業。簡要介紹一個各專業使用的三維軟件類別基本情況：冶金行業？土建設計使用的是Bentley MicroStation Structural，冶金設計鋼結構設計使用的是XSteel，建筑設計使用的是Revit，管道使用的是Bentley中的PlantSpace，電氣使用的是博超軟件，非標設計使用的是Invent。偏離主題？
應用范圍？
2. 三維軟件介紹
Bentley MicroStation Structural是Bentley公司開發的以Microstation為操作平臺,集智能化建模、碰撞檢查、出圖及報表、全廠漫游等功能于一體的三維工廠設計軟件；是一個三維實體模型建筑軟件，所有有關建筑物的相關信息（幾何信息、屬性信息、材料信息）都包含在三維實體模型中，可以直接從三維模型中產生所需要的結構施工圖（平面圖、立面圖、剖面圖等）和工程經濟部門需要的各種材料報表（如基礎的砼量、樁用量、各種材料的規格型號等），同時它也可以讓三維模型與相關的文件報表做雙向數據鏈接，減少因設計變更所造成的煩瑣繪圖工作。
三維設計作為一種先進工具，即能解決相當部分的設計質量問題，又能提高設計效率。特別是在大型復雜需要多專業協調的過程中更能發揮事前檢查，預防專業之間矛盾的功能，減少設計變更，降低工程返修率，提高設計質量和效率。
3. 土建專業開展三維設計的流程
冶金建設土建三維設計的設計流程主要可以概括為建立三維模型、剖切剖面、后期處理三個階段，還有一點就是三維模型的開發利用。
3.1 建立三維模型
在建立一個機組設備基礎的三維模型之前，需要設定一個統一的坐標網絡，并定義一個統一的空間坐標參考點。在協同設計工作中，最后總裝應用或者參考其它構件時，就可以直接引用或參考而不用再移動到適合的位置。
根據其它專業提供的資料，經過結構計算，在滿足結構專業的強度、剛度和穩定性要求的前提下，確定基礎的形式和詳細的尺寸，建立整體的三維模型概念，然后再把已經建立好的整體的三維概念模型分解，分解成可簡單實現的一個一個單獨構件來進行三維模型的建立，最后通過引用或者參考，來組合成為一個完整的三維模型。
建模的基本思路是從整體分解成構件，再從構件組合成整體！這兩個過程其實是相互穿插相互交融的，難以很清晰的分離開。
Bentley平臺上多人協同工作的解決方法
目前Bentley平臺不具有像XSteel等三維軟件那樣多人共用一個平臺的方式進行實時動態協同工作。在實際使用過程中主要是通過動態參考方式來實現的，具體實現方法及主要步驟介紹如下。
需要開展三維設計的工程開通目錄“X:\網絡盤\***工程”；
開通參加該項工程三維設計人員訪問“X:\盤\***工程”文件夾的權限；
三維設計負責人建立該項工程的整體軸網DWG文件，根據工程實際情況，確定一個基準點，建立多個標高的獨立的DWG軸網文件，并放入X盤該工程的目錄中，并根據該項工程的具體要求定義層、顏色、線形、線寬、比例等屬性；把制作好的模板文件放入X盤\***工程文件夾中；
各參與設計人統一使用制作好的模板進行設計，可以直接在X盤建立自己的文件進行設計，也可以COPY到自己的機器里面進行設計，但是要及時更新X盤自己設計的文件，以便把自己最新的修改反應在協作人的文件里；
各參與人相互參考對方放在X盤的文件，及時更新做到動態參考。
建模時需要注意幾點，需要建立某個構件時，在建立之前先把層設定到該層，并且設置好該構件的材質，然后再建立構件的模型；模型建立時參考進來的DWG文件，最好把需要參考的部分分離出來，單獨建立一個文件，并且最好先清理一下，把不需要用到的東西都清理掉，盡量減少文件大小，這樣建模時不至于影響速度。
上圖為建立好的機組模型圖1 ……
3.2 剖切剖面
三維軟件Bentley MicroStation Structural最大的優點在于通過設置好剖切定義參數便能自動高效的剖切出平、立、剖面圖。軟件自帶的剖切管理器工具(Drawing Extracting Manager)，通過控制系統的參數來控制產生的剖面圖，可以通過設置Drawing Extracting Manager的參數達到想要的任意位置的剖面。
通過簡要的敘述介紹該軟件剖切剖面的過程。進入Drawing Extracting Manager后，點擊“Create a Drawing Definition”，建立一個剖切定義；在“General”中命名該剖切定義；接下來在“Region”中可以通過兩點或者一個面來確定剖切位置，并在此定義剖視方向和剖切的前視、后視距離；在“Cut Plane View”中定義剖切線的線性、顏色、是否填充等信息；在“Forward View”和“Reflected View”中分別定義前視和后視看到的看線的線性、顏色等信息；在“Output”菜單中選擇種子文件，一般都為默認種子文件即可；并在此處勾選“Transpose to XY plane”和“Output to Master DGN”，第一個勾選表示剖切出來的剖面會自動在XY平面上表示，第二個勾選表示剖切出來的文件作為一個單獨視圖自動合并在主模型文件中，并且勾選上“Output to Single Model”表示只生成一個剖切文件。見下圖所示
圖1 注意圖的底色最好能夠調整。圖應能表達最終的成果。
3.3 后期處理
剖切出來的剖面就可以直接在Bentley MicroStation中利用二維編輯工具進行處理編輯，也可以把剖切出來的剖面轉到CAD中進行后期處理編輯；主要為根據自己的專業出圖需要，主要是添加一些尺寸標注、標高、螺栓埋件等符號。達到自己的出圖要求就可以按照正常的方式正式出圖了。
出圖后，如修改模型呢？自動更新嗎？
4. MS與CAD三維建模的區別比較
兩種工具的三維建模命令和思路基本一致，在一些具體命令的使用上有差別。
三維建模中比較重要的空間點和線的繪制中，Bentley可以隨時切換到三個面上，比較方便；在CAD三維中需要建立UCS坐標系來進行轉換。
Bentley中剖切的剖面直接生成一張剖面圖文件，并且可以把剖面尺寸標注上，雖然標注的尺寸不全面；在CAD中剖切出來的剖面在剖切位置生成，需要手動移出來，再進行編輯；
實際建模Bentley相比CAD建模要靈活一些，對實體的編輯也要靈活一些；
Bentley剛剛開始土建三維設計，由于缺少二次開發和常用插件，在使用中發現Bentley的二維編輯能力沒有CAD成熟，以后Bentley比較成熟以后模板圖可以不用轉化成CAD直接在Bentley里面出圖，這樣可以保證模型有修改時剖面也隨之修改，提高效率。
與其它專業的交互、模型的重復利用
不足
5. 小結
由于混凝土三維設計的特殊性，設備基礎三維模型有別于其它專業的構件化、零件化。其它專業的模型可以分解成一個個的構件或者零件，可以通過“總分總”的思路和方法來創建模型，并且在實踐中可以積累大量的可重復利用的構件零件庫，可以制作參數化的節點。而混凝土設備基礎基本無法分解成通用的構件或者零件，不同的工藝機組設備基礎相互差別也很大，很難分解成可重復使用的構建庫，建立參數化的節點也比較不現實。
在實際的探索過程中發現，在土建設備基礎中我們可以以不同的工藝、不同的產品機組來創建混凝土的三維模型庫，我們不是考慮創建一個一個的構件或零件庫，而是整體考慮，把一條工藝生產線的整條機組設備基礎作為一個對象，比如可以分為煉鋼、煉鐵、連鑄、鍍鋅、冷軋、熱軋、酸洗、連退……等等，我們來創建并不斷積累不同工藝生產線的整體模型，最后形成混凝土結構設備基礎三維模型庫，那么以后再做類似的工程，我們就可以直接使用模型庫中的模型來運算和抽圖。
冶金建設土建專業三維設計另外一個發展方向就是在三維建模過程中加強與工程經濟方面的溝通，在創建模型的過程中，專業之間相互溝通，盡量綜合大家對模型的使用需求來創建模型，這樣工程經濟可以利用我們的三維模型來進行工程量的統計和工程費用的計算。
冶金建設土建專業三維設計有很多的優點和便利性，三維模型的建立不僅僅局限與土建專業利用，其它上游工藝專業可以布置工藝設備、管道等，下游專業比如工程經濟可以利用模型來進行統計工程量，大大提高工程結算的效率和準確性，建立的模型有很多需要有待發掘的價值。
但是三維設計軟件還不是很完善，只有通過對三維設計軟件Bentley MicroStation Structural的客戶化和二次開發，才能使三維設計在冶金建設土建工程中的應用日趨完善。
滬公網安備 31011002002576號