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        無塵車間,如何應用三維設計與虛擬施工技術?

        作者: 點擊:1036 發布時間:2022-09-02

        隨著光電、半導體、制藥、醫療、航空航天、精密制造等需要清潔環境的行業的發展,潔凈室結構變得更加復雜,對清潔等級的要求也越來越高。風、水、氣、電等道、設備組織越來越復雜,越來越多的單位需要協調設計和施工,各種設備管道和施工單位施工過程碰撞越來越多,無塵車間技術人員需要提高工程部件和施工過程的預測能力。三維設計和可視化設計為解決設計工人面臨的問題提供了條件。

        三維設計集成工程項目中的各種相關信息和數據提供了可視化的思路,以三維實物的形式展示設計圖紙中的線條構件。通過建立三維模型,設計師根據模型存儲所有相關信息,包括平面圖、立面圖和剖面圖、表格、文字說明和材料清單。所有這些信息都是根據模型生成的,并隨著模型的變化而調整。

        可視化模型使結構直觀模擬成為可能,提高碰撞檢查和優化效率。目前,三維設計技術已廣泛應用于工業設計、動畫設計和機械、飛機、汽車、造船、建筑等行業。特別是建筑業,近年來發展迅速,BIM也就是說,基于三維數字技術的建筑信息模型已經得到了全球建筑業的廣泛認可。在中國,出現了大量相關的三維數字技術軟件,各有專業知識,在建筑設計和施工中的應用也如火如荼,如深圳灣體育中心、深圳平安大廈、上海巨無霸上海中心等大型建筑場館BIM技術、工業園區建筑也在逐步引進BIM,如正在建設的深圳灣科技生態園。

        潔凈行業與建筑密切相關。在設計施工中,還應根據行業特點引入三維設計技術,提高無塵車間的設計施工水平。

        三維設計技術特點及應用價值

        可視化設計

        基于三維設計軟件的三維潔凈室系統模型,通過三維渲染、虛擬漫游、虛擬施工、虛擬切割等方式將隔離系統、送回風系統、空調水、蒸汽、純水、純氣、電氣管道和清潔設備、過濾端、照明直觀地展示給工程設計人員、施工人員和業主(圖1)。

        參數化設計

        三維建模過程是參數設計,通過參數屬性定義潔凈室組件、設備,包括管道和外部建筑,并通過這些屬性自動統計、計算、分析、修改三維模型參數、調整,達到設計和模型驅動的目的。結合可視化渲染,工程圖紙將工程信息準確地傳達給工程技術人員和項目管理人員。

        關聯修改

        在無塵車間項目設計中,工程圖各視圖與三維模型參數實時相關,在設計或評審過程中增加,刪除或修改三維特征,自動更新各視圖,提高設計變更效率,減少漏畫、少畫等工程圖錯誤(圖2)。

        協同設計

        無塵車間涉及暖通空調、給排水、建筑、電氣、自動控制、機械、結構等專業。在工程設計中,特別是在大型清潔項目中,專業技術人員需要同時工作,專業人員對其他專業知識的理解有限,導致溝通不良和協作困難(圖3)。在參數三維設計中,各專業設計只能基于同一三維設計平臺實現多專業、多團隊合作,輔以實時協作和分階段控制點協作、三維校準等方法,及時解決各種錯誤和碰撞,提高無塵車間的設計質量和速度。

        設計結果性能分析

        三維設計是參數設計。模型構建完成后,可以利用設計平臺本身的分析功能進行基本的參數分析。對于一些特殊的模擬,如:CFD模擬潔凈室氣流組織、熱傳導和熱流組織??梢岳迷O計平臺的格式轉換工具,將三維設計模型轉換為適合分析平臺或軟件識別的格式,然后在轉換格式的基礎上進行修改和調整,無需二次建立三維邊界,即可對模型進行功能分析和調試。通過對設計結果參數的分析,指導回風、照明、設備、出入口的結構布局,為優化潔凈度、氣流速度、氣流組織等功能參數提供依據,消除使用過程中可能存在的隱患,實現施工結果的可控性。

        三維設計交付

        三維設計帶來了直觀的可視化三維模型、準確的二維表達工程圖紙和詳細的自動生成材料清單,包括功能參數和性能特征,使設計結果交付更加直觀、詳細,成為無塵車間設計交付或設計交底的新模式。

        無塵車間三維設計的應用優勢

        設計階段工作重點提前工作

        隨著無塵車間技術的發展和管理水平的提高,無塵車間項目管理將由粗放型向集約型轉變,要求設計文件更加詳細、準確,工程設備及配件更加,促進潔凈室施工模式向裝配模式的轉變。裝配模式導致無塵車間項目方案設計、施工圖設計和施工過程中工期比例的變化。以無塵車間項目為例,二維設計方法和三維設計方法各階段的工期如圖4所示。

        從圖4可以看出,在二維設計中,設計師根據以往的經驗和參數進行設計,花費了大量的時間在繪圖、清單編制和協調上,而與項目質量密切相關的方案選擇、專業技術設計等重要部分花費的時間相對較少。由于三維設計可以自動生成各種工程圖紙和清單,提高了無塵車間項目的設計效率和質量。設計師有更多的時間用于三維模型和方案的選擇、專業設計、優化和協作。詳細的三維模型設計和優化協作的結果也促進了潔凈室構件尺寸的精度,參數化的構件設計圖紙更適合工程構件的工廠化、標準化生產,縮短了現場施工時間。

        虛擬裝配使現場施工簡化,提高質量

        與二維設計相比,在三維設計中,潔凈室部件通過參數三維數據顯示,工程計算通過三維建模自動更新,數據信息完整,傳輸過程無信息損失,可進行驗證計算和模擬,設計參數(圖5、圖6)可根據計算結果進行調整。設計調整后的三維設計結果與物理部件一致??蛇M行虛擬裝配施工,使無塵車間從3開始D設計轉向4D施工。

        潔凈室的虛擬施工是在施工前進行的。也就是說,在施工前,基于虛擬環境、模擬、分析、測試設計結果和施工組織設計方案的可行性,然后優化和調整,獲得方案。因此,虛擬施工不僅是一個設計繪圖過程,而且是一個設計方案和結果比較過程。在潔凈室虛擬施工中,除了所有虛擬潔凈室原型構件外,還需要通過三維可視化平臺創造虛擬現實施工環境、資源模型和工藝模型,實現施工過程的有效可視化模擬。通過原型構件的模擬施工,減少各系統之間結構碰撞和施工周期碰撞的優化設計方案和施工方案,提高設計精度和設計精度,提高施工精度和無塵車間質量。

        優化施工成本

        在無塵車間,工程的規模和復雜性一般不如大型建筑工程大,因此不會建立工期。成本數學模型,然后通過復雜的迭代過程優化成本。在無塵車間,工程項目可以通過三維設計和施工技術進行分段分段,通過三維可視化模型模擬施工過程,使構件材料更加準確(圖1)。模擬過程優化施工方案,使施工組織更加合理有序。通過提高人、材、機的綜合配置能力和施工管理能力,降低損耗和成本。

        三維技術在無塵車間的應用

        目前有很多三維設計平臺和軟件,包括各種建筑BIM軟件,如Autodesk的Revit等等;機械類Pro-e,Solidworks三維工程軟件等。但結合無塵車間裝配式施工的特點、建筑的特點,BIM軟件和機械軟件都缺乏,這也是無塵車間行業三維設計和應用發展緩慢的原因。以下是一個項目Solidworks模型介紹了無塵車間的三維設計和應用過程。



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