1、解决方案概述
Bentley 三维数字化工厂针对工厂行业工程设计的需求,提出了工厂数字化全生命周期解决方案,为工厂相关行业(包括冶金、矿山、有色、石油石化、电力、汽车制造、水处理、制药、食品加工、造纸等等多个行业)提供了覆盖设计 / 施工 / 运维的全生命周期的解决方案。在工厂项目的协同设计中,体现出模块化和精细化设计的设计要求,通过以下内容实现总体设计目标:
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全专业内容设计,涵盖项目所有参与专业,土建、结构、管道、设备、暖通、电缆桥架等等,无遗漏,无死角;
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精确统计材料,例如装置性材料精确到螺栓、螺母、垫片的个数等等,目的是让建设方对施工造价有个精确的控制;
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直接生成图纸,包括各专业布置图、管道轴测图、施工图等等;
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零碰撞布置,参与布置的各个专业、各个模块无碰撞、无干涉,避免返工等增加造价的现象发生;
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精确控制工程量和工程造价,能够根据精准的数字化三维模型,按着可定制的材料模板自动生成所要的工程量;
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设计管理的精细化。设计院在设计过程中存在各种设计接口。例如,对外,设计院存在接受 EPC 总承包方的管理,存在和主、辅机设备厂家的设计接口;对内,存在各专业之间的设计接口。这些接口之间要做到无缝拼接,其配合和管理也要精细化,要借助强大的协同平台来实现接口之间的无缝连接。
从上图可以看出,Bentley 提供了基于全生命周期的 BIM 解决方案,通过工程内容创建平台 MicroStaiton、工程内容的管理平台 ProjectWise DI、工程信息的运维平台 AssetWise 实现整个生命周期的管理。涵盖了数据的创建、校核、利用、组织等整个流程。
整个方案还可以结合最新的实景建模技术 ContextCapture,以及对各种点云设备、数据的支持,为工厂设计项目的前期改造、环境勘测、施工过程监控及后期的运维需求提供了高效的技术手段,减少成本支出。结合 LumenRT 这样电影级的快速渲染技术,可以将实景模型、数字模型及环境模型融合在一起。直观地进行项目展示及沟通,提高设计过程及项目数字化移交的质量和效率。
2、解决方案主要应用模块
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OpenPlant PID:工艺流程设计,与三维信息模型智能联动
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OpenPlant Modeler:基于等级驱动的三维管道、设备设计系统
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OpenPlant Isometric Manager:自动抽取管道ISO图系统
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OpenPlant Orthographics Manager:全自动生成平立剖图纸工具
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OpenPlant Support Engineering:三维支吊架设计及装配系统
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Bentley Raceway and Cable Management:电缆桥架与电缆敷设系统,提供精确的桥架及电缆布置
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SubStation:电气设计的专业模块,可以快速完成二维原理设计、三维布置设计
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OpenPlant Electrical:基于SubStation平台,是变电及发电设计中国工具包,包含三维模型布置、三维导线设计、厂用系统设计模块等
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OpenBuilding Designer:建筑系列设计模块,包括建筑、结构、暖通、给排水,建筑电气设计功能
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ProStructures:钢结构及混凝土详细模型设计工具,提供加工级别的钢结构详图及混凝土配筋
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STAAD.Pro:结构有限元分析和设计
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AutoPIPE:压力管道分析计算工具
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CNCCBIM OpenRoads:场地、道路及地下市政管道设计工具
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ContextCapture:用简单的照片快速创建详细的三维模型,用于设计、施工或运营
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Navigator:模型综合与设计校审工具,提供碰撞检测、渲染动画、吊装模拟、进度模拟等设计功能
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Synchro:施工进度计划管理功能的可视化4D施工模拟软件
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LumenRT:工程界电影级交互式即时渲染系统
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ProjectWise:协同工作平台,支持跨地域,多角色的协同工作环境
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AssetWise:资产运维管理系统,收集,分析和控制相关资产信息等
3、收益和优势
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针对不同专业的三维设计模块,包括管道、设备、建筑、结构、总图等等,且都基于统一的绘图平台——MicroStation,是基于同一个平台,同一个模型,同一个数据架构的全专业数字化三维解决方案。
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针对工业工厂行业,我们的产品模块几乎能够覆盖项目工程设计过程中的全部专业。Bentley三维协同设计解决方案中涉及的产品,都是针对不同专业应用特点专门研制的,更适合本专业的人员学习及使用能够保障不同专业的设计人员都能够使用本专业熟悉的专业工具进行设计,而不是像其它解决那样提供一个“包治百病”的通用模块来解决所有的问题。
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Bentley的各专业模块提供的二三维同步工作流,能够以工程领域用户熟悉的二维的操作习惯和专业语言,在平面视图(即设计人员习惯的二维方式)下,对后台的三维数据进行操作的特点。在通常情况下,用户仅仅只需要2-3天 即可完成平台转换培训,2天可以完成专业模块的培训,也就是说对任何一个专业的专业设计人员,只需要一周左右即可掌握Bentley的软件并开展工作。
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以ProjectWise为平台的强大的企业级协同与管理功能,基于三维模型的专业间设计配合,使得沟通效率大大提高。构建协同或并行三维设计环境,真正地形成使整个项目或产品的设计者能够在统一的工作对象和目标中工作。可以使团队成员能够在一个集中、统一、可管理的环境下工作,随时获取所需的项目信息,进而能够进一步明确项目成员的责任,提升项目团队的工作效率及生产力。通过这个管理平台,不仅可以将项目中所创造和累积的知识加以分类、储存以及供项目团队分享,而且可以作为以后企业进行知识管理的基础。
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通过全新的实景建模技术,采集准确的现场数据,逆向建模,快速的指导改建项目及检修空间。
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与传统的图纸+ Excel表+甘特图的交流方式不同,Bentley 4D施工进度管理解决方案提供一个支持多方参与,数据共享的虚拟施工平台,在这个平台上可以进行更清晰、更快捷的交流。同时,可将施工模型与计划任务关联,实现可视化进度模拟,在模拟过程中能够识别潜在作业次序错误和冲突问题。
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以Bentley AssetWise为平台的工程数据全生命周期的运维管理系统,通过设计成果的数字化移交过程,提升设计数据在项目施工、运维等阶段的增值效益。
收益
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Bentley三维数字化工厂解决方案能够实现数字化全专业的三维协同设计。通过各专业间并行、协同工作,有效地共享项目资料,打破传统的串行模式,提高设计质量和设计效率,给项目带来效益。
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为EPC总承包精确控制工程量创造条件。从三维模型中,可以自动统计材料和工程量,方便与工程量控制目标进行对比。图纸上的材料及零部件清单直接从三维设计模型准确提取,避免人为统计计算的差错,节约人力,提高效率,给材料采购订货提供准确、可靠的依据。
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工程各专业数字化设计基于统一的协同管理平台ProjectWise,使得各专业的配合便捷高效,有效节约了人工成本和时间成本,人工时的节省也节约了整个项目的投资成本。
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通过设计成果的数字化移交过程,提升设计数据在项目施工、运维等阶段的增值效益。例如三维设计模型中管道布置都是准确的、三维可视化的,施工单位可以更好的理解设计意图;PAD移动终端可在施工现场用于展示管道施工细节;也可以将管路模型打印成3D pdf文件来指导施工单位进行管道安装。
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通过项目专业数据库设计的标准性及唯一性,专业间的实时更新减少了沟通过程的反复,准确的材料统计清单提高了设计质量,设计过程中的碰撞校核减少了施工变更,可视化校审提高校审效率、减少校审工作量、提高校审管理水平。同时标准化的实施流程也提高了设计的专业性,使数字化设计成果能够有效的应用于设计过程的专业分析和后续的施工及运维中。
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三维图更明确地表明了各个专业之间的界面和连接关系,因而大量减少了因专业配合问题所引起的碰撞和错位问题带来的返工。国外统计资料表明,不采用三维设计的工程,返工率可占工程总人工时的12%,而采用三维设计,返工工时可减少到2%。
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Synchro作为4D施工管理工具,还提供一套成熟的设计变更和任务变更管理方案,可弹性处理设计变更和任务变更,同时也可与造价、风险等数据关联,实现施工进度优化,高级风险管理和造价管理,改善项目交付过程,最终在节约成本的前提下赢得更多项目。
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通过全新的三维数字化设计,更能提升市场的竞争力。以及逼真的三维方案效果展示,也能提升项目的中标率,赢得更多的业务。
4、工作流程
1. 智能工厂设计与自动化的可交付成果
2. 灵活性,多专业设计

3. 数据的一致性和精确性
OpenPlant 方便维护最终的 P&ID 和 3D 模型在施工安装,运维阶段的实时更新。提供丰富的工程数据在整个项目生命周期中包含组件标记信息的智能轴测图,包括元件的标签信息、位号,制造项目代码和材料等。
4. 与其他软件的互操作性
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BRCM 的概念设计模块支持项目计划阶段材料和空间预估
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BRCM 的详细设计模块可精确布置 3D 桥架、埋管、电缆沟
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自动电缆敷设模块可准确计算电缆长度,重量以及容积率
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自动计算,并且通过三维模型可准确剖切二维图纸,可减少错误
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跟其他设计模型互相参考可协同设计并减少错误率
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能够绘制供电简图,进行短路电流计算
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快速创建主接线原理接线图
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创建 3D 变电站设备布置图
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使用 3D 导线设计模块进行导线设计
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使用导线拉力计算模块进行导线及架构受力分析,生成导线安装报表,指导施工
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使用过电压保护模块完成防雷和接地设计部分
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在三维信息模型的基础上,通过切图操作获得各种平断面图
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使用二次保护设计模块进行发变电组保护设计
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使用厂用设计模块完成厂用一次设计
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使用厂用二次设计模块完成厂用二次设计
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生成各种工程报表
建筑专业设计工具OpenBuilding Designer(OBD)
1. 提高协作能力
OBD建筑设计是一个多专业组合的专业协同设计软件,这其中包含了建筑设计结构、建筑暖通、建筑电气等模块在设计流程和实践中,这使得构建团队改善和促进合作的方式通过在一个统一的设计环境共享的一组工具和工作流,使解决问题更加容易。
2.在转移信息和修订过程中减少浪费的时间
由于OBD的互操作性和可伸缩性,可以集成内容的大小、类型、或格式。用更少的时间花在修订和转移信息上和用更多的时间花在设计上,它不仅能够支持小型项目,也能够运行大型项目,所以你可以将你的模型用在你需要的场合上。
自动生成信息丰富的可交付的成果,从中反映了建筑师最新的设计信息,你可以清楚地沟通设计意图。通过交付标准化的驱动方式,可交付的成果与强大的可视化功能相结合,可以快速识别有效的模型信息而不是工作信息,这样你就可以做出最好的设计决策。
4. 能够更快的应对客户的需求
OBD提供强大的设计建模环境,对于复杂的几何建模都能够胜任。此外,OBD具备异形体快速建模的能力,从方案设计模型到详细设计模型,都可以轻松应对,帮助设计人员应对各种可能遇到的情况。
5. 依据建筑性能评估实际能耗
OpenBuilding Designer可以帮助您评估实际的建筑能耗并据此生成逼真的可视化效果。通过多种建模及场景模拟,探索并确定最明智的设计方案。可以完成日光高度、斜度、照度及阴影的分析,并可以依据碰撞检查功能解决实际的建模冲突问题。
Proconcrete:
总图/场地专业设计工具 OpenRoads:
1.融合地质数据,利用测绘数据,实景模型和其他的地形数据,创建和分析地形模型。丰富的模板库,创建场地模型,优化开挖设计,灵活的道路模型设计,创建地下管网模型。
2.利用测绘数据、实景模型和其它的地形数据,可与所有主流品牌的数据采集设备进行数据交换,几乎可以处理所有的数据源:如原始数据、ASCII测站/偏距/高差、ASCII XYZ。可以处理不同来源的勘测数据,降低昂贵的、多余的数据转换。支持照片、点云生成的实景模型。
3.创建和分析地形模型。勘测数据、ASCII文件、MicroStation 2D/3D图形和数字标高图均可用作数据来源创建三角网。大量的分析工具,其中包括坡度、标高等分析工具。
4.创建场地模型。允许对不同的设计方案进行快速的浏览,并能通过功能强大的场地模型工具对设计进行可视化的编辑。Site模块最大的优势在于它能够很容易的建立和修改设计。拖放式的编辑功能,可大幅的提高工作效率。
优化开挖设计。功能强大的可视化工具,能够迅速展现设计成果。可用于工程项目的快速评估,从而选取最优的设计方案。

独一无二的直觉式使用界面
直觉式的使用界面在管道系统的建立及修改方面可以节省许多的时间。在图形上点取一点,你就可以随时插入、修改或者删除一个管件,支撑或一个载荷。对模型的任何一步操作后,应力分析模型都会实时的更行。
除了标准的图形输入界面外。AutoPIPE 也提供 Grid 表单式的输入。两种输入方式可以同时作用,及时更新。在表单里,各种管件和荷载可分别归类于不同的表格并可以依大小(如管径或长度)来排序,这样你就可以快速检验输入的数据是否正确。此外 AutoPIPE 具备 99 次撤消/恢复功能,可以实时恢复先前的错误操作。
高阶分析功能
AutoPIPE 提供独特的功能,包括地下管道、海上 FPSO 平台、海底管道分析以及动态荷载、非线性约束等,此外 AutoPIPE 也具备局部应力计算、时程分析、流体瞬间变化及安全阀计算、管架缝隙及摩擦力计算、夹套管计算及提供 25 种管道规范。
图形化显示分析结果
结果分析后,你可以点去图形上的任一物件来读取它的应力、变形、力和力矩。此外 AutoPIPE 会以颜色来表示管道的应力分布,让你很快的知道超出容许应力的部分,以节省读取大量报表的时间。AutoPIPE 提供超过 500 种的荷载组合,你可以过滤、排序及显示最大的结果值并以表单的方式显示于屏幕之上。

使用ContextCapture,您可以快速为各种类型的基础设施项目生成最具挑战性的反应现实环境的三维模型。而这一切,都源自您拍摄的普通照片。不需要昂贵的专业化设备,您就能快速创建细节丰富的三维实景模型,并使用这些模型在项目的整个生命周期内为设计、施工和运营决策提供精确的现实环境背景。
您不必在专业采集设备和相关培训方面投入很多时间和成本,就能经济实惠地开发精确的实景网格。您可以使用普通相机拍摄的超过100亿像素的照片轻松生成三维模型,获得精细的细节、锐利的边缘和几何精度。
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集成地理参考数据
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执行自动空中三角测量/重建
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采用可扩展的计算能力
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生成二维和三维GIS模型
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整合位置数据
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测量和分析模型数据
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发布和查看支持Web功能的模型
可视化渲染软件 LumenRT:
拥有 Bentley LumenRT,您无需成为计算机图形专家,便可将数字化栩栩如生的特性与基础设施模拟设计整合,为项目利益相关方创造震撼的视觉效果。这一革命性的实时可视化工具不但可供AECO行业的专业人士轻松使用,还能制作极其精美并易于理解的可视化文件。使用 Bentley LumenRT 您可以:
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运用包括各式车辆在内的运动元素以及使用各类车辆、移动的人、随风而动的植物、在某个季节微风吹拂下摇曳的树木、云卷云舒、潺潺流水以及更多元素模拟交通实况,让基础设施模型更有生气。 -
轻松生成能吸引注意力、 电影级别的图片和视频。 -
使用 Bentley LumenRT LiveCubes 与所有利益相关方共享交互式、呈现三维虚拟实境的演示。 -
在 MicroStation 中直接创建 Bentley LumenRT 场景,包含 V8i SELECTseries 和 CONNECT Edition,Autodesk Revit,Esri CityEngine,Graphisoft ArchiCAD,Trimble Sketchup 以及从更多领先的三维交换格式中引入元素。
施工可视化 4D Synchro:
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SYNCHRO PRO 通过单一的可视化四维界面,为团队提供创建、分析、编辑、报告和管理项目的媒介。
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SYNCHRO Workgroup Project 是一个数据库服务器,旨在协调对团队环境中SYNCHRO 项目数据的访问。
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SYNCHRO SITE 可在 iPad 上(目前在 Hololens 上)为团队提供四维进度报告和资源状态。将更新连接到 PRO 中的计划。
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SYNCHRO Scheduler可提交申请免费使用。使用传统的 CPM 方法进行规划和安排。无三维/四维。
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SYNCHRO Open Viewer 可提交申请免费使用。以四维方式实现可视化,并与整个项目团队进行协作。
Bentley 公司提出工程生命周期管理的概念,ProjectWise CONNECT Edition 正是基于此概念而产生,它把项目周期中各个参与方集成在一个统一的工作平台上,改变了传统的分散的交流模式,实现信息的集中存储与访问,从而缩短项目的周期时间,增强了信息的准确性和及时性,提高了各参与方协同工作的效率。
ProjectWise CONNECT Edition 工程内容管理及协同工作平台技术服务合同,通过此平台可以希望达到的目标可以概括为:
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在分散的团队间搭建连接人员与信息的桥梁
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与多专业团队开展协作
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提升项目效率和项目交付质量
6、案例分享

Bentley 应用软件:
张家港华美超薄带项目设计共使用了Bentley公司软件体系中的8个模块,涵盖了冶金行业厂房、建筑、结构等多个设计专业。
Bentley 实施优势:
中国恩菲—黑龙江省哈尔滨市双琦生活垃圾发电厂改建工程项目
湖北省电力勘测设计院——诺瓦布甘杰重油发电项目
项目位于孟加拉国西部的诺瓦布甘杰市,总装机容量 100MW,项目为湖北院 EPC 总承包,用于向孟加拉国家电网输送电力,电厂由 12 台8924KW,重型柴油发动机组,配 7 台余热锅炉所需的主副机设备。
工程特点结合湖北院在发电项目数字化设计推广应用的实际情况,决定对本工程全专业采用数字化设计,各专业采用 Bentley 数字化设计专业平台,对全厂进行布置设计,采用协同设计管理平台对设计资料、过程文件、设计成品等文档进行过程控制、管理及归档。覆盖全部专业包括:热机,化水,电控,土建等全部相关专业。采用 Bentley 公司的数字化工厂设计系统解决方案,并通过我院的二次开发和定制,形成了一套高效、合理的适合发电行业的解决方案。
通过以 MicroStation 为基础平台的工厂数字化设计系统以及协同平台 ProjectWise,完成了布置设计以及设计过程中上下游资料互提、模型校审等协同设计工作。
基于 Bentley 软件作为数字化平台。各专业同步并行设计,使用ProjectWise 来实现协同管理。同时采用了数字移动应用解决方案,使用 iPad 端实现设计与现场的数据同步共享。采用 Bentley 的设计系统,最大程度的减少了设计差错的出错率,实现了设计进度的全程控制,通过数字化移交技术,实现了施工现场零碰撞,精准的材料管理。数字化数据也为项目创造了更多的价值。
中煤科工集团北京华宇公司—陕西省小庄矿井选煤厂
小庄选煤厂为特大型选煤厂,选煤厂主厂房配套的洗选能力最大能力为10.0Mt/a。小庄选煤厂的主要工艺及技术核心,就几乎全部集中于主厂房内,其中共有大小各类设备约150余台(套)。主厂房作为选煤厂最复杂、最核心的部分,传统二维设计中管路与设备碰撞十分严重,造成施工期间变更费用激增也严重影响工期。
本次参与的专业有选煤、管道、建筑、结构、总图、道路、给排水及暖通专业。各个专业在ProjectWise三维协同软件的帮助下,以MicroStation为基础平台,很好地分步协同完成了以小庄选煤厂主厂房为核心的三维信息模型项目建设,完成了推广应用模块化选煤厂的三维设计、进度模拟及运维演示的相关测试和实践工作,完成了选煤厂三维设计的相关建设标准与规范的初步制定,并且提高了本公司对于类似招投标项目的技术水平和影响力。通过各专业的各类软件工具,不仅极大地丰富了选煤厂的各类设备数据库和管件数据库,定制了相关的设备及管件制定及审核标准,而且借助ProjectWise平台,实现了各专业之间的协同设计流程,定制了协同工作的相关工作空间、工作流程和初步的审查程序。
信息技术在本次设计中的优势:
1)利用ProjectWise平台实现各专业实时协同设计,利用Navigator完成了厂房内管道、设备、桥架、土建等各专业的碰撞检查,明显提高设计质量。此次主厂房标准化设计,在建模阶段因三维可视性即解决了传统二维设计中大量的碰撞问题,通过总装模型的漫游和碰撞检查,又解决了620个碰撞点,通过Navigator软件对这些碰撞点进行了批注和处理。
2)统一设计平台,定制标准元件库和Part样式,结合Workspace推送实现标准化设计。
3)团队协同工作,大幅提高工作效率。原本需要45天的厂房设计,在使用了Bentley三维设计模块后,设计时间缩短为24天,并将设计错误率减少了95%,设计精细化程度提高了40%以上。
4)多样的展示手段,奠定了华宇公司作为煤炭行业龙头的地位,制作了多视角三维剖切展示图,三维漫游视频,得到业主的高度认可。证明在煤炭采选行业采用三维设计是没有问题的。
该项目的目标是简化炼油厂的配置,提高附加值,CPC正在建设一个容量为80000 bpsd的重油催化裂化装置以及相关设施。该项目将被命名为6号环烷烃裂解炉和重油催化裂化装置,有助于简化炼油厂配置,提高附加值。CTCI公司是亚洲领先的EPC公司,负责这一3年项目。这是台湾中油第一个采用ProjectWise作为电子工程文件管理系统的大型工程总承包项目。过去,项目经理只是使用传统的电子邮件将文件、打印的文件/图纸传送到纸上,以供进一步评论和审查。通过为这个大型项目实施ProjectWise,CPC和CTCI可以在同一个环境中无缝协作,有效地传递信息,而不会出现任何延迟和差距。
CPC有一套标准文件管理和控制方面的项目执行。他们的项目规范清楚地定义了项目归档结构、文件属性、文件代码以及与P&ID图纸的组件数据链接。准备好这些标准后,CPC和Bentley可以在最短的时间和努力下,共同将所有标准实施到项目中。ProjectWise实施的另一个目标是使CPC作为业主扩展在ECP阶段创建的数据/文件,以便在O&M中重用。这包括将所有有价值的信息同步到工厂操作员,并创建额外的工厂组件层次结构,包括包装、设备、工艺线和仪器。这将允许工厂操作员按标签号定位相关文件。