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基于BIM技术的大型高炉系统三维模型构建方法研究

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：韩啸陶继都

[导读] 摘要：宝钢湛江三号高炉系统项目由高炉本体、出铁场、热风炉、矿槽、喷煤等多个单体组成，涉及土建、结构、钢结构、机电、管道等众多专业。

        上海宝冶冶金工程有限公司上海 201900
        摘要：宝钢湛江三号高炉系统项目由高炉本体、出铁场、热风炉、矿槽、喷煤等多个单体组成，涉及土建、结构、钢结构、机电、管道等众多专业。在项目BIM三维模型构件过程中，通过建立项目样板文件，统一各参数属性，并在各单体模型创建前确定其相对于总模型的位置，保证模型后期的整合顺利。不同软件之间，通过“IFC”格式进行模型信息传递，最终整合在revit软件中，形成完整的高炉系统三维模型。
        关键词：BIM；模型创建；模型整合；信息交互
        1 引言
        宝钢湛江三号高炉系统项目为一座5050㎥高炉及其配套设施，年产铁水402万吨。主要包括矿槽及焦槽系统、上料系统、炉顶装料系统、高炉本体及附属设施、风口平台出铁场、渣处理系统、热风炉及附属设施、煤气净化处理设施、煤粉制喷设施及集中供煤、动力及燃气设施、TRT余压发电设施、高炉供配电系统、三电控制系统、高炉给排水系统、高炉鼓风站系统、交通运输设施、区域性工程（道路等）、铸铁机能介管道迁移。
        整个高炉系统不仅工程量大、单体工程多，而且施工场地布置紧凑，分项工程交错多、工序交叉紧密，此外具有大体积混凝土浇筑、大构件钢结构吊装、机电管线复杂众多等重点难点，因此本项目采用BIM技术，指导现场施工。
        通过对高炉系统各单体、各专业模型的创建，并对各模型进行整合和信息交互，最终形成湛江三号高炉系统项目完整的三维可视化模型。

        2 湛江三号高炉系统各单体模型创建、整合分析
        2.1 基于revit软件的项目样板文件创建
        根据高炉系统的特点以及项目部的要求，统一样板的各个参数及属性，包括但不限于标高、轴网、命名规则、项目单位、视图分类、所需添加的参数类别、参数分组方式等，并以此为各个单体、各个专业模型创建的基础样板。
        2.2 模型位置的确定
        （1）确定总模型定位原点
        因设计文件中给的绝对定位坐标值超出revit所容许的最高上限，故不能直接使用给定的绝对坐标来定位各系统模型。为此，本项目建模前将先设定高炉系统模型的定位原点，使用各系统设计文件中绝对定位坐标减去设定原点的绝对坐标，即可将所有绝对定位坐标值转变成相对坐标，转化后的所有定位坐标均在revit的容许范围之内，并选用高炉中心线的交点作为模型定位的原点。
        （2）确定各单体模型相对于总模型原点的位置
        计算各单体项目文件的相对坐标：将各项目文件中的绝对坐标减去高炉中心线的绝对坐标，得到各项目文件的相对坐标值，坐标值表示各系统模型距离高炉中心线交点的实际X、Y方向的距离。
        计算各项目文件项目北和正北的夹角：因设计文件中，各单栋建筑物的项目北和正北方向不是同一个方向，为此需要计算出项目北和正北方向的夹角才能准确地将模型定位到现场实际的位置。基于设计文件中给定的几个定位坐标，选择其中连线垂直于项目北方向的两个定位坐标，通过三角函数计算出该项目文件的项目北方向和正北方向的夹角。即θ=Degrees（atan（（y2-y1）/（x2-x1））），式中θ表示项目北到正北方向的角度，y1、y2表示两个定位点y方向的坐标值，x1、x2表示两个定位点x方向的坐标值。因所有计算相对坐标和夹角所用的公式相同，故采用Excel表格来一次性完成上述计算（在Excel中设置好计算夹角的公式）。
        2.3 模型整合步骤分析
        基于各软件的特点和优势，在湛江3#高炉系统模型创建过程中，土建、混凝土结构部分采用revit软件创建，钢结构部分采用tekla软件创建，管道设备部分采用revit和rhino软件创建，并最终将不同软件的模型整合到revit软件中[1]。
        Tekla钢结构模型通过“IFC”格式导出，在创建好的revit项目样板中进行“IFC”文件的移动、旋转，将模型锁定到相应位置上，并进行绑定链接和解组，使用过滤器，筛选并删除专用设备、结构柱、结构框架部分，另存为revit项目文件。
        Rhino管道模型通过“ACIS”格式导出，在创建好的revit项目样板中进行“IFC”文件的移动、旋转，将锁定在对应位置上，并另存为revit项目文件[2]。
        将存好的revit项目文件，进行基点坐标和角度的修改，即在基点的属性栏里，输入计算好的“相对坐标”和“到正北的角度”，之后将项目基点重新移动到测量基点。
        最后将各单体revit文件，以“NWC”格式导出，在navisworks软件中批量附加各单体的NWC文件，得到高炉系统整个轻量化模型。
        3 总模型的更新
        由于高炉系统复杂、专业众多且体量大，各单体模型需随着设计变更而变更。通过以上步骤的建模方式，只需将变更后的各单体项目nwc文件在nwc总文件夹中以相同文件名替换掉变更前相应单体的nwc文件，即可完成高炉炼铁系统项目总文件模型的更新。此方法将有效避免了重复转换模型的过程，以及变更后需调整模型位置的步骤，大大提高了工作效率。
        4 结束语
        本大型高炉系统模型的构建方法，将高炉系统的各个单体模型、各单体的不同专业模型按照项目实际的位置整合到一个文件中，既保证了不同软件之间模型传递的适用性，又保证了最终整体模型的轻量化和模型变更整合的便捷性。
        参考文献：
        [1]郑开峰.基于装饰阶段对模型整合的应用研究[A].中国图学学会建筑信息模型（BIM）专业委员会、中国中铁股份有限公司.第四届全国BIM学术会议论文集[C].中国图学学会建筑信息模型（BIM）专业委员会、中国中铁股份有限公司：中国建筑工业出版社数字出版中心，2018：4.
        [2]何关培.实现BIM价值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技术，2011，3（01）：108-116.