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BIM技术在煤矿巷道设计中的应用研究

2021-10-15 15:30:01作者:中煤科工集团北京华宇工程有限公司西安分公司 何利辉 李朝军 张文治来源:

摘要  为满足数字化矿山的建设需求,煤矿行业逐步向工程数字化过渡。  数字化实施的基础是基于BIM的三维信息建模技术。该技术具有简单、快 ...

  为满足数字化矿山的建设需求,煤矿行业逐步向工程数字化过渡。

  数字化实施的基础是基于BIM的三维信息建模技术。该技术具有简单、快捷高效、展示直观、全生命周期管理等特点,对提高煤矿设计质量及科学管理水平具有重要的促进作用。

  开发平台选型

  目前,市场上主流的工厂级BIM设计平台没有面向煤矿行业的。从开发周期与难易程度上考虑,煤矿巷道数字化设计主要通过二次开发实现。因此,我们需选择合适的平台进行二次开发。

  与其他平台软件相比较,Bentley公司的所有软件在同一协同平台下,使用同一种数据格式进行共享与交互,配合其三维开发能力,可以最大程度解决大型、复杂工程项目多源异构、混合型数据的融合问题。

  其特有的EC(Engineering Content)技术可为三维模型附加图形数据,从而解决模型与数据的关联问题。另外,Bentley的产品是面向全生命周期的,设计阶段的模型与数据可以无缝进行阶段间传递,以满足下一阶段的使用需求。综上,我们优先选择Bentley公司的MicroStation作为巷道设计系统的二次开发基础平台。

  系统设计

  煤矿巷道数字化设计流程分为三层:顶层为基础数据层,包括中线数据、断面参数、支护参数、布置参数等;中间层提供三维建模,以及模型与数据的关联服务;底层主要实现设计成果的多元化应用。

  根据系统设计流程,规划的巷道设计系统的主要功能模块包括巷道参数化建模、硐室建模、输出二维图、工程算量、施工模拟、设备管理等六部分。

  巷道参数化建模功能是根据巷道中线、断面、支护、布置等设计数据建立巷道信息模型。为简化流程,本次设计仅考虑矩形、半圆拱形、三心圆拱形等标准化断面。

  硐室建模应用于变电所、避难所、医疗等候硐室等硐室工程。先利用巷道参数化建模工具将主体部分分步建模,然后依次对各主体之间的模型进行剪切与布尔运算,最后附加属性数据库数据,即可得到硐室信息模型。

  在输出二维图方面,MicroStation平台具备模型动态剖切技术,三维信息模型能够直接关联二维符号,软件自身优秀的尺寸与工程属性参数化标注功能也可以直接应用到开发过程当中。基于该技术,可将三维巷道信息模型按照任意剖切方向,一键输出满足施工需求的二维图纸,既可以避免人为错误,也节省了大量的后期修改时间。

  在工程算量方面,由于三维信息模型是模型与信息的综合体,模型是信息的载体,因此,通过三维模型元素获取附加到模型上的属性数据之后,即可进行工程量与材料量的统计与计算,并能够以自主定制的格式进行输出,后期还可以结合工程定额库进行工程概预算。BIM算量是三维信息模型的核心应用,从三维信息模型里读取工程量简便快捷,免去了算量的繁琐工作,尤其是在复杂类工程变更较多的情况下较为适用。

  施工模拟是将三维信息模型加上时间维度进行施工仿真模拟与进度管理,亦称为4D技术。我们可以在4D模型中计划、管理、模拟、跟踪和审查施工项目,辅助项目实现按时、按预算施工。4D进度管理提高了建设项目的安全性、可靠性、可预测性和质量,通过避免返工和提前发现进度问题实现成本节约。4D技术用于辅助决策,有助于降低发生问题的风险。该功能需结合Bentley公司的项目进度管理软件SYNCHRO来实现。

  设备管理包括设备布置与分类统计,将BIM技术纳入设备管理,基于BIM提供设备添加、查询、更新等的信息共享及可视化操作平台,实现设备设施的高效管理,既能够实现设备的自动化设置,还可对各专业设备的几何与工程属性自动统计,后期还可以整合分析设备运行维护管理信息。

  工程应用

  巷道工程数字化设计系统分别在神华神东哈拉沟煤矿和陕煤集团张家峁煤矿进行了应用,据此建立的三维开拓信息模型,自动输出部分图表。应用结果表明,工程算量快而准确,二维成图快且自动化程度高,设计质量及效率得到明显提升。

  同时,利用特殊视听设备可以直接对BIM设计成果进行虚拟体验,张家峁煤矿设计的360全息展示系统,实现了视频播放、移动端控制、直接操控展示三种模式,满足了采掘工程方案设计、人员培训、安全管理、应急救援等多样化需求,拓展了三维数字化设计成果应用场景的外延。

  此外,在施工方面,利用BIM技术可对现场施工方案进行模拟,以确定最优化方案,避免施工返工,并可精确确定不同施工阶段的材料用量,实现阶段性成本控制,规范及提高整体施工水平。在运营过程中,通过GIS与BIM的融合,利用物理模型、传感器数据,在数字空间中完成映射,从而反映相对应物理空间的全生命周期过程,实现虚拟世界与现实世界的结合,提高项目综合管控能力。

  以BIM技术为依托、参数化建模方法为指导,在MicroStation平台下建立的煤矿巷道数字化设计系统,实现了巷道的参数化建模、工程算量、一键输出平面图表,以及设备管理的功能,满足正向设计需求,解决了传统二维设计向智能三维设计过渡的问题。


责任编辑:霍娜

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