Bentley 三维软件在模型出图中的应用

刘玉平，惠文博，雍士玮

（上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）

1 引言

随着人们生活水平的提高，“垃圾围城”的现象日趋严重。因此，国家对“减量化、无害化、资源化”的垃圾发电厂和通过处理垃圾进行发电的方式越来越重视[1]。但是，垃圾发电厂房的设计，需要涉及多个专业，且厂区管线众多、排列复杂，设备布置要求相对集中，采用传统设计方式，存在着图形表达和专业协同等诸多缺陷，一定程度上影响了整体工程的设计质量。BIM 技术强调工程建设项目的全面信息化，强调信息模型和管理流程在工程建设全生命周期中的应用。相比于传统设计方式，其在工程设计方面，三维建模、协同设计、数字化交付、节能分析和碰撞检测等方面的优势非常明显。作为一种新型的设计手段，BIM 技术正在引领工程设计模式的变革[2]。

本文基于上海电气环保集团上海市机电设计研究院有限公司（简称机电院）承接的南通如皋2 250 t/d 垃圾焚烧电厂技扩改项目，介绍和分享了运用Bentley 软件在自动出图中的应用和经验。

图1 上海电气某垃圾焚烧发电项目效果图

2 项目介绍

上海电气南通环保热电公司垃圾处理量为2 250 t/d。工程范围包括：主厂房、综合水泵房、办公宿舍楼、110 KV配电所、冷却循环水泵房、取水泵房、渗滤液处理车间、烟囱、水处理车间和污水处理站等建筑，以及厂区范围内的道路、电缆沟和综合管网。通过运用BIM 技术，开展了覆盖全专业的三维建模、碰撞检查、设计复核、模型渲染和工程漫游等工作，形成南通垃圾焚烧电厂三维模型、施工图样、设备及材料清册等三维交付所需要的技术资料。图1 是该项目全场模型展示。以下着重分享Bentley 软件公司的Open Plant Modeler 软件在BIM 模型出图过程中的应用。典型建筑物三维模型如图2～10 所示。

图2 主厂房建筑结构

图3 主厂房办公楼建筑模型

图4 渗沥液车间建筑模型

图5 水处理车间设备模型

图6 水处理车间总装模型

图7 厂房管道局部

图8 主厂房管道模型总装

图9 主厂房内部设备管道模型

图10 垃圾厂站全景图

在项目实施初期，三维模型设计团队根据专业，依次分为建筑、暖通、电气、水工和热机等小组，各专业小组根据图样分别独立进行三维模型的设计工作。主厂房轴网的搭建是项目建模的第一步，主厂房的轴网是各专业建模定位标高的基准，为后续模型的总装提供便利。

热机专业设计内容主要包括主蒸汽管道（图11）、主给水管道、锅炉上水、疏水和排气等管道，以热机专业模型为例，使用Open Plant Modeler 软件进行热机管道的搭建，可以实时查看管道属性，包括管径、壁厚、保温层厚度和材质等信息，这一系列管道信息的录入也为厂区后期数字化运维提供了便利。

图11 主蒸汽管道的相关属性

由于前期建模工作的定位、标高准确，既方便了管道、设备整合工作（图12），也为后续的碰撞检测工作打好了基础，提高了小组成员的工作效率。

图12 主厂房设备、管道相关模型的初步整合

3 自动出图

完成电厂三维模型之后，利用Micro Station 的动态视图功能，可方便地实现二维图样自动出图，并在三维模型修改后，实现二维模型动态更新。理想的二维图样需要从三维建模阶段开始提高制图要求。

3.1 建模精细化程度

建模是三维设计的一项重要的工作，其中三维建模精细化程度的选取是至关重要的一个方面。模型过于精细，则后续模型组织、出图将消耗更多的时间成本。模型过于简单，则无法达到设计要求，无法体现设计者意图。针对目前软件硬件环境及实践经验，主厂房专业建模的基本要求如下：板、梁、柱、墙、大体积混凝土、楼梯和门等各系统应按照设计要求详细建模，而对于孔洞、窗和栏杆等则可以根据设计需要进行适当的取舍。比如大孔洞（楼梯孔等）必须在模型中体现，而管路开孔、桥架开孔则不必体现，或可以视不同阶段出图要求酌情体现。又比如，楼梯应该按照设计要求建模，而栏杆则可根据设计深度要求进行简化，或者不做处理，以达到既减小模型的体积，又能反映设计意图的目的。再比如，设备应根据图样尺寸建模，但是设备中的螺栓、螺母可以不作处理。建模过程中，如果将全场模型螺母都加入建模文件中，电脑运行负荷过大，将不利于工作。简化前后的模型如图13 所示。

图13 简化与实际模型对比

随着软件、硬件技术水平的发展，可以在设计过程中适当提高建模精度，但这并不意味着只要有处理效率高的软件或硬件配置高，就应该尽可能提高建模精度，因为建模精度越高，消耗的各种成本就越高，在能满足设计和工程需要的建模精度下，应该尽可能地简化模型，以提高工作效率。

3.2 精选出图模型

精选出图模型，剔除不必要的元素，是提高效率的前提。考虑到模型的复杂性和时间成本，通常在出图过程中无法对完整模型进行出图，也没有必要对整个模型进行出图。因此，出图模型选取是决定出图质量高低，甚至能否成功出图的重要步骤。在主厂房各专业管道布置图中，大部分是各层平面图，因此筛选模型的时候可以按照分层原则，只选取跟出图模型有关的各层模型，可以极大地减小模型容量，保证出图的完整性和质量。

3.3 分层次建模

在主厂房建模的过程中，应分层次建模，应用参考关系组装模型，分层次建模虽然会适当增加模型的复杂性，但可以使各建模保持独立性，条理层次清晰，不同人可以同时对各层进行操作，提高工作效率；分层次建模是后期出图模型筛选的前提条件，可以提高后期出图效率。但层次不宜过多，参考关系不宜过于复杂，否则会增加模型的复杂程度，影响工作效率。在本文的项目案例中，各个专业都采用分层次建模的思路，每层模型包括每个专业所有的管线模型和设备模型，总装模型则参考各专业模型层，组合合成。

模型精细化程度直接影响模型的复杂程度，建模精确程度则直接影响到出图质量。因此，要根据设计需要，考虑建模精细化程度，适当的建模精度既可以使三维模型满足设计需要，又能提高工作效率。由三维模型得到的二维图样如图14～18 所示。

图14 水处理车间平面图

图15 水处理车间前视图

图16 ISO 图示例

图17 主厂房设备布置图

图18 管道布置平面图

3.3 工程量计量

三维信息模型承载着整个项目全部的数据，利用OPM对经过碰撞检查及轻量化处理后的模型进行材料统计，可以对项目进行更准确的工程量计量。准确的工程量计量是工程成本计算的基础，保证准确的工程量计量，既可以控制实际材料的支出，也可以从源头把握住设计成本。该项目构件、管道的材料报表如图19 所示[3]。

图19 材料报表

4 结语

本文结合南通如皋垃圾电厂项目介绍了BIM 软件在垃圾发电厂中的工程应用，展示了项目部分建筑和设备的布置图以及管道和构件的材料报表，提出了在进行三维模型出图过程中经常遇到的问题，并介绍了一些模型轻量化的工程经验。BIM 技术的应用加快了项目的进度，控制了项目的成本，提高了工程建设项目的整体实施效率。