PLM实例2:吴江水厂工程
吴江水厂的滤池是和长江大桥工程同一时期建模的项目,都是为了验证达索PLM的优势和大模型处理的性能优势(图9),图中的模型细节程度比较详细的。模型深度是施工图深度。尤其是这样详细的滤头在Revit中就早已不能动了。但是达索CATIA软件中这么复杂的模型还能显示得非常流畅。
图9 吴江水厂三维模型
滤池模型的快速参数化设计也是本项目的一个特色。CATIA可以和Excel计算表(工艺计算书)无缝连接。通过调整计算书参数可以控制模型的变化,包括工艺参数变化带来的水池格数变化,通过参数改变尺寸和形式等(图10)。
图10 吴江水厂滤池模型的快速参数化设计
因为二维图是从三维模型剖切而来的,所以二维图也跟着模型的变化被Excel表格更新驱动了。同时,也可以根据参数来控制细部形式,如从双堰到单堰的变化,出水堰形式从横堰到纵堰的变化,甚至每格出水不单独设堰的变化,V形槽形式从混凝土到不锈钢的变化等。
PLM实例3:深安大桥工程
深安大桥工程实例是为了达到全生命周期管理,协同设计,多个应用目标一个核心模型等等,是把建模、分析、漫游、仿真、维护等结合起来的一次探索,并深化了骨架+文档模板的建模方法。深安大桥主要针对方案阶段的三种桥型比较,突出考虑拱桥方案以及初设阶段的拱桥建模和分析等多个目标的实现。
不同的构件由不同设计人员分别单独建立文档模板,然后各自以主桥骨架的相应部分为参考进行实例化最终形成整体拱桥模型。在建立深安大桥主桥骨架时,预先假定主桥道路中心线,以此为基础建立拱桥骨架模板包括建立主梁、主拱、副拱、吊杆等构件骨架,每个构件都做成参数化构件。在实际道路中心线中调用前面定义的骨架模板进行实例化,便得到实际的主桥骨架(图11)。在完成各个构件模板的建立后,分别在完成的主桥骨架上进行各自的模板实例化,在加上一些附属设施的建立,最终得到完整的拱桥模型。
图11 深安大桥模型及其主桥骨架模板的实例化及结果
本实例的一个显著特点就是一个模型多种用途的信息模型和全生命周期管理的概念。从模型建立(方案模型)到模型深化(初设模型,包含地形建模)再到性能分析计算、效果展示、交互漫游、信息模型的浏览器查询和全生命周期管理等。本实例充分体现了作为V6平台整体解决方案的无缝连接的优势和模型数据库化的优势。
其他PLM实例
呼和浩特立交项目总共有5座立交,通过团队协作2周就完成了5座立交的三维设计(图12),在方案投标的过程中得到了业主的认可和好评,并最终赢得项目。
图12 呼和浩特市立交项目三维模型和漫游
图13 江阴市锡澄运河澄江西路通道工程
江阴市锡澄运河澄江西路通道工程(图13),是数字化样机和虚拟体验的又一个实例。通过交互式的漫游可以在建造之前就如同建好一样身临其镜的体会,如感受驾车体验,感受视角和建筑物的景观等等,可以提前发现问题,改进设计。
BIM和PLM新技术应用价值和效果
BIM和PLM新技术的价值主要体现在,三维的视图更美观、直观、易懂,沟通效率更高;三维的核心模型的分析计算和出图更精确,便于管理修改和保证惟一性;三维样品的出现,可以检查碰撞,查看三维效果,减少了返工和重建,更加经济和高效:真正协同的平台便于管理提高质量;可以用于后期的模型拓展了业务范围,可以延伸到施工和运维。这些优点综合起来就可以提高核心竞争力。
更好地展示设计理念
三维展示空间设计效果比二维图形设计拥有无可比拟的优势,为创新设计提供了有效的手段。建筑设计师从二维图的描述升级到了三维图的更直观的艺术效果,可以全方位、更真实地展示设计效果。三维设计成果直观清楚,并且立时可见,方便了非本专业领域的人领会并理解设计意图和理念,这对于科学决策有着非常重要的意义。
传统的二维设计成果为一张张的平面图,并不直观,只有建造完工后才能呈现出来,而采用三维可视化设计手段却可以使效果在设计之时就呈现出来,在设计理念的表达上非常直观且清楚。三维设计成果可直接用于演示、招投标书、成果汇报、项目进度控制等,相较于二维设计图,三维的项目解说和演示更为直观且更具科学性、准确性和说服力,更便于与业主沟通(图14)。
图14 三维更好的展示设计理念
提高设计效率和质量
形体复杂构筑物因其几何变量数量繁多,通常就需要较多的平面图、立面图和剖面图以完整表达相互几何关系。用传统二维方法画平、立、剖面图工作量繁重,而且,因无法保证完全准确使得校对、校核需要花费大量的时间来查错纠错。使用三维设计通过三维形体直接得到二维平、立、剖面图并可以快速成图,保证图纸准确率,从而显著减轻设计人和校对校核的工作量。实现了三维模型与设计表达(二维图)的双向关联,模型与设计图形一致性,提高设计质量;设计图形从模型中提取,提高设计效率。三维设计成果进行任意剖切,输出各种剖切图,可以检查各部件相互关系、距离、干涉等情况,使得设计更为合理和优化。
二维设计中往往要到最后会签的时候才能发现专业之间设计不合理问题。在三维设计中从一开始就自然而然地在三维模型中被注意并更改。只有三维才能真正做到协同设计和协同管理。三维模型的碰撞检查与管线综合非常容易。采用三维设计可以比较正确地计算出工程开挖量、混凝土方量,为节能减排提供依据。工程量统计更加精确和快速。
从设计延伸到施工
三维模型可以更直观地指导施工,对于比较复杂的设备安装工程,三维表达可以避免施工过程返工,控制施工进度。道路、桥梁设计与施工过程密切相关,合理的施工方案模拟、施工方案,可以减少施工费用。形象的三维可视化进度与实际进度对比,方便业主对施工进度了解和施工进度管理(图15)。
图15 施工模拟和三维施工进度指导施工
从设计延伸到运维
运行维护信息管理,可以在B/S的架构下通过浏览器查看模型信息。三维模型与数据库、自控关联,可以比较方便地查询到运行和维护所需要信息,控制设备的运行。
同时,通过对运行维护阶段的三维运行模拟可以在设计阶段发现并解决运行中存在问题,让设计更合理,也可以作为运行人员的培训场景。在运维上,让信息传递给业主,让三维从设计延伸出去,让企业有更长的生命线。如果设计单位能从设计到运维全面运用PLM技术就形成了亮点,形成了核心竞争力。
结论
上海市政总院探索了满足BIM和PLM理念的各种平台,适应道路、桥梁、水工、固废处理、隧道、地下工程、轨道交通等专业要求开展BIM/PLM研究,虽然目前BIM和PLM软件在市政工程领域的应用还不是很成熟,但已经把BIM和PLM理念和技术优势完全体现出来,并取得了一些成果。
通过采用先进的三维设计协同管理平台,多专业协同设计,有助于提高设计质量和效率,是工程管理手段发展的必然趋势。通过在设计管理一体化BIM/PLM平台的探索,对BIM/PLM在三维设计中的重要程度得到了深刻的认识——只有充分利用BIM/PLM技术才能真正做到协同和全生命周期管理。
通过BIM/PLM技术应用,发现了BIM/PLM的明显优势,由于BIM/PLM技术还处于成长期,所以,软件不够成熟,可参考三维模型也不够多,三维构件库和设备库也不完善。但是,BIM/PLM是未来发展的必然趋势,是未来企业核心竞争力所在,也是企业长期战略的发展方向。
通过工程实例的应用,BIM的现有软件基本上都是基于核心文件的,管理上没有PLM的基于数据库的架构合理,PLM现有软件平台具有一体化的无缝连接上下游工作的优势。但是,上海市政总院专业很多,要根据专业特点和项目特点来选择平台,目前的做法是打通BIM和PLM的接口,实现平台间的自由转化。
下一步建设目标
在今后的探索中,还需要做进一步的深入研究,以更好地适应市政工程设计的全过程管理。上海市政总院2010年加入AUTODESK公司开发者组织,成为这一组织中为数不多的来自设计院开发者。上海市政总院从2011年开始已经和全球最成功的三维设计软件公司达索公司总部签订了合同,共同开发适合市政设计领域的PLM软件平台——达索V6市政版。未来2年~3年内,将在3个方面继续推进提高新技术的应用水平:一是漫游、性能分析、出图、工程量统计:二是碰撞检查、施工模拟、运行模拟:三是施工仿真(桥梁)、运行维护(净水厂)、模型信息管理。
在未来做到现有软件和开发未来软件以及二次开发并重,努力挖掘现有软件的潜力,开发现有软件的新用途。同时,积极配合大的软件公司提出符合市政设计行业的新技术的开发需求,同时针对主要软件进行二次开发,尽量达到效率和效果的双丰收。
上海市政总院未来也考虑PLM平台与企业管理信息系统集成,真正地实现设计管理和企业管理一体化。另外,通过模型的不断积累、使用人数的增加,云计算会逐渐进入我们的视野范围,BIM/PLM的云计算尤其是私有云的应用将是未来下一步的建设目标。
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