文学与艺术的碰撞范例6篇

文学与艺术的碰撞

文学与艺术的碰撞范文1

【关键词】 高强板材 汽车 耐撞性

1 试验过程

本文用于仿真和试验研究的对象为某款 SUV车第四横梁帽形加强板,材料是高强低合金钢 HSLA300,屈服应力350MPa,设计厚度是1.1mm,实验中为便于安装到台车上,用线切割工艺加工成长度为135mm。试验在自行开发的台车碰撞试验平台上进行,在碰撞开始的瞬间,启动数据采集系统,以获得碰撞时的速度、加速度、碰撞力等所需试验数据。实验台车重100kg,在两侧弹性绳的牵引下沿导轨撞向刚性墙。实际试验时,帽形件是通过焊接工艺安装到台车前端面上的,为了消除零件端部因焊接引入的影响,经过反复调试(调整两侧弹性绳的数目),选定以初始速度4.9m/s进行碰撞,使得碰撞结束后零件只有前半部分发生压溃变形。另外,零件的安装位置通过台车的纵向对称面并与台车重心处于同一水平面上,这与仿真分析的设置是一致的。力传感器、速度传感器及三向加速度传感器位于台车前端安装面板背面,仿真中输出此点的信息以进行对比。

2 试验结果

经冲压工艺后的成形件都是带有成形效应的,根据成形仿真预示和实际生产经验,本例中的帽形加强板平均产生了0.1的塑性应变,厚度减薄大约10%,即冲压成形后的零件屈服应力σf由350MPa 上升为460MPa,而厚度t由1.1mm减薄为0.99mm,根据平均碰撞力公式[1,2]:

其中,L=4f+2w+2h,f为法兰高度,h为截面高度,w为凸缘宽度,t为材料厚度,σf为平均流动应力,可以计算出单帽形梁轴向压溃时的平均碰撞力为:Fm=8.22×2201/3×460×0.995/3≈2.24×104N。

试验测得的碰撞力-时间曲线如图1,计算其平均值为2.31×104N,与平均碰撞力公式计算得到的理论值比较吻合,误差约为 3.1%。在通常情况下,材料的屈服应力σf=350MPa,t=1.1mm,计算可以得到其平均碰撞力为1.99×104N,这与平均碰撞力公式得到的理论值误差较大,约为11.3%。

根据实际生产工艺情况,该帽形件成形仿真中采用双动拉伸,压边力设置为恒定值25吨,状态良好,摩擦系数取0.125,为了缩短仿真计算时间,虚拟拉延速度设为5000mm/s,压边间隙固定为 1.1*t(t为板料厚度)。初始板料形状为矩形,厚度t=1.1mm,尺寸为 135*125mm,HSLA300材料的成形参数为强度系数632K/MPa,应变硬化指数为0.15,0度、45度和90度各向异性系数都为1.03。

材料在屈服滑移之后重新加载,变形抗力会增加,力学性能发生变化,材料冷作硬化的程度与塑性变形量有关,对同一个冲压件,不同部位在冲压过程中的塑性变形量是不同的,所以从精确分析的角度来说,应该对计算模型中的各个单元施加不同的等效塑性应变才能正确地模拟冲压后零件的真实情况。本文中单帽形件在25t恒定压边力条件下经增量法成形及切边回弹后的塑性应变分布如图2(a)。 在距离前端面65mm处横截面(A-A)的等效应变大小如图2(b)。

零件侧壁由于成形过程中的挤压和摩擦力的作用,变形比较剧烈,成形后等效塑性应变较大,最大值达0.25,而纵梁底部及法兰区较平坦,残余应变较小。若材料发生0.1的塑性应变,其屈服应力将由350MPa上升到460MPa,提高110MPa,可见塑性硬化对材料屈服强度的影响很大。

大部分文献资料在成形模拟中使用自适应网格技术,导致成形结果中的模型网格尺寸较小,为了保证仿真精度,以3mm网格尺寸生成有限元模型,并以LS-DYNA为求解器进行板料成形及切边回弹模拟,后续碰撞过程采用同一套有限元网格,并采用网格信息映射技术,将模拟结果dynain文件中包含的成形后板料网格的几何、厚度、残余应力、塑性应变等信息引入到碰撞性能分析的有限元模型中。由于采用的两种网格是一致的,它们之间的信息映射应该是一一对应的,可以在实际生产过程中得以推广应用。

参考文献:

文学与艺术的碰撞范文2

【关键词】Division Mockup;装配仿真;数据转换;模型渲染

计算机图形学技术与虚拟现实技术的相结合发展给机电产品的装配理念带来了变革,引发了新兴技术-虚拟装配技术的发展。虚拟装配技术的提出可以使得产品在设计初期针对产品数字化样机在三维虚拟仿真软件上进行装配仿真验证以及装配工艺制作等等。

Division Mockup是美国PTC公司推出的一款装配过程与验证软件,可以用来进行产品的零部件之间的碰撞干涉检验、装配路径规划、装配运动仿真及装配视频动画录制等,具有很强的图形仿真功能。通用三维CAD设计模型无缝导入到Mockup中,就可以进行产品样机的数字化装配过程仿真与验证。Mockup通过应用接口获取的数字化模型具有轻量化的特点。鉴于这两方面,Mockup已经成为进行机电产品装配动画制作的主流软件,甚至在航天和船舶等大型复杂机电产品上都有许多成功应用的案例。

基于Mockup的虚拟装配系统主要由人机交互层、应用层、核心服务层和数据层等4层组成。人机交互层主要功能是借助于三维鼠标和数据手套等人机交互设备进行虚拟场景的漫游、零件及视角的转换运动等;应用层主要包括三维装配模型建立与管理、数据转换接口开发、装配工艺规划和装配现场动画制作等;核心服务层主要为应用层提供基本技术支持包括碰撞检测、约束识别和行为控制等;数据层主要用于保存虚拟装配系统相关数据信息。

Division Mockup操作界面简单,但是针对复杂机电产品,如何进行实时高效的装配过程仿真制作是一个难点。本文针对这一问题,首先提出了数据接口转换方法以获取复杂产品的轻量化模型;其次提出了余零件挂起、材质纹理映射和光源视角制作等三种技术以优化模型空间及可视化效果;最后提出了模型二分法管理、包围盒碰撞干涉检查、细节渲染及工装工具定义等技术以实现复杂产品高效地装配仿真。

一、数据转换技术

大部分Division Mockup使用者都是中间格式转换的方式获取用于装配仿真的数字化模型,一般若是Pro/E设计的产品则采用*.ed格式,其它软件则是采用*.stl格式。这两种格式得到的模型虽然是面片模型且具有轻量化的特点,但是在转换过程模型的纹理材质等信息会丢失,只是保留了模型零件的坐标位置和几何形状信息。

实际上,Division Mockup提供了一个DOS下运行的dvconvert转换模块,将多种标准CAD数据转化成后缀为vdi格式的文件,装配体模型按照这种方法转化后也可以生成5个文件夹:geometry、material、olfiles、texture、vdifiles。Geometry中为bgf文件,记录了模型的几何形状及特征信息;Material中为bmf文件,记录了模型的颜色、质地、纹理、光源等信息;Olfiles中为ol文件,存储了模型的几何描述信息;Texture中包含环境设置文件等;Vdifiles中的vdi文件存储了模型的结构,此文件是Division Mockup标准格式文件。以某汽车为例,基于Pro/E模型采用dvconvert模块进行模型转换,得到的vdi文件如图1所示。转换后得到的Mockup文件主要包括头文件、定义库及字义零件三部分。

二、装配动画制作关键技术

导入到Mockup中的模型的功能结构目录树反映的是零部件的从属关系,为了高效地进行零部件顺序装配,需要对功能结构树进行编辑和更改。功能结构树的更改基于Division Mockup提供的创建空零件(create new part)来实现,每个空零件对应每一个装配工步,里面包含了当前工步内的所有子零件,目录树的结构采用二分法的思想,满足以下三方面的基本原则:① 装配的位置和从属关系要求;② 装配的顺序和路径规划要求;③ 装配的并行和联动关系要求。

以某汽车模型为例,采用上述思想编制的功能结构树如图2所示。从编制好的功能结构树可以直接得到此汽车的各部分组成,每个部件以其子零件的装配顺序。Division Mockup提供了基于AABB包围盒的碰撞检测功能,具体的操作过程是向有可能互相发生碰撞的零件添加碰撞属性,再添加发生碰撞时触发的行为,如发出声音或者零件材质颜色改变等。对于仅需要向几个零件添加碰撞属性的模型来说这么直接使用是可以,但如果模型紧凑且零件数量庞大,需要添加的碰撞属性的零件达到几十个甚至上百个时,若还是这么都直接添加就会造成装配仿真动画录制的时候渲染失真或者出现迟钝现象。为了解决这一问题,可以利用Division Mockup提供的LOD设置来解决这个问题。LOD就是细节层次表达,体现在模型上就是需要渲染的三角面片的数量,LOD值设置越高则需要表达的面片数量越小,在不考虑电脑配置前提下只要不影响零部件外形,可以尽量的将LOD值设置得尽可能高。图3反映的是针对某增压器在进行碰撞检测时有无设置LOD值的效果。前一副图采用的是系统默认的LOD值,由于增压器内部细小零件繁多且空间狭小,添加碰撞属性的零件很多导致在进行动态干涉检测时发生了图形渲染失真的现象。后一副图反映的是经过增大LOD值后,在进行干涉检测时图形渲染流畅并且零部件外形无变化。

三、结论

本文提出了若干关键技术使得复杂机电产品在Division Mockup中能够进行实时、高效及逼真的装配仿真。采用了dvconvert转换模块,在保证模型几何信息、位置及材质的前提下获取了适用于Division Mockup的轻量化模型。最后以二分法管理模型结构目录树,结合碰撞检测及LOD层次表达,提高了Division Mockup中装配工艺规划的效率。下一步的研究工作将围绕Division Mockup中如何实现工装工具操作空间验证展开。

参考文献:

[1] 赵鸿飞, 张琦, 苏凡囤等. 桌面式虚拟装配训练评价系统设计与实现[J]. 理工大学学报: 自然科学版,

[2] 彭程. 机电产品的虚拟装配系统研究与设计[D]. 大连海事大学, 2010.

[3] Huang W S, Chen Q, Wang M Z, et al. The Research and Implementation of Virtual Training System Based on DIVISION Mockup and Position Tracker [J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 263: 1536-1542.

文学与艺术的碰撞范文3

“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“是根据王绍文教授提出的多相流动物系反应控制惯性效应理论,结合给水工程初中,经近十年的研究而发明的。该技术涉及了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。  

理论上,首次从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了深入的研究,提出了“惯性效应“是絮凝的动力学致因,湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素,并建立了絮凝的动力相似准则;首次指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程,而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应,特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。由于新理论克服了现有传统给水处理技术理论上的缺陷和实践上的不足,因而导致了在给水处理技术上的重大突破。  

实践中,发明了串联圆管初级混凝设备、小网格反应设备、小间距斜板沉淀设备等三项专利。目前这项新技术已在大庆市、宾县、海伦市、抚顺市、清原县、秦皇岛市等地自来水公司成功地推广使用,取得了明显的经济效益和社会效益。工程实践证明:此项技术用于新建水厂,构筑物基建投资可节约20-30%;用于旧水厂技术改造,可使处理水量增加75%-100%,而其改造投资仅为与净增水量同等规模新建水厂投资的30%-50%。采用此项技术可使沉淀池出水浊度低于3度,滤后水接近0度,可节省滤池反冲洗水量50%,节省药剂投加量30%,大大降低了运行费用和制水成本。  

这项技术适应广泛,不仅对低温低浊、汛期高浊水处理效果好,同时,对微污染原水具有较好的处理效果。可利用最小投资,取得最大效益,充分发挥现有供水设施的潜力,在短时间内缓解城市供水短缺状况,促进城市的经济发展。  

二、“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“的工作机理  

(一)混合  

混合是反应第一关,也是非常重要的一关,在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水体中的每一个细部,使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚,这样才能得到好的絮凝效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱与凝聚,可以把这个过程称为初级混凝过程,但这个过程的主要作用是混合,因此都称为混合过程。  

混合问题的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题,使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚,是取得好的絮凝效果的先决条件,也是节省投药量的关键。传统的机械搅拌混合与孔室混合效果较差。近几年,国内外采用管式静态混合器使混合效果有了比较明显地提高,但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清,故也防碍了混凝效果的进一步提高。混凝剂水解产物在混合设备中的扩散应分为两类:(1)宏观扩散,即使混凝剂水解产物扩散到水体各个宏观部位,其扩散系数很大,这部分扩散是由大涡旋的动力作用导致的,因而宏观扩散可以短时间内完成;(2)亚微观扩散,即浊凝剂水解产物在极邻近部位的扩散,这部分扩散系数比宏观扩散小几个数量级。亚微观扩散的实质是层流扩散。因此使混凝剂水解产物扩散到水体第一个细部是很困难的。在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。  

例如高浊水的处理中,混凝剂水解产物的亚微观扩散成为控制处理效果的决定性因素。由于混凝剂的水解产物向极邻近部扩散的速度非常慢,在高浊期水中胶体颗粒数量非常多,因此没等混凝剂水解产物在极邻近部位扩散,就被更靠近它的胶体颗粒接触与捕捉。这样就形成高浊时期有些地方混凝剂水解产物局部集中的地方矾花迅速长大,形成松散的矾花颗粒,遇到强的剪切力吸附桥则被剪断,出现了局部过反应现象。药剂没扩散到的地方胶体颗粒尚未脱稳,这部分絮凝反应势必不完善。这一方面是因为它们跟不上已脱稳胶体颗粒的反应速度,另一方面是因为混凝剂集中区域矾花迅速不合理长大,也使未脱稳的胶体颗粒失去了反应碰撞条件。这样就导致了高浊时期污泥沉淀性能很差,水厂出水水质不能保证。按传统工艺建造的水厂,在特大高浊时都需大幅度降低其处理能力,以保证出水水质。这是由于过去工程界的人们对亚微风传质现象不认识,对其传质的动力学致因也不认识,因此传统的混合设备无能力解决高浊时混合不均问题,这不仅使水厂在特大高浊时大幅度降低处理能力,而且造成药剂的亚重浪费和造成出水的PH值过低。  

亚微观扩散究其实质是层流扩散,其扩散规律与用蜚克定律描写的宏观扩散规律完全不同。当研究尺度接近湍流微结构尺度时,物质扩散过程不一定是从浓度高的地方往低的地方扩散。在湍流水流中亚微观传质主要是由惯性效应导致的物质迁移造成的,特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。我们发明的串联管式初级混凝设备和管式微涡初级混凝设备,就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应来克服亚微观传质阻力,增加亚微观速率。生产使用证明这两种设备在高浊时混合效果良好,不仅比传统的静态混合器可大幅度增加处理能力,也大大地节省了投药量。  

(二)反应  

絮凝是给水处理的最重要的工艺环节,滤池出水水质主要由絮凝效果决定的。传统廊道反应、回转孔室反应以及回转组合式隔板反应的絮凝工艺,水在设备中停留20-30分钟,水中尚有很多絮凝不完善的小颗粒。近年来,国内出现了普通网板反应;国外推出了折板式与波形板反应设备,使絮凝效果有了比较明显地改善。但由于人们对絮凝的动力学本质认认不清楚,也就防碍了絮凝效果的进一步提高。  

1、絮凝的动力学致因  

絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决于下面两个因素:一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力,这是由混凝剂的性质决定的;二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞,这是由设备的动力学条件所决定的。导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么,人们一直未搞清楚。水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因。按照这一理论,要想增加碰撞几率就必须增加速度梯度,增加速度梯度就必须增加水体的能耗,也就是增加絮凝池的流速,但是絮凝过程是速度受限过程,随着矾花的长大,水流速度应不断减少。而在工程实践中,网络反应池在网格后面一定距离处水流近似处于均匀各向同性湍流状态,即在这个区域中不同的空间点上水流时平均速度都是相同的,速度梯度为零。按照速度梯度理论,速度梯度越大,颗粒碰撞次数越多,网格絮凝反应池速度梯度为零,其反应效率应效果却优于其它传统反应设备。这一实例充分说明了速度梯度理论远未揭示絮凝的动力学本质。  

絮凝的动力学致因究竟是什么?是惯性效应。因为水是连续介质。水中的速度分布是连续的,没有任何跳跃,水中两个质点相距越近其速度差越小,当两个质点相距为无究不时,其速度差亦为无穷小,即无速度差。水中的颗粒尺度非常小,比重又与水相近,故此在水流中的跟随性很好。如果这些颗粒随水流同步运动,由于没有速度差就不会发生碰撞。由此可见要想使水流中颗粒相互碰撞,就必须使其与水流产生相对运动,这样水流就会颗粒运动产生水力阻力。由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同,所以不同尺度颗粒之间就产生了速度差。这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢?最好的办法是改变水流的速度。因不水的惯性(密度)与颗粒的惯性(密度)不同,当水流速度变化时它们的速度变化(加速度)也不同,这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动。为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。这就是惯性效应的基本理论。  

改变速度方法有两种:一是改变水流时平均速度大小。水力脉冲澄清池、波形板反应池、孔室反应池以及滤池的微絮凝主要就是利用水流时平均速度变化形成惯性效应来进行絮凝;二是改变水流方向。因为湍流中充满着大大小小的涡旋,因此水流质点在运动时不断地在改变自己的运动方向。当水流作涡旋运动时在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动,为不同尺度颗粒沿湍流涡旋的径向碰撞提供了条件。不同尺度颗粒在湍流涡旋中单位质量所受离心惯性力是不同的,这个作用将增加不同尺度颗粒在湍流涡旋径向碰撞的几率。涡旋越小,其惯性力越强,惯性效应越强絮凝作用就越好。由此可见湍流中的微小涡旋的离心惯性效应是絮凝的重要的动力学致因。由此可看出,如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例,就可以大幅度地增国颗粒碰撞次数,有效地改善絮凝效果。这可以在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法来实现。由于过网水流的惯性作用,使过网水流的大涡旋变成小涡旋,小涡旋变成更小的涡旋。不设网格的絮凝池湍流的最大涡旋尺度与絮凝池通道尺度同一数量级。当增设格网之后,最大涡旋尺度与网眼尺度同一数量级。增设小孔眼格网这后有如下作用:(1)水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段,也是惯性效应最强、颗粒碰撞几率最高的区段;(2)小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少,微涡旋比例增强,涡旋的离心惯性效应增加,有效地增加了颗粒碰撞次数;(3)由于过网水流的惯性作用,矾花产生强烈的变形,使矾花中处于吸咐能级低的部分,由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位,这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。  

2、矾花的合理的有效碰撞  

要达到好的絮凝效果除了要有颗粒大量碰撞之外,还需要控制颗粒合理的有效碰撞。使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。一方面,如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题:(1)矾花长得过快其强度则减弱,在流动过程中遇到强的剪切就会使吸附架桥被剪断,被剪断的吸附架桥很难再连续起来,这种现象称之为过反应现象,应该被绝对禁止;(2)一些矾花过快的长大会使水中矾花比表面积急剧减少,一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件,这些小颗粒与大颗粒碰掸几率急剧减少,很难再长大起来,这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留,也很难为滤池截留。另一方面,絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢,矾花长得过慢虽然密实,但当其达到沉淀池时,还有很多颗粒没有长到沉淀尺度,出水水质也不会好。此由看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。  

矾花的颗粒尺度与其密实度取决两方面因素:其一是混凝水解产物形成的吸附架桥的联结能力;其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸附架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的,而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效的控制湍流剪切力,就能很好的保证絮凝效果。  

多相流动物系反应控制理论的提出,真正建立起水处理工艺中的动力相似。使我们认识到湍流剪切力是絮凝过程中的控制动力学因素,如果在大小两个不同的絮凝工艺中,其湍流剪切力相等,那么具有同样联结强度的矾花颗粒可以在两个不同尺度的絮凝过程中同时存在,这在某种意义上也就实现了两个絮凝过程絮凝效果的相似。弗罗德数可以作为相似准则数,可以表明湍流剪切力的大小,两个尺度不同的絮凝过程当其弗罗德数相等时,其湍流剪切力就近似相等,絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能完全控制絮凝效果的相似,因为湍流剪切力相等时两个不同的絮凝过程的矾花联结强度相等,但矾花的密实度与沉淀性能却不一定相同。矾花的密实程度可用湍动度来控制,湍动度值越大表明在固定时间内流过固定空间点的涡旋数量越多,涡旋强度越大,矾花也越密实。在实际工程中是不可能测定湍动度的。庆幸的是当湍流剪切力相等时,尺度越大的絮凝池其水流速度也越高,因此矾花的碰撞强度越大,形成的矾花越密实,这已为试验与生产实践所证实。这样就可以保证把小尺度的试验结果按照弗罗德数相等来放大,放大后的絮凝效果会更好、更可靠。因而我们也可以通过科学地布设多层网格,通过弗罗德数这个相似准则,来控制絮凝过程中水流的剪切力和湍动度,形成易于沉淀的密实矾花。  

(三)沉淀  

沉淀设备是水处理工艺中泥水分离的重要环节,其运行状况直接影响出水水质。  

传统的平流沉淀池优点是构造简单,工作安全可靠;缺点是占地面积大,处理效率低,要想降低滤前水的浊度就要较大地加大沉淀池的长度。浅池理论的出现使沉淀技术有了长足的进步。七十年代以后,我国各地水厂普遍使用了斜管沉淀池,沉淀效率得到了大幅度提高。但经过几十年应用其可靠性远不如平流沉淀池,特别是高浊时期、低温低浊时期以及投药不正常时期。  

传统沉淀理论认为斜板、斜管沉淀池中水流处于层流状态。其实不然,实际上在斜管沉淀池中水流是有脉动的,这是因为当斜管中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动,会在矾花颗粒后面产生小旋涡,这些旋涡的产生与运动造成了水流的脉动。这些脉动对于大的矾花颗粒的沉淀无什么影响,对于反应不完全小颗粒的沉淀起到顶托作用,故此此也就影响了出水水质。为了克服这一现象,抑制水流的脉动,我们推出了小间距斜板沉淀设备。这一设备还有下面一些优点:(1)由于间距明显减少,矾花沉淀距离也明显减少,使更多小颗粒可以沉淀下来;(2)由于间距减少,水力阻力增大,使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分,这样沉淀池中流量分布均匀,与斜管相比明显地改善了沉淀条件;(3)这种设备由于下面几个原因其排泥性能远优于其他形式的浅池沉淀池;(a)这种设备基本无侧向约束;(b)这种设备沉淀面积与排泥面积相等;对普通斜管来说排泥面积只占其沉淀面积的一半,在特殊时期如高浊期,低温浊期或加药失误时期污泥沉降性能、特别是排泥性能明显变坏,在斜管排泥面的边缘处由于沉积数量与斜面上滑落下来的污泥数量大于排走的数量,造成了污泥的堆积。所以一旦在斜管的角落处产生污泥的堆积,所以一旦在斜管角落处产生污泥的堆积,就产生了污泥堆积的恶性循环。这种作用开始时由于斜管上升流速的增加,沉淀效果变坏,沉后水浊度增高,当污泥堆积到一定程度时,由于上升流速的提高,可以把已积沉在斜管上的污泥卷起,使水质严重恶化。正是这一原因才使得南方很多地区又由斜管沉淀池改为平流沉淀池。而小间距斜板沉淀池其排泥面积是普通斜管的4倍多,单位面积排泥负荷尚不到斜管的1/4,故在任何时期排泥均无障碍。  

三、“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“的工艺特点  

(一)处理效率高、占地面积小、经济效益显著。  

由于混合迅速(3-30秒),反应时间短(5-10分钟),沉淀池上升流速高(2.5-3.5mm/s),因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间,大幅度提高处理效率,因而也就节省了构筑物的基建投资。工程实践证实:与传统工艺相比,采用新技术对旧水厂挖潜改造,在构筑物容积不增加 的情况下,可使处理水量净增75-100%,而改造投资仅相当于新建一座同等规模新水厂投资的30-50%;用于新建水厂,主体工艺构筑物可节省投资20-30%,并可大幅度减少主体构筑物占地面积。与平流沉淀池比较可节省80%,与斜管沉淀池比较可节省40%。  

(二)处理水质优,社会效益好,水质效益可观。  

几年运行实践证明,这项工艺可使沉后水浊度稳定在3度以下,滤后水接近0度,这就形成了一个很高的水质效益。水质效益一方面就是社会效益,另一方面是潜在的经济效益。  

我国现行饮用水水质标准为浊度不超过3度,而发达国家标准是不超过1度。随着人民生活水平的提高,我国也将进一步提高生活用水标准。如果其标准提高到1度,那么大部分城市现有处理设备和工艺是难以达到的,只有通过大幅度投资扩建新水厂,才能解决水质和水量的矛盾。而采用此工艺可稳定保持出厂水浊度低于1度。由此可见,其潜在的水质效益是相当可观的。  

(三)抗冲击能力强,适用水质广泛。  

实践证明,此项技术抗冲击的能力较强,当原水浊度、进水流量,投加药量发生一些变化时,沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。其原因是,这项工艺的沉淀池上升流速按3.5mm/s设计时尚有很大潜力。运行实践表明。这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。  

低温低浊水中固体颗粒少,颗粒尺度小,有机物含量相对高,比重小。从颗粒级配来看也相对均匀,加之低温时药剂吸附架桥能力下降,这些都给絮凝与沉降带来困难。新技术采用的小孔眼格网絮凝设备,可大幅度增加颗粒碰撞几率,克服了固体颗粒少、难于相互碰撞的缺点,形成比较密实的矾花,在小间距斜板上有效的沉淀下来。  

对高浊水来说,颗粒碰撞已不成问题,但在这种情况下混凝剂的亚微观传质在混合设备中完成。也就是说,有一部分地方会出现过反应情况,而这些地方反应不足,致使絮凝效果恶化,以致于矾花沉降性能变坏;再加上斜管沉淀池本身结构导致排泥不畅的缺点,使得高浊水处理成为难题。新技术由于 能在各种情况下迅速完成药剂的亚微观扩散,同时小间距斜板克服了普通斜管排泥不畅的缺点,故此对高浊水处理十分有效。  

我国目前普遍采用强氧化剂预氧化或生物预处理措施去除微污染。然而,无论何种预处理方法,都要通过反应使水中的有机物析出,使它们达到胶体颗粒尺度,最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此,高效能的絮凝与沉淀设备是去除微污染更有效的设备。大庆市八百垧水厂改造实践证明,这项新技术在去除水中有机污染方面同样行之有效。  

(四)制水成本降低。  

1、由于新技术采用先进的混合及反应设备,可节省投药量30%;  

2、由于新技术沉后水浊度在3度以下,减轻了滤池负担,因此滤池反冲洗水可节省50%左右,并可延长滤料更换周期;  

3、对旧水厂改造,水量增加而管理人员无需增加,运行管理费用大为降低;  

4、基建费用的大幅度节省,可较大程度降低投资折旧率。  

从以上四个方面来看,新技术的使用可使制水成本显著降低。  

(五)工期短、见效快。  

此项技术用于旧水厂挖潜改造,从设计到安装调试只需2-3个月,可以在短时间内解决城市供水不足的状况。  

随着我国城市建设的迅速发展,很多城市供水设施由于投资紧张,都严重滞后于城市的发展,造成很多城市缺水的局面。加之水质污染,水土流失等因素的影响,传统工艺暴露出难以克服的问题,而影响优质供水。而这项新技术可以有效解决传统工艺无法解决的问题。  

文学与艺术的碰撞范文4

摘要:随着全球海洋油气勘探开发的迅速发展,海上油气平台不断涌现,为保障海上平台与船舶的安全,对海上平台通航安全保障体系的研究迫在眉睫。基于海上平台通航安全保障体系尚未有统一的国际或国内标准,且不同水域的海上平台对船舶安全航行构成的危险程度各异,本文基于海上平台事故数据,利用安全保障理论、船舶操纵理论分析船舶/平台碰撞的风险特征,进而分析相关保障设施建设需求,并在此基础上进一步提出船舶/平台通航安全保障体系架构,可为海上平台的通航安全保障提供参考。

关键词:海上平台 船舶 碰撞风险 保障体系

0 引言

随着世界经济的发展,各国对石油、天然气等能源的需求不断增加。全球范围内的油气勘探与开采由陆地逐渐转向海洋,并逐渐形成高投资、高风险、高科技的能源工业新领域。海上平台被誉为“流动的国土”,作为海洋资源开发的基础性设施,是海上生产和生活的基地,而船舶在航经或停靠平台过程中,由于船舶驾驶员操作失误或外界环境影响而引起的船舶与海上平台碰撞事故时有发生,近年来海上平台的安全性问题受到了极大的关注。

目前,国内外大都是对海上平台进行风险识别与碰撞概率计算,并没有真正意义上给出平台通航安全保障的具体方法或建议。孙彦杰[1]等对碰撞、爆炸灾害下海洋平台风险评估研究初探,指出了碰撞和爆炸灾害作用下海洋平台风险评估的研究热点和发展趋势。孙海涛[2]等运用船舶失控漂移模型分析了失控船舶对平台的影响,进而提出了相应的缓解措施。李奇[3]等提出了海上石油平台定量风险评估体系,并提出降低碰撞风险的建议。蒋鹏[4]阐述了平台通信的特殊性和功能要求,总结了平台无线电设备的配备和检验方法。何沙[5]采用改进的 AHP方法,建立了各项指标的标准和警限范围,得到钻井平台安全风险的警度。Haugen Stein[6]等提出一种计算过往船舶与海洋平台发生碰撞频率的模型,通过蒙特卡罗方法对模型和参数中的不确定性因素进行了研究,给出确定的概率分布,并对参数的灵敏度进行了研究。Olav Furnes [7]等运用数值模拟和数值积分,依据欧洲北海的实际海况结合NMI的推荐方法,研究了失控船舶与海上平台发生碰撞的概率及碰撞过程中的损伤程度。John Andrew [8]等并入模糊故障树分析(FFTA)来分析海上供应船舶(OSV)与平台的不确定性碰撞风险。

目前,我国海上油气作业及其相关设施的建设属快速发展时期,海上平台保障体系尚未建立。本文进行的海上平台通航安全保障体系研究对于海上平台碰撞风险控制与安全保障具有一定的学术及实践意义。

1 船舶/平台事故风险特征分析

挪威船级社(Det Norske Veritas, DNV)对1965-2015年全球海上平台的损伤情况进行了统计分析,由船舶碰撞引起的平台损伤约占25%。根据《全球海上事故数据库》[9](WOAD)统计,1980-2013年间,全球范围内共发生船舶与海上平台碰撞事故约374起,其中,过往船舶引起的事故有90起,工作船引起的事故有284起。

1980年后,全球有约10起船舶碰撞引起的平台全损事故,事故主要发生在墨西哥湾和中东地区。另外,在欧洲北海也有相当一部分接近坍塌的损伤是由船舶与平台间的碰撞引起的。2009年6月8日,工作船舶Big Orange XVIII撞上了Ekofisk海上油气平台。2013年7月23日,在美国墨西哥湾作业的“Hercules 265”号自升钻井平台发生火灾事故。

根据英国海洋石油和天然气工业协会(The United Kingdom Offshore Oil and Gas Industry Association, Oil & Gas UK)为英国健康与安全执行局(Health and safety Executive, HSE)提供的研究报告[10],1990-2007年间,英国大陆架发生的海上平台碰撞的事故中有51起是由过往船舶引起的,416起是由平台工作船引起的。

根据WOAD数据库以及HSE的相关数据,船舶与海上平台碰撞事故有如下特征:

(1)船舶类型特征

船舶与平台的碰撞事故,主要由平台工作船引起,过往船舶引起的事故较少但一般后果较为严重。对于工作船的威胁,平台方可以制定工作船安全操作规范,还可以通过有效的监控设施、通信手段及防护措施等来保障海上油气平台的安全。

(2)事故成因特征

船舶与海上平台发生碰撞的主要原因有人为因素、平台因素、船舶因素以及外界环境因素等。人为因素主要包括:值班驾驶员未按照值班规则履行瞭望责任、交接班驾驶员沟通不充分、驾驶员操作不当或过失以及未运用良好船艺等。从平台角度讲,主要是未能通过有效途径确保平台相关信息提前为船舶所获悉,或在过往船舶处于“后期避让”阶段时未能有效提醒或警告来船。从船舶角度来讲,主要由于船舶(特别是小型船舶)导助航仪器的局限,值班驾驶员发现平台不及时,导致船舶不能采取有效避让行动。此外,外部环境(能见度不良、台风等)影响也是导致船舶与海上平台生碰撞的一个重要原因。

(3)事故空间特征

船舶与平台的碰撞风险与二者间的距离密切相关。当船舶与平台相距小于12n mile,且船舶与平台之间的DCPA小于1n mile时,其碰撞风险值与平台之间的距离成反比,根据咨询船长经验,将4n mile距离作为船舶“后期避让”临界值,将平台周围1n mile水域作为安全区域。

2 通航安全保障建设需求

为避免过往船舶对海上平台的安全构成威胁,船舶与平台需保持1~2n mile的安全距离,并要求驾驶人员加强瞭望。根据《1972年国际海上避碰规则》,船舶在采取避碰行动时,如当时环境许可,应积极的,并应及早地注意和运用良好的船艺。这意味着船舶欲采取避让平台的行动,首先应及早地发现平台。从通航安全角度制定完备的海上平台安全管理体系,包括布置有效标识、助航标志管理与维护、安全管理联系人制度、应急预案、工作船以及守护船安全操作管理规定等。

基于前述船舶/平台碰撞统计数据分析结果及船舶/平台碰撞风险特征,本节主要根据船舶驶近海上平台的过程,分析不同阶段的海上平台的保障设施建设目标和需求。

(1)当过往船舶距离平台大于12 n mile时,一般要求船舶驾驶员能够通过航海图书资料、航海警(通)告、目测、望远镜、雷达等有效手段发现目标。从平台角度讲,平台主要通过向海事主管部门申报,通过海事和航标部门以航海警(通)告、航海图书资料、航路指南等形式信息,此外,平台也可设置雷达应答器、AIS等以便于过往船舶识别。

(2)当过往船舶距离平台8~12n mile时,平台需加强进行跟踪及识别,船舶需确定避让方案,一般要求过往船舶在平台2n mile之外通过。考虑到该阶段需船舶通过雷达、AIS、望远镜等准确获取平台信息。

(3)当过往船舶距离平台4~8n mile时,若船舶仍然处于碰撞航迹向上,船舶/平台之间的碰撞风险会大大增加,船舶需平台设置的导助航标志(声响、灯光信号、航标等)识别平台,从平台角度讲,海上平台可通过有效的通信手段(VHF、卫星电话等)与过往船舶进行沟通,提醒船舶注意避让平台。

(4)当过往船舶距离平台小于4n mile但尚未进入平台安全水域(1n mile)时,船舶应需根据航向规则,采取良好的船艺避让平台。若来船仍然处于某平台的碰撞航迹向上,这需平台一方高度重视,从平台角度讲,应及早地进行风险识别及概率计算(估算DCPA),必要时,平台守护船、直升机等应采取应急措施,做好应对险情的准备。

(5)当过往船舶闯入平台安全区水域且守护船无法及时解除碰撞危险时,可视为船舶与平台碰撞危险已经发生,平台方必须启动应急预案,停止生产作业,释放救助艇撤离人员。

3 通航安全保障体系架构

海上平台安全作业区水域通航安全保障由海事主管部门、业主单位(岸上)、海上平台现场安全监管以及守护船等几个主要部分组成。其中,海上平台现场安监以及守护船由业主单位统一管理,海上平台通航安全保障力量及形式关系如图3-1所示。

业主单位应承担海上平台的相关安全主体责任,以下从业主单位角度分析平台通航安全保障架构。平台通航安全保障设施首先必须同步建设,综合考虑安全监控、通信、消防、救助等安全要素;其次必须统筹规划,可以一站多用、一船多用,避免重复建设。基于一般平台的实际情况,总结海上平台通航安全保障设施配备原则如下:

(1)通航安全保障设施配备须符合相关法律法规、行业标准的相关规定。

(2)通航安全保障设施包括导助航标志(雷达应答器、雷达反射器、AIS虚拟航标、灯光、声响信号及视觉标志等)、无线电通信设备(VHF、单边带、卫星电话等)、远程监管设施(CCTV等)、防撞设施(碰垫、防撞桩等)、现场保障设备(平台救助艇、守护船、直升机等)以及其他相关应急设施。

(3)通航安全保障设施应根据通航水域船舶流量以及风险程度进行配备,保障设施应标识清晰、作用明确、特征显著、便于识别。

(4)统筹考虑通航安全保障设施配备水域的自然条件、导助航标志的分布现状以及与新设标志设施间的相互影响,避免标识混淆或资源浪费。

为了从整体上构建海上平台安全保障系统,从系统安全理论出发,针对上述通航安全保障目标及需求,结合海上平台通航安全保障设施配备原则,可构建如图3-3所示的海上平台通航安全保障体系架构图。

本节提出的通航安全保障体系主要依据船舶由远及近接台过程中的碰撞风险特征变化进行构建。海上平台通航安全保障体系应包括设施设备配备、航道航路规划、安全管理制度、相关应急预案等,需特别说明的是,平台工作船的管理应主要通过管理制度予以保障。

4 结 语

本文通过分析世界范围内(主要是欧洲北海水域)船舶与平台的碰撞事故数据,对相关事故数据进行归类和分析,挖掘船舶/平台的碰撞风险特征。结合航海实践及习惯,从船舶避碰及操纵角度分析船舶/平台碰撞的风险,根据船舶距离平台不同阶段分析平台通航安全保障建设需求及相关通航安全保障设施配备原则,最后提出海上平台通航安全保障体系。本文研究对海上平台通航安全保障设施的配备具有一定的参考价值及实践指导意义。

参考文献:

[1]孙彦杰, 李良碧, 尹群. 碰撞、爆炸灾害下海洋平台风险评估研究初探[J]. 中国海洋平台, 2007, 22(5):38-43.

[2]孙海涛, 李昌伟. 海上平台对通航安全的影响及应对措施[J]. 中国水运, 2009(9):30-31.

[3]李奇, 牟善军, 姜巍巍等. 海上石油平台定量风险评估[J]. 中国海洋平台, 2007, 2(6):38-42.

[4]蒋鹏. 钻井平台无线电设备配备及检验[J]. 学术研究, 2010(9):73-75.

[5]何沙, 陈东升, 朱林, 姬荣斌. 海上钻井平台安全风险预警模型应用研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(04): 148-154.

[6]Haugen Stein, Moan Torgeir. Frequency of collision between Ships and platforms[A]. Proceedings of 11th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering 1992[C]. 1992.

[7]Olav Furnes, Jurgen Amdahl. Ship collisions with offshore platforms [J]. Norway.

文学与艺术的碰撞范文5

关键词:办公建筑;建筑信息模型;机电工程;深化设计;BIM技术 文献标识码:A

中图分类号:TU745 文章编号:1009-2374(2016)35-0054-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.026

1 概述

BIM即建筑信息模型,指的是运用建筑三维设计软件与一系列工程设计软件所建立的“可视化”的数字三维模型,该模型可以为建筑全生命周期中的开发商、设计方、施工方乃至最终的业主等各环节的用户提供“模拟和分析”的一个虚拟建筑。运用该模型,可以对项目进行建筑设计、建筑施工以及建筑运营管理,最终使该项目实现节约成本和提高效率。

在建筑设计的过程中,主要包括了建筑、结构、机电等专业。本文研究的机电专业中包括了暖通空调系统、给排水系统、强电弱电电气系统。而这些系统在传统的设计中,是分开设计的,各专业的设计师缺乏有效沟通,更不用说协调合作。加之机电专业中各个系统的管线特别复杂,各管线走向密集交错,如在施工中发现各专业管路发生碰撞,则会出现大面积拆除返工,甚至会导致整个方案的重新修改,不但会浪费材料,还会大大地延误工期。

通过BIM技术深化设计,可以将各专业管线的位置、标高、连接方式及施工工艺先后进行三维模拟,按照现场可能发生的工作面和碰撞点进行方案的调整,既达到合理施工,又可节省工程造价,同时将完成后的方案通过三维剖面图及动态漫游等方式展示给施工工人,使工人更好地理解施工方案,保证施工质量的同时更能很好地缩短工期。

2 工程概况

本案例为西安市某办公建筑,多层公共建筑,框架式结构,总建筑面积7565.3m2(其中,地下:1120.3m2,地上:6445m2),建筑地下一层,地上六层,地下一层为人防,地上为办公,建筑总体高度23.8m,地下埋深5.3m。在建筑工程施工中,机电工程设备与管线错综复杂,常出现管线之间或者是管线和结构构件之间的碰撞,同时在设备安装的过程中,容易考虑不到建筑的室内净高问题,就会造成施工的返工情况,甚至存在安全隐患。传统的建筑施工过程中,进行机电深化设计的时候,是通过二维管线综合设计来协调机电各专业的管线布置。但是,二维管线综合设计只是将暖通、给排水、电气专业的平面管线布置图进行了简单的叠加,并且依照相应的规则确定了各系统管线的相对位置,然后确定各专业管线的标高,最后再对关键部位绘制局部剖面图。这样的设计方式有以下不足:(1)机电专业管线交叉处只能靠人的眼睛观察,难以进行全面的分析。在一些建筑中,存在着梁高变化比较大的区域,常常是管线之间的碰撞问题解决了,但是忽略了管线与梁之间的碰撞;(2)在二维管线综合设计中,管线碰撞处的处理均是局部处理,容易出现在此处不存在碰撞,但是又带来了别处的碰撞;(3)在二维管线综合设计中管线的标高问题,只有在绘制剖面图的位置时候有准确定位,而其余的管线并没有确定标高,这个问题会直接导致管线碰撞;(4)暖通空调、给排水、电气等多专业的二维CAD平面图纸多而繁乱,而且只是通过“平面+局部剖面”的方式,对于管线交叉复杂位置的二维CAD图纸表达是不够充分的;(5)在二维管线综合设计上,暖通空调、给排水、电气各专业的工艺布置要求是按照指导原则进行布置,但是没有考虑空间结构比较复杂或者是净高要求比较高的情况下,就存在了局限性。

由上可知,传统的CAD机电深化设计存在着大量的不足,因此本项目运用BIM技术进行机电深化设计,能解决上述传统的CAD机电深化设计出现的问题。

3 BIM技术在办公建筑机电工程深化设计中的应用

针对本项目办公建筑机电工程深化设计,过去的项目中采用传统的CAD设计方式,在建筑机电工程施工的过程中,经常会出现管线碰撞的情况,因此,此次该项目运用BIM技术对机电工程建立信息模型,该模型是对整个机电工程的一次虚拟设计建造的过程,在设计建造的过程中,可以发现很多在设计中及单专业校审过程中很难发现的隐藏问题,是一次全面的机电专业设计与建造的检查过程。

3.1 构建BIM模型

该项目组建了BIM工作组,设计人员在各专业图纸的基础上,利用Revit系列软件创建BIM三维模型,在搭建建筑信息模型的时候,工作组分为建筑组、结构组、机电组,最终构建的模型中覆盖了建筑、结构、暖通空调、给排水、电气等专业的模型,在Revit软件搭建的时候,同时给各个构件填写了参数,具体参数包括了如构件的尺寸、构件的规格、设备的型号、构件的材料等具体信息。

创建流程是先建立建筑模型和结构模型,然后在建筑、结构模型的基础上进行暖通空调、给排水、电气模型的搭建,最后根据各专业的要求,对各专业的管线进行合理的调整,最后出一份管线综合与碰撞检测的报告文档,然后按照做过管线综合与碰撞检测后的图纸出图。机电专业管线的过程是,建立暖通、给排水、电气模型的过程中调整管线的位置,遇到管线碰撞的情况,及时地调整。传统的CAD图纸并不直观,等到工程完工后才能看到实际的管线综合布置效果,在施工中经常发现碰撞的情况,因此采用BIM技术进行管线综合碰撞检查,可以在工程施工前就可以看到真实尺寸的管线。如图1所示,为该办公建筑负一层管线综合三维模型与实物对照图。

3.2 管线碰撞检查

在保证机电专业的系统要求上,结合建筑设计时的吊顶高度,对暖通、给排水、电气等专业的模型进行深化设计,在深化设计中要遵照一些基本的原则,比如有压的管道避让无压的管道等原则,进行机电管线的综合检查。综合检查完成过后,再运用Revit进行碰撞点检测,生成管线碰撞报告。对于一些简单的碰撞,我们项目内部进行沟通调整,协商解决方案,然后再调整模型,直至综合模型在布局合理的情况下实现零碰撞。

该项目负一层的桥架与水管碰撞如图2所示,可以看出桥架与消防水管发生了碰撞,属于机电专业碰撞,在这里桥架虽然已经进行翻转,但是仍然无法避让开与消防水管的碰撞。属于设计错误,最后通过分析,应该是改变桥架进入电井的位置。

传统的CAD图纸不能体现暖通、给排水、电气系统之间的碰撞情况,设计师易忽略一些管线碰撞的问题,因此在该办公建筑管道设备模型的仿真建立过程中,本文将管线设备的二维图纸进行集成和可视化,然后进行管线碰撞检查,减少了在建筑施工阶段可避免的损失和返工的概率,更加方便进行技术交底,从而实现了管线综合优化布置,节约施工成本,合理配置资源的目的。

4 结语

本次以某办公楼建筑项目为例,展示了BIM技术的优势与特点。通过本次项目,从中得出了以下结论:BIM技术在建筑设计中比CAD更具优势,特别是在大型公共建筑、市政工程、地下空间等的设计当中发挥着巨大作用,BIM技术将会极大地推动建筑行业的发展。通过BIM机电模型与建筑模型的碰撞检查,优化设计与管道布置的原则,可提高图纸的设计质量,节约施工成本,合理配置资源。

参考文献

[1] 纪凡荣,徐友全,曾大林,赵灵敏,张秦.BIM技术在某项目管线综合中的应用[J].施工技术,2013,42(3).

[2] 张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术,2011,40(1).

[3] 陈辰,李庆平.基于BIM技术的三维管线综合[J].土木建筑工程信息技术,2012,4(3).

文学与艺术的碰撞范文6

【关键词】BIM技术;住宅小区;综合管线;预算; 设计; 施工管理;应用

建筑信息模型( building information molding,BIM) 的出现引发了建设领域的第二次革命。BIM研究的目的是从根本上解决项目规划、设计、施工、维护管理各阶段及应用系统之间的信息断层,实现全过程工程信息管理乃至建筑生命期管理。

一、BIM技术的应用优势

传统项目建设过程中,项目参建各方有时需要花费巨大费用来弥补由设备管线碰撞而引起的拆装、返工及浪费。BIM 技术应用能完全避免这种浪费。在综合管线设计时,可利用BIM 的可视化功能进行管线碰撞检测,将碰撞信息反馈给设计人员及时做出调整,以减少施工现场的管线碰撞及返工,降低工程成本。在碰撞检测的基础上,为满足工程的净高要求、预留足够的检修空间、考虑实际管件采购与制作及考虑支吊架的制作及安装对管线具置,可在BIM 模型中进行合理排布,减少在施工阶段可能存在的错误和返工的可能性,并且可以优化空间,优化管线排布,方便施工。现场工程师还可以使用碰撞优化后的三维管线方案进行施工交底,提高施工质量。

二.BIM技术在住宅小区内综合管线中的应用

1、BIM在住宅小区内综合管线预算统计的应用。(1)传统上编制材料表时,大多依靠AutoCAD文件进行测量和统计,这种方式费时费力而且极易出错。而BIM本身就是一个信息库,可以提供实时可靠的材料表清单,通过这些清单可以用于前期方案比选、成本估算与工程预决算。(2)BIM技术给各种工艺管线及附件的工程量统计、预算、造价分析和管理带来极大的便利。基于BIM的多维模型的数据库,使得数据的采集和获得非常方便、准确,大大节省了造价人员的测量、审图、统计的工作量。能充分反映各施工阶段的成本、材料供应与需求、工程进度。 (3)利用基于互联网大数据和BIM技术,提供云处理服务,可以使得建设方、施工方、设计方、供应单位、分包单位、物业管理单位等各相关方实时准确共享、参考和调用的数据库信息,指导各自的信息管理配合工程建设的顺利实施,具有很强的适应性和造价管理能力。它以工程项目管理为核心,实现对群体、单体、单位工程数据的动态集成管理,保证项目数据的完整性。

2、BIM在住宅小区内综合管线设计中的应用。当前国内大型住宅小区项目越来越多地采用BIM技术, BIM技术正逐渐成为住宅小区工程相关企业的必备技能。机电设备工程各系统设计,一般由住宅小区设计院给排水、电气(强电、弱电)、暖通专业,根据各专业系统设计规范和各住宅小区单体的使用要求,布置相应的管线。对于工程管线比较复杂且空间有限,在一些管线相对集中的部位,如管线转换层、技术层、走道吊顶等部位,各类管线往往会在位置上相互挤占发生冲突。通过BIM系统建立管线模型与土建模型可以很好的得以实现,在符合各管线设计技术规范的前提下,将住宅小区物内的各类管线统筹安排,通过可视化、动态模拟发现各专业管线设计中存在的矛盾。各种管线发生冲突处,提出调整位置或改变走向,进行相互协调。使各项工程管线在住宅小区空间上占有各自的合理位置,并画出综合管线大样图。管线经过综合,既满足各专业技术要求,又布置整齐有序,为后期管线工程的施工安装、运行管理创造有利条件。综合管线设计是大型公建项目机电工程设计中不可缺少的一部分,通过BIM技术可以轻松实现。(1)综合管线设计原则:遵循先大后小,先重力后压力原则布置管线。遇管线交叉时,小管径避让大管径。压力流管道避让重力流管道。冷水管避让热水管。热水管需保温且造价较冷水管高。可弯曲管避让不可弯曲管。金属管避让非金属管。附件少的管道避让附件多的管道。有利于施工操作和维护及更换管件。管道分层布置时,由上而下按蒸汽、热水、给水、排水管线顺序排列。通过BIM的模拟化,在满足各管线规范的前提下,可以轻松实现少碰撞、少交叉、充分合理利用空间。(2)管线在竖向与平面上的布置要求。竖向上,为满足防火要求,电缆井、管道井、排烟道、排气道、垃圾道等各种竖向管井应分别独立设置,管线一般布置在竖井中。电缆井、管道井与房间、走道等相连通的孔洞。平面上,管线一般布置在住宅小区物吊顶、技术层或夹层中。吊顶内空间较小,管线布置时应考虑施工的先后顺序,安装操作距离,支、托、吊架空间、检修余地。通过BIM模型模拟都可以提前预演并加以优化处理。(3)BIM的具有信息传递过程中的完整性和实时性,保证各专业之间的协同性和可追溯性,统一平台、信息实时互通、大幅降低传统设计中沟通的失误和时间,以及种种弊端。 (4)设计阶段,通过BIM建模、技术规范检查、横向和竖向的碰撞检查后的综合管线图纸质量将会得到大幅度提供,有效的避免各种签证变更、提高施工效率和准确性。

3、BIM在住宅小区综合管线施工管理中的应用。(1)在传统施工管理中,图纸需要人工审核,确定施工难点和要点,容易造成人为失误,过程损耗大,工期长。利用BIM模型的虚拟化与可视化,能够提前捕捉施工难点和关键点,提高施工效率。通过施工工艺模拟展示,实施三维模型交底,使施工人员对工作内容直观认知,提升了土建、机电安装等各专业协同沟通效率。在应对各种复杂空间时,通过采用BIM技术结合施工方案、施工模拟,进一步优化了施工过程的管理,可以大幅降低施工质量问题问题,减少了返工和整改,降低施工周期,提高了工作效率。(2)BIM技术的出现,使得管线较多、较复杂区域的施工更为方便。在传统施工模式中,各专业、各分包常常是互不相让或互相挤占空间,先施工的不考虑其他管线、只顾自己施工便利,不仅仅造成不必要的空间浪费,还耽误了工期。引入BIM技术多维技术后,制定出准确的多专业、多维安装进度表,能够实现对施工项目的预先进度的可视化管理,合理安排施工工序、安装进度,减少浪费及提高效率,有效的减少窝工、人工的浪费,提高经济效益。

结束语

社会的发展以及科技的进步,各种新材料、新技术、新工艺在建筑工程中得到了广泛应用,特别是住宅小区的项目中,机电设备安装工程日趋向于高智能、多参数、大系统、自动化的方向发展。BIM技术对项目建设中成本、进度、质量控制以及合同、设备管理都起到了非常大的作用。BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点,BIM技术的在中国近几年也逐步得到使用。对住宅小区综合管线设计、施工管理具有非常大的优势。

参考文献:

[1]张建平. BIM 技术的研究与应用[J] . 施工技术,2011.