BIM技术在海洋工程可视化仿真中的应用

BIM技术在海洋工程可视化仿真中的应用

王子钰

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摘要：美国查尔斯艾斯曼博士,是BIM(建筑设计信息)技术发展的先行者,在三维数字的基础上,提供了综合工程的基本数据模型,以控制并管理综合项目的建造,施工与运作及经营。首先把BIM应用在了中国的建筑工程领域,由于中国的市场经济快速发展,并且国内外的工程快速兴起,已逐步开始引入使用了BIM信息技术,并取得了不错的成效,不仅改善了工程的效率,而且还节省了资源以降低建设成本。

关键字:BIM技术;海洋系统工程;可视化模拟;

前言

BIM,即建造信息模式(Building Information Modeling),由美国纽约乔治亚设计研究所的查克艾斯曼博士,于上世纪80年代发明。它以三维数据信息技术理论为依据,结合工程应用的基础数据模型,实现了设计、施工和运行全过程的控制和优化。并随着已在欧美等发达国家应用于0.5数以上的工程, BIM技术已逐步导入国内项目中,如上海市中央办公楼等重大项目得以逐步使用,将大幅度提高工程质量、减少施工成本。住建部制定的建设"十二五"计划明确提出要推动BIM协同工作和信息技术广泛应用,完成从工程设计、生产、施工、投产和运营的整体综合应用。在具体运用过程中, BIM技术并不仅仅局限于建筑施工领域,已扩展至建筑节能、管网施工、水利等学科及产业。

一、BIM仿真可视化组织的原理分析

针对工程的实施过程进行科学计算中的模拟时,不但牵扯到了施工现场的地质状况,以及水工枢纽建筑物的空间布置的静止统计,而且需要把对地质动态的填挖过程与工程建设中各方面的动态逻辑关系进行展示出来。而使用Autodesk Navisworks软件则可以把上述需要的关键信息及时显示出来,同时有很大的优势:(1) Autodesk Navisworks能够充分满足市面上大部分的三维设计程序格式,同时它具有的三维建模集成功能非常强,能够将所包含的模块全部整合为一个模块,在渲染时即表现出非常真实的施工现场环境。(2) Autodesk Navisworks还可以实现四维仿真,透过把一定时期的过程数据信息加以输入,并按照一定的规律与现实场景内的建模对应,从而使得图形单元分别具有不同的的属性,最后可以将实际施工的流程动态化并呈现演示。(3) Autodesk Navisworks可以直接与外部数据库系统连接,同时也可以支持ODBC数据库系统,并使用SQL语言把空间模块与数据库对象加以联系,从而可以将空间实体的模块与其具体的属性进行对应。利用Autodesk Navisworks建筑可视化模拟技术方法的主要内容包括:a根据水利工程的枢纽布局和建筑的特征来建立该工程项目必须采用的三维可视化建模,进而加入至Autodesk Navisworks软件系统内完成贴图渲染;b获取和处理所有工程项目涉及的建模动态系统仿真的信息,进而转化为Autodesk Navisworks可以利用的文件格式,利用Autodesk Navisworks程序的结构建立模拟的数据和功能。

二、构造海洋工程项目可视化仿真的数字模型

海洋工程数值可视化仿不仅要包含大量具备海洋空间地理位置特性的静止信息,而且一定程度还需要反应大量的动态关系,所以最基本的就是需要建立一种真正精确的海上工程模式。下面的是在可视化仿真中这个步骤中需要建立的一些模块。

2.1海洋工程项目的静态模型

静态建模是项目能否正常有效地进行的重要依据,它也是整个项目开发计划能否实施,以及结构设计建造总体规划控制的关键,通过使用revit程序可以构建静态模型,并进行适当的调节,便于根据项目报价进行概念设计,在后期可以将静态建模转换为动态的实体模型。

2.2完井现场的地理形式模型

竣井现场的地理形态建模是三维数字模型的关键组成部分,对其他建模方法具有补充意义,竣井现场的地理形态是海洋工业装备生产的海试和地理区域确定的基础,同时也是海洋工程设备布置与钻井的理想场地所在。在可视化模拟流程中,采用civil3d建立模式,能够向海洋工作者介绍建造现场的工作状况,也便于下水海试以及竣井的建造。

2.3海洋工程项目的动态实体模型

在海上产业实施建设过程中,由于海洋工程领域产品形态是在不断的演变,也可以称之为动态实体模型。采用CAD实模建立方法,把航天动力系统分成不同又相关的单元,测试它们在吊挂时的强度,为航天动力系统建立做好前期的准备工作
2.4海洋工程管路设备的实体模型

压载、浆液、燃料、冷却水、采油和储油体系等管路,都是海洋工程中的重要管道系统,可知由于它的重要性,通过构建管道系统三维模拟,就可以在建造之前准确检测出管路中有无事故,从而节省工程成本,减少了工期。在工程进行的前期及时检测出射线的碰撞,以便于技术之后进行的协调,既可以合理的节省了工程进行的时间成本,还可以便于测算出管线的直径以及材料的特征性,从而避免了后期因施工人员产生错误而造成的重复施工,从而降低了人员工作量。

三、BIM技术在海洋工程管路系统中的应用

3.1管路系统的模型建立

1)管路体系中交接点(以下简称"管弄")的模式建立以管弄处为例简单说明了管道系统的基本构造,虽然细表中仅是给出了工程平面布置图的节点数据,但由于细表中标明了管道的总量、几何长度、周围管道总量,以及位置信息(布置地点不同的管弄信息也不同),所以根据实际设计要求,对各种管弄处都需要进行简单的编制细表。在平面图的管弄上都可以置入相对应该部位的属性块,属性块中包括了各种原始数据(周边管子序号、几何尺寸、总量和方位),既能够利于测绘工作者绘制和修图,也便利于专业技术人员的校对和检索。属性块的基本设置是当程序进行了所需要的数据录入工作,并读取数据后,自己进行后续分类和绘图工作,最后获得详图和点子表,功能一般有如下几个方面:(1)手动编码。程序可以通过读出管弄的位置坐标,计算相邻的信轴线号;(2)可以手动导出管线的定位信号,当程序执行后,将位置自动导出,可以获得电子表格,便于实地放样。2)管路系统的三维实体模型用于全方位校核管路体系中是否产生过事故,若要构建管路控制系统的三维空间立体模式,可利用Revit软件系统进行。在构建过程中,将各管路的整个系统数据和几何形状尺寸都包括到了图名层中。每个管线先以单轨制显示,按坐标定位后,程式自动读取管线的尺寸,形成三维空间实物仿真。当录入数值时使用"线单元",程序形成实物仿真后,可将各种管道尺寸、长度等自动导出形成电子制表,汇总后成为材料表格。

3.2模型模拟和优化

管路网络模式形成后,通过Revit软件集成整个管路网络,现场仿真并预演三维模拟结果,将整个管线网络走向,在平面图上无法看到交叉碰撞的管路也可通过软件直接反映,进而实现管系干涉以及检验安装层次特征工艺的目的。

3.3协调与建造

1)协调工作，利用软件制作的管线资料图和管道资料表格,形成系统内的共享资料,大大减少数据和工程量数据的重复处理。当BIM模式形成时,详图设计、现场施工和检测技术人员共同配合,适时调整图纸,提高施工速度。2)降低建造过程中的返工及材料浪费，海洋工程的管道设计繁琐复杂,管道交叉比较大,多层次的设计比较普遍。通过三维实体模型的构建和碰撞测试,可减少后期工程建设中由于工艺设置错误导致管线错铺、碰撞、返工的情况。

结论

如何把BIM技术使用在海洋工程中,先要熟悉海洋工程者一行业的发展现状,然后做好把BIM技术使用在设计工程结构,工程执行与经营阶段上的方法研究,并针对海洋工程者各个阶段的不同特征,制定与实施了一整套从工程设计执行到经营管理的全套BIM工程技术与应用方法。相比于建筑行业, BIM方法在海洋工程的实际应用中复杂度相对较小,且跨度小。由于目前BIM方法在海洋工程的应用处在初期探索阶段,期待上述信息能够为今后探索带来方法与借鉴。

参考文献

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[2]谢云飞,蔡厚平.BIM技术在海洋工程可视化仿真中的应用[J].船舶工程,2014,36(04):101-103.DOI:10.13788/j.cnki.cbgc.2014.0193.

[3]姜少伟,滕爱军,蔡兆虎,毛文彦.BIM技术在海洋工程可视化仿真中的应用[J].电脑迷,2017(01):131.