隨著(zhù)光電、半導體、制藥、醫療、航空航天及精密制造等各類(lèi)需求潔凈環(huán)境的行業(yè)的發(fā)展，潔凈室結構變得更加復雜，潔凈等級要求也越來(lái)越高，風(fēng)、水、氣、電及其他各種特殊管線(xiàn)、設備組織越來(lái)越復雜，需要協(xié)同的設計施工等單位越來(lái)越多，各種設備管線(xiàn)的碰撞及各施工單位施工過(guò)程碰撞越來(lái)越多，需要無(wú)塵車(chē)間技術(shù)人員提高對工程組件和施工過(guò)程的預知能力。三維設計及可視化設計為此提供了條件，為解決設計工工中所面臨的問(wèn)題提供了可能。
三維設計集成工程項目中各種相關(guān)的信息與數據，提供了可視化的思路，將設計圖紙中線(xiàn)條式的構件以三維立體實(shí)物的形式展現出來(lái)。設計師通過(guò)建立三維模型，并依據模型存儲了包括：平面圖、立面圖和剖面圖、表格、文字說(shuō)明及材料清單等所有的相關(guān)信息。這些信息全部根據模型生成，并隨著(zhù)模型的改變而調整。
可視化的模型使結構直觀(guān)模擬成為可能，使碰撞檢查及優(yōu)化效率更高。目前三維設計技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設計、動(dòng)畫(huà)設計及機械、飛機、汽車(chē)、造船業(yè)、建筑等多個(gè)行業(yè)中廣泛應用。尤其是建筑業(yè)，近幾年發(fā)展迅速，BIM即是以三維數字化技術(shù)為基礎的建筑信息模型，現已在全球范圍內得到建筑業(yè)界的廣泛認可。國內，涌現出一大批相關(guān)三維數字技術(shù)軟件，并各有專(zhuān)長(cháng)，在建筑設計施工中應用也已經(jīng)如火如荼，如深圳灣體育中心，深圳平安大廈，上海巨無(wú)霸上海中心等大型樓宇場(chǎng)館均使用了BIM技術(shù)，工業(yè)園區建筑也在逐步引入BIM，如正在建設的深圳灣科技生態(tài)園。
潔凈行業(yè)與建筑緊密聯(lián)系，在設計施工中也應當根據行業(yè)的特點(diǎn)引入三維設計技術(shù)，提高無(wú)塵車(chē)間設計施工水平。
三維設計技術(shù)特點(diǎn)及應用價(jià)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(guò)三維效果圖、虛擬漫游、虛擬施工、虛擬剖切等手段將隔離系統、送回風(fēng)系統、空調水，蒸汽、純水、純氣、電器管線(xiàn)及潔凈設備、過(guò)濾末端、照明直觀(guān)展示給工程設計人員、施工人員及業(yè)主（圖1）。
參數化設計
三維建模過(guò)程即是參數化設計，將潔凈室構件、設備，包括管線(xiàn)以及外部建筑通過(guò)參數屬性定義，并通過(guò)這些屬性自動(dòng)統計、計算、分析，對三維模型參數修改、調整達到細節設計精確設計的目的和模型驅動(dòng)的作用。結合可視化效果圖，工程圖紙將工程信息準確傳達到工程技術(shù)人員及項目管理人員。
在無(wú)塵車(chē)間項目設計中，工程圖各個(gè)視圖與三維模型參數實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，在設計中或者評審過(guò)程中增加、刪除或者修改三維特征時(shí)，各個(gè)視圖全部自動(dòng)更新，提高設計與設計變更效率，減少漏畫(huà)、少畫(huà)等工程圖失誤發(fā)生(圖2)。無(wú)塵車(chē)間涉及到暖通空調、給排水、建筑、電氣、自動(dòng)控制、機械、結構等多個(gè)專(zhuān)業(yè)。工程設計中，尤其是大型潔凈項目中，各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員需要各自開(kāi)展工作，同步進(jìn)行，而各專(zhuān)業(yè)人員對其他專(zhuān)業(yè)知識了解有限，造成溝通不暢，協(xié)同困難（圖3）。在參數化三維設計中，各專(zhuān)業(yè)設計僅需基于相同的三維設計平臺就可以實(shí)現多專(zhuān)業(yè)、多團隊的協(xié)作，輔以實(shí)時(shí)協(xié)同與階段性的控制點(diǎn)協(xié)同，三維校審等方法，及時(shí)解決各種錯漏及碰撞，提高無(wú)塵車(chē)間的設計質(zhì)量與設計速度。三維設計是參數化設計，模型構建完成后可以利用設計平臺自身的分析功能進(jìn)行基本的參數分析，對于一些特殊的模擬，如：CFD對潔凈室氣流組織模擬、熱傳導與熱流組織模擬?？梢岳迷O計平臺的格式轉換工具，將三維設計模型轉化為適合分析平臺或軟件認可的格式，再在轉換格式的基礎上進(jìn)行修改調整即可對模型進(jìn)行功能分析與調試，無(wú)需二次建立三維邊界。通過(guò)對設計成果參數分析，指導送回風(fēng)、照明、設備及出入口等結構布局，為潔凈度、氣流速度、氣流組織等功能參數優(yōu)化提供依據，消除使用過(guò)程中可能存在的隱患，實(shí)現建造成果可控。三維設計帶來(lái)了直觀(guān)的可視化三維模型、準確的二維表達的工程圖紙和詳盡的自動(dòng)生成的包含功能參數及性能特點(diǎn)的物料清單，使設計成果交付更加直觀(guān)、詳盡，成為無(wú)塵車(chē)間設計交付或者設計交底的新模式。三維設計在無(wú)塵車(chē)間中的應用優(yōu)勢隨著(zhù)無(wú)塵車(chē)間技術(shù)的發(fā)展與管理水平的提高，無(wú)塵車(chē)間項目管理與其他項目管理一樣將由粗放型向集約型轉變，要求設計文件更加詳細、準確，要求工程設備及配件更加精密，促進(jìn)潔凈室施工模式向裝配模式轉變。裝配模式致使無(wú)塵車(chē)間項目的方案設計、施工圖設計、施工過(guò)程所占用工期比例改變。以某無(wú)塵車(chē)間項目為例，二維設計方式和三維設計方式各階段占用的工期如圖4。從圖4可看出，二維設計中，設計人員根據以往經(jīng)驗及參數進(jìn)行設計，花費大量的時(shí)間在制圖、清單編制和協(xié)調上，而與項目質(zhì)量關(guān)系密切的方案比選、專(zhuān)業(yè)技術(shù)設計等重要部分卻花費的時(shí)間比較少。三維設計由于可以自動(dòng)生成各種工程圖紙和清單，提高了無(wú)塵車(chē)間項目的設計效率和質(zhì)量，設計人員有更多的時(shí)間用在三維模型及方案的比選，專(zhuān)業(yè)設計、優(yōu)化及協(xié)同上，詳細的三維模型設計及優(yōu)化協(xié)同的結果也促進(jìn)潔凈室構件尺寸更加精密，參數化的構件設計圖紙更適宜于工程構件工廠(chǎng)化、標準化生產(chǎn)、縮短現場(chǎng)施工時(shí)間，工程構件的產(chǎn)品化生產(chǎn)進(jìn)一步促進(jìn)裝配式施工模式發(fā)展。虛擬裝配促使現場(chǎng)施工簡(jiǎn)易化，提高質(zhì)量與二維設計相比，三維設計中，潔凈室構件通過(guò)參數化三維數據展現，工程計算以三維建模相融合自動(dòng)更新，數據信息完整，傳遞過(guò)程無(wú)信息損失，可以進(jìn)行校核計算及模擬，并且可以根據計算結果調整設計參數（圖5，圖6）。設計調整后的三維設計成果與實(shí)物構件一致?？蛇M(jìn)行虛擬裝配施工，使無(wú)塵車(chē)間從3D設計轉向4D施工。潔凈室虛擬施工即先試，后建。即在開(kāi)工之前，基于虛擬環(huán)境，模擬、分析、檢測設計結果與施工組織設計方案的可行性，進(jìn)而優(yōu)化和調整，獲得最佳方案。因此虛擬施工不僅僅是一個(gè)設計繪圖過(guò)程，而是設計方案、成果比選過(guò)程。在潔凈室虛擬施工中，除了虛擬的所有潔凈室原型構件外，還需要通過(guò)三維可視化平臺創(chuàng )造一個(gè)虛擬的現實(shí)施工環(huán)境，資源模型及過(guò)程模型，實(shí)現施工過(guò)程有效可視化模擬。通過(guò)原型構件的模擬施工，減少各系統間結構碰撞與工期碰撞優(yōu)化設計方案與施工方案，提高設計準確度與設計精確度，提高施工精度和無(wú)塵車(chē)間質(zhì)量。在無(wú)塵車(chē)間中，工程的規模及復雜程度一般沒(méi)有大型建筑工程大，所以不會(huì )建立工期．成本數學(xué)模型，再通過(guò)復雜的迭代過(guò)程優(yōu)化成本。在無(wú)塵車(chē)間中，可通過(guò)三維設計與施工技術(shù)將工程項目分部、分段，通過(guò)三維可視化模型，對施工過(guò)程進(jìn)行模擬，構件材料更加精確（圖1）。模擬過(guò)程對施工方案優(yōu)化以使施工組織更加合理、有序。通過(guò)提高人、材、機綜合配備能力和提高施工管理能力來(lái)降低損耗和成本。三維技術(shù)在無(wú)塵車(chē)間中的應用
目前三維設計平臺及軟件較多，包括各種建筑BIM軟件，如Autodesk的Revit等；機械類(lèi)的如Pro-e，Solidworks的三維工程軟件等。但結合無(wú)塵車(chē)間裝配式施工的特點(diǎn)，建筑BIM軟件、機械類(lèi)的軟件都有欠缺，這也是為什么無(wú)塵車(chē)間行業(yè)在三維設計及應用方面發(fā)展緩慢的原因。以下以某項目Solidworks模型為例介紹無(wú)塵車(chē)間三維設計及應用過(guò)程。步驟1，虛擬現實(shí)：對外部環(huán)境，如建筑等建模，也是設計師對環(huán)境的立體認識，也可以由其他BIM軟件轉換外部現實(shí)環(huán)境載入。步驟2，建立基準面模型：根據建筑網(wǎng)格及虛擬現實(shí)模型，潔凈室的主要構件等高線(xiàn)建立基準面，方便后期各類(lèi)組件裝配、定位，以及在方案設計，施工圖毆計，施工等階段組件替換，模型調整、修改。步驟8，總平面圖，各系統詳圖轉換，物料清單生成（如圖2）。目前，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)逐漸被廣人世計、施工人員接受并運用，也是工程技術(shù)發(fā)展的方向。但無(wú)塵車(chē)間中較少應用到，在無(wú)塵車(chē)間設計和施工中引入并應用三維設計技術(shù)及4D/5D技術(shù)，創(chuàng )建潔凈室信息模型，使潔凈室在設計建造過(guò)程更加高效，在整個(gè)運行壽命期內更加節能、綠色、環(huán)保。
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