Bentley工廠BIM智能設計解決方案

1、 解決方案總體架構

1.1 解決方案應具備的要素

Bentley工廠bim智能設計解決方案的適用范圍

冶金行業、石油石化行業 、 化工醫藥行業、 火電 發電行業、環保污水處理 行業 、以及其它流程制造行業

具有良好數據兼容性

工業行業涉及的專業廣，需要的專業軟件多，很難有一個軟件廠商能提供所有的專業產品，設計人員也可能根據實際情況使用不同廠商的軟件。因此，盡量使用數據格式一樣的專業BIM軟件，并與外部的其他系統、其它數據格式具有良好的兼容性是整體解決方案必須考慮的因素之一。更重要的是，數據兼容性是數據互用的前提，數據的重復利用率是提高企業效率的一個關鍵，也是有效協同的基礎之一。

具有良好專業覆蓋性

從專業的角度出發，專業技術人員希望能夠擁有用本專業的語言和自己交互的、高效的專業模塊。從三維協同設計的角度出發，這是協同的前提，首先要解決了個人的工作效率，才能充分發揮協同的作用。如果大量使用不同軟件廠商的產品，專業軟件之間的數據格式不統一，專業間的數據交互還需要轉換或者導入\導出，那就很難真正的協同起來。

具有良好協同工作能力

專業三維模塊解決了設計人員個人的設計質量和設計效率的問題。在這一基礎上，再要大幅提高“單兵”效率的可能，已經非常有限了。事實上，三維工具在提高設計質量上的意義也遠遠大于個人的設計效率；同時也應注意到，通過三維環境下的協同工作，讓三維模型成為設計人員間溝通的載體，能夠大幅度的提高人與人之間、部門與部門之間的工作效率，從而實現整個企業的工作效率大幅度的提高。其實質在于設計過程中，對參與項目的人、成果、流程、環境等因素進行控制，因此我們需要一種軟件系統架構來固化我們的這些管理思維，并進行跟蹤和控制。

能夠融合企業標準的解決方案

在三維環境下，無論是個人設計效率的提高，還是協同工作效率的提高都受到標準化程度的極大影響。隨著三維協同工作的展開，尤其是協同工作的展開，規范化、標準化的需求會在設計人員間自發的產生。因此，平臺具有此方面的能力對于三維協同的效率和協同工作能夠持續推進來說具有重要意義。企業的設計標準化是所有設計企業的發展趨勢。

具有易用性和普及性的解決方案

三維協同設計將成為工業設計的一種常態。任何項目，所牽涉的設計人員無論在專業上和人數上都是眾多的，這就需要三維協同解決方案要具有良好的可操作性、易學易用，而且在成本上也能夠大量配置。同時，易學易用的特性也是實現快速部署，并在短時間內形成生產力的必要條件之一。

支持工程項目各階段的解決方案

不僅要在設計領域實現三維協同設計，更重要的是要實現工程項目全生命周期內的管理，因此，從規劃到設計、施工到運營維護都應該有相應的產品提供支持，并且支持各階段的軟件產品之間的信息應該能夠相互兼容、相互流轉。信息的可管理性及信息的移動化是解決方案要考慮的核心問題。

1.2 Bentley工廠bim智能設計解決方案整體架構

1.2.1 Bentley軟件架構

Bentley公司的作為一家在工程領域歷史悠久的軟件供應商和服務商，其產品在技術特點和發展理念上有許多地方都與工廠行業的當前需求不謀而合。Bentley公司的產品在產品線的數據的兼容能力、專業覆蓋的完整性、企業管理與協同工作以及企業標準化、一體化等方面都具有明顯的優勢。

Bentley針對于流程工廠行業的解決方案是面向全生命周期的。從設計階段的多專業三維協同設計到施工階段的工作包管理，以及后期的運營維護。

Bentley全生命周期解決方案架構

Bentley 工廠解決方案旨在建立工程行業的工程數據管理平臺，在設計建造完成后，通過數字化移交的過程將項目信息的管理，轉移到資產信息的管理的階段。

工程數據管理平臺

在設計階段，專業的應用工具集，如下圖所示：

Bentley工廠設計產品架構

這樣軟件產品的組合是為了滿足如下這些需求：

多專業協同工作

1.Bentley OpenPlant 工藝系列

2.Bentley AECOsim BD建筑系列

3.Bentley ProStructures結構加工級模型

4.Bentley SubStation 電儀系列

5.Bentley Analysis 應力分析系列

協同的設計環境

1. 專業協同，內容協同，流程協同

2.基于局域網和互聯網的部署方式

3.工作內容的分級授權與管理

4. 工作標準的統一控制與流程管理

5.版本控制與內容管理

集成的設計環境

1.設計優化與分析

2.模型建立與圖紙輸出；

3.工程設計與媒體表現

4.設計分析詳圖一體化

5.綠色建筑與節能

面向全生命周期的管理

1.基于全生命周期的內容創建；

2.施工工作包管理

3. 開放的數據模型

1.2.2 匹配度分析

針對于流程工廠的應用需求和實施架構，Bentley公司提供解決方案，無論是從主體架構、系統總體邏輯架構已經具體的軟件功能模塊劃分，都符合流程工廠的總體規劃。

本解決方案總體架構是基于全生命周期的，由一個主體架構和三個應用架構組成。主體架構從業務擴展的層次定位于設計、建造、運營三個不同的階段。三個應用架構也是從三個階段的應用層次來詳細展開。通過信息模型貫穿始終。

整體架構匹配

工程項目的成功始于設計，三維設計是支持工程項目全生命周期管理的有效信息創建技術，代表設計技術未來趨勢；只有借助協同管理技術，才能實現多地域、多專業、多方參與綜合項目的高效工程信息共享和協同工作；通過資產管理技術，可以對數字資產進行有效管理和開展集成應用，實現高效運營；信息移動化助力項目團隊在整個基礎設施的生命周期內無論使用何種文件格式或者設備，均可通過一種安全受控的方式共享模型內的工程信息，實現信息移動的價值。由此可見，三維設計、協同管理、資產管理與信息移動化，是全生命周期管理的技術四劍客。Bentley公司面向這四項關鍵技術都提供了核心支撐產品，具體如下：

Bentley MicroStation – 三維信息建模(BIM)平臺

Bentley ProjectWise  – 工程項目內容管理及協同設計平臺

Bentley AssetWise    – 資產管理及運維支撐平臺

Bentley i-model      – 信息模型載體

在這些技術平臺的基礎上，Bentley面向土木、建筑、工廠、地理四大基礎設施領域都提供了一系列專業設計產品和解決方案，具體方案如下圖：

Bentley將BIM概念從建設階段延伸到運維階段，認為BIM應該支持工程的全生命周期，BIM的最終受益者將是業主和運營商。因此，我們在前期考慮使用BIM進行規劃設計時，一定要考慮后續的資產管理和運維，通過BIM的應用，建立數字化、智能化的基礎設施才是我們最終的目標。

Bentley BIM解決方案通過開放的數據結構，可擴展的功能模塊以及對全生命周期需求的綜合考量，將設計、建造、運維三個不同階段融合在一起，采用統一的數據標準進行數據的建立、交流和應用。這就保證了數據的唯一有效行，為多種應用打下良好的基礎。

設計階段應用架構匹配

首先Bentley具有齊全的專業模塊，可以滿足各個環節的功能，同時具有專業之間交流的數據模塊，利用通過ISM技術來控制結構建模、分析、詳圖的一體化。

這些專業設計模塊，無論是OpenPlant還是ProStructural，以及建筑模塊AECOsim BD都是建立在MicroStation的基礎上的。同時， 提供了底層統一的底層數據結構ECFramework，這樣做就可以實現不僅僅是模型的兼容，而是信息模型的兼容。i-Model技術其實就是這種底層數據結構的應用，各個模塊通過i-Model進行數據綜合，同時Bentley提供了很多的第三方插件，可以讓你將PKPM，PDMS等信息模型，融入到Bentley的體系里。

同時為了協調各個專業的協同工作，滿足協同的工作模式，Bentley提供了ProjectWise協同工作平臺，來對工作內容、工作標準以及工作流程進行管理。

對于這樣的架構規劃，可以簡單的總結為三句話：

多專業的三維信息模型，面向全生命周期的定位，協同工作和信息管理。

Bentley豐富的軟件模塊

在設計階段，通過豐富的軟件模塊，形成了多專業三維信息模型。

多專業三維信息模型

整個的工作過程是在ProjectWise的協同環境下進行的，當模型生成后，就可以輸出相應的二維圖紙，在這個過程中，也具有一個建模、審核、和文檔生成的工作流程進行控制。

圖紙輸出

2、 解決方案各專業工作流程

整個設計過程是事先制定好的，在背后由一個工作流程來管理和控制的，我們將這個工作過程劃分為三個階段。分別是前期設計、詳細設計和成果輸出。

工作流程

專業齊全的專業軟件組合包，基于同一個圖形平臺，可以進行高效的協同建模和數據共享。

2.1 工藝專業

初步設計階段

· Bentley AXSYS.Process

Bentley AXSYS.Process 在工廠初步設計階段，可以加載工藝模擬數據，自動生成PFD圖，同時可以設置相關屬性以及輸出報表，最終可以自動生成初版的PID圖紙供OpenPlant PID進行詳細PID設計，如圖：

自動生成PFD圖

設置屬性

生成數據表

初版PID圖

詳細設計階段

· Bentley OpenPlant PID

OpenPlant PID（以下簡稱OPPID）是世界上第一款基于ISO15926標準數據模型搭建的開放的P&ID解決方案，它基于數據驅動，能快速創建全智能的DGN或DWG格式的P&ID圖，并能將圖面上所有工藝數據信息移交到工廠生命周期的各個階段。

OPPID可以直接打開AXSYS生成的PID并轉換為OPPID的智能PID圖，進行詳細的工藝流程設計。

智能PID圖

PID設計完成后可以輸出管線列表及設備閥門報表，基于等級驅動的智能PID使得在此階段就可以輸出可用于采購的閥門報表，提前訂貨，縮短項目周期。

PID報表

2.2 管道專業

初步設計階段

· Bentley PlantWise

Bentley PlantWise可以在初步設計階段幫助設計人員進行三維的設備布置和管道走向研究，可以導入Bentley AXSYS.Process的數據得到管道連接信息，自動完成管道布置，使得可以在極短的時間內生成及調整方案，快速得到造價報告同時可以在三維詳細設計中作為參考。

三維方案

自動造價

詳細設計階段

· OpenPlant Modeler

Bentley OpenPlant Modeler（以下簡稱OPM）是一款精確、快捷的三維工廠設計解決方案。它通過數據信息的交互提高項目團隊的協同能力，通過遵循ISO 15926標準，應用i-model技術，以及支持多種模型格式（如DGN、DWG、JT、點云、PDF等應用），為用戶提供了靈活的設計和校審過程。OPM適用于任何項目，無論其規模大小。

OPM可以導入OPPID的智能PID圖參與三維設計，減少數據重復錄入，提高效率，避免錯誤。

OpenPlant 2/3D集成

· AutoPipe

Bentley AutoPipe 是用于進行管道靜態應力計算，動態應力計算，法蘭分析，管道支吊架設計，以及靜態和動態荷載條件下設備管嘴受力分析的計算機輔助工程分析（CAE）程序。AutoPipe可以自動生成計算書。

AutoPipe 可以導入 OPM中的管道模型直接參與計算，大大減少工程師在AutoPipe的建模工作量。同時計算完的模型可以返回OPM參與熱碰撞檢查。

熱碰撞

· OpenPlant Support Engineering

Bentley OpenPlant Support Engineering（以下簡稱OPSE）可為工程師提供快速而準確的支吊架設計工具。OPSE包括廣泛的應用商目錄元件庫，并且可以自動生成帶有物料清單的圖紙。

成果輸出階段

· OpenPlant Isometric Manager

OpenPlant Isometrics Manager（以下簡稱OPIM）是一款靈活強大，可以脫離昂貴的三維工廠設計軟件獨立運行的軸測圖軟件。

OPIM獨立運行，不依賴于任何三維軟件?？捎晌目厝藛T或是項目組其他成員去生成軸測圖，解放了配管工程師，讓他們將精力集中在設計上。軟件提供一個友好的操作界面，根據軸測圖定制規則，可以非常方便的從Bentley OpenPlant ModelServer或是OpenPlant Modeler環境發布的imodel中生成軸測圖，而且不需要借助任何復雜的設計軟件。批量生成圖紙，生成的軸測圖可以保存成DGN或DWG格式。

（不同的圖面樣式）

· OpenPlant Orthographics Manager

OpenPlant Orthographics Manager （以下簡稱OPOM）可自動從三維模型抽取高質量工廠平立面布置圖，為承包商和業主節省時間和金錢。通過自動繪制單線和雙線，注釋，尺寸標注和引線標注快速生成圖紙，并保證數據清晰可靠，使設計人員投入最大的精力在更重要的工作上。

OPOM輸出樣圖

2.3 設備專業

初步設計階段

· Bentley AutoPipe Vessel

Bentley AutoPipe Vessel 是一款強大的用于設計壓力容器、熱交換器以及儲罐的軟件。AutoPipe Vessel可以在項目前期完成工藝模擬設計后即可開始，可以通過導入HTRI, ASPEN, PROSIM 或Honeywell的數據幫助工程師完成設備設計，同時可以導入AutoPipe的管嘴荷載幫助完成設備管嘴設計?？梢詤⑴c成本估算，自動生成完整的設計說明書以及加工圖

自動生成三維模型

自動生成圖紙

同時設計好的模型可以輸出DGN模型供OPM使用。

2.4 電儀專業

初步設計階段

· PI&W

PI&W在工廠初步設計階段，可以通過在智能P&ID添加儀表的符號同時賦予屬性，這些儀表數據可以被PI&W共享，進而用PI&W為這些儀表進行詳細定義，同時可以設置相關屬性以及輸出報表。

（儀表列表視圖）

（儀表列表視圖）

系統自動生成的回路接線圖

自動生成一覽表

· Substation

使用主接線模塊可以采用典型圖的方式快速的創建原理接線圖，典型圖庫可以方便的進行擴充。也可以按照不同電壓等級下的進出線回路分別進行設計。設計的信息自動保存在項目數據庫中。

當進行3D設備布置時，主接線模塊自動從項目數據庫中獲取設備清單，以列表的形式顯示，工程師可以方便的用鼠標進行選取，放置到布置圖上。二維原理圖上的設備參數和三維布置圖的參數實時共享，并可以相互導航。如果二維原理圖的設計發生了更改，則可以刷新數據庫信息，三維布置圖自動進行更改。

二維原理設計的設備列表

三維設備布置圖

當設計圖紙完成后，所有的設計信息都會保存在項目數據庫里，工程所需的各類報表都可以從數據庫與中提取，報表的格式可以按照用戶的要求進行定制，以模板的形式保存，用戶可以方便的進行定制和修改。報表可以直接打印，也可以輸出為Excel，Pdf ，Dwg，Dgn等格式的文件。

· BRCM

系統提供方便、快捷的橋架設計工具?？蓪⒅行木€批量轉化為橋架，自動添加彎通、三通、四通等接頭，橋架類型可自定義；用戶也可自行繪制橋架；系統提供支架、托臂繪制功能

中心線轉換為橋架

用戶進行手動繪制時，可自行選擇橋架樣式、規格；可按默認橋架尺寸繪制，也可通過指定橋架路徑來繪制。

橋架設計結果

詳細設計階段

· PI&W，Substation，BRCM

系統可將PI&W的數據信息例如：設備位號、設備參數、設備型號導入到Substation中進行控制邏輯回路的繪制，從而最終生成端子接線信息以及各種報表。

· Substation

使用導線拉力計算模塊進行導線及架構受力分析，生成導線安裝報表，指導施工。

提供計算工具對避雷針部分進行防護計算，并將計算結果以三維的形式直觀地顯示在三維布置圖中，使設計人員能方便地查看所設置的避雷設施能否滿足保護要求。軟件提供接地網設計功能，可以計算接地電阻，跨步電壓等參數，輔助設計人員完成接地網的設計。

· BRCM

使用RACEWAY模塊來完成電纜敷設的工作，生成電纜施工報表。電纜敷設模塊(Raceway)從3D布置圖中讀取電纜橋架(電纜溝)幾何信息和位置信息，從項目數據庫中獲得電纜的連接信息，按照最短路徑的原則自動完成電纜的敷設。在最短路徑原則的基礎上，用戶還可以自定義一些優先級較高的敷設原則，以滿足不同項目的要求，如，最大容積率原則，電壓等級原則等。模塊充分考慮了實際項目中可能使用的原則，完全能夠滿足電纜敷設的要求。

成果輸出階段

電氣專業形成的3D模型可以集成到工廠的多專業協同模型中，進行碰撞檢查，動畫生成等協同設計，形成最終的數字化模型。

2.5 結構專業

初步設計階段

· STAAD.Pro，ProStructure

STAAD.Pro在工廠初步設計階段，建立初步的結構方案模型，施加荷載工況條件并按規范的要求進行計算。符合計算要求的結構，可以輸出計算文檔（計算書）。輔助方案研究和造價估算。

STAAD的模型與計算書如下圖1）2）所示：

1）結構計算STAAD模型

2）結構計算書

詳細設計階段

· ProStructure，STAAD.Pro

STAAD.Pro可以讀取AutoPipe的管道荷載數據，進行進一步的荷載驗算。

STAAD.Pro集成AutoPipe

ProStructure可以與STAAD雙向互導數據。ProStructure可以讀入前期由STAAD建立的三維模型，輸出材料清單與鋼結構詳細圖紙；也可以直接由ProStructure建立三維結構模型，再導入到STAAD中添加荷載后計算。

ProStructure的典型輸出如圖3）4)所示：

3）ProStructure3D節點樣式

4）ProStructure輸出圖紙樣式

成果輸出階段

· ProStructure

ProStructure形成的3D模型可以集成到工廠的多專業協同模型中，進行碰撞檢查，動畫生成等協同設計，形成最終的數字化模型。

5）一個ProStructure實際案例的渲染圖片

2.6 建筑專業

初步設計階段

· AECOsim Building Designer

在工廠的初步設計階段，ABD可以快速的設計軸網，在方案選型完成后利用軟件中自帶的庫內容，放置各種墻體、門窗完成初設的土建模型的生成，快速生成效果圖用于前期招投標。

庫中構件內容

詳細設計階段

· AECOsim Building Designer

按照實際的項目要求，ABD可以定制復合項目要求的各種門窗類型、墻體樣式、內部裝飾，并可以給構件增加各種需要的屬性信息。在廠房建模過程中可以參考其他專業的模型進行聯合建模，方便定位設計。同時在主體結構、基礎及墻體完成后便可以給其他專業如設備管道參考使用進行設備管道的設計及定位。

詳細設計模型

成果輸出階段

· AECOsim Building Designer

最終的模型可以進行材料的統計，并可以和其他專業的模型進行碰撞檢測，進行施工模型、動畫渲染等。

碰撞檢測

生成平立面圖

這種集成的工程分析和方針，允許非破壞性的工作流程進行迭代式的設計。大家基于同一個模型來實現不同的效果。

同時高效的項目團隊協作，使用ProjectWise嵌入到設計應用軟件中，這為協同提供了最重要的基礎。

2.7 總圖專業

初步設計階段：

· ContextCapture

在項目的前期，CC可以幫助我們快速地取得現場的三維模型。無論是現場的地形情況，還是已有的建筑或者工廠，CC都可以利用其先進的實景三維技術，將來自于數碼相機、機載或車載或靜態的激光LiDar掃描儀的照片或者點云模型，轉換為三維模型。

現場場地模型

原有設施模型

· PowerCivil

PowerCivil提供了信息豐富的建模功能，能與CAD工具、地圖工具、GIS工具等超模型完美集成。

總圖規劃

Powercivil尤其擅長數據采集，漁區用戶使用適合其設計或測量的任何外業數據，從攝影測量和全站儀測量到GPS、LiDAR和點云，該軟件許可上傳、分析和操作外業數據，同時確保原始數據具有可追溯性。此外，還可根據需要修改和處理數據，在設計完成時將數據上傳到數據采集器，以便進行監測或實現自動機器導航，從而為場地準備工作提供支持。

詳細設計階段

· PowerCivil

PowerCivil同樣是以Microstation作為其圖形平臺。因此，其與其他的Bentley的軟件同樣具有良好的兼容形。

在總圖設計過程中，除了完成道路的設計之外，大量的建構筑物的定位，也需要總圖來完成，與其他設計軟件良好的兼容性，可以幫助總圖專業，僅需要做好定位的工作，而當建構筑物的單體有的設計上的變化時，我們僅需要確認其符合規范的要求，而不需要再由總圖專業重新繪制。

成果輸出階段

· PowerCivil

除了常規的圖紙輸出之外，PowerCivil還可以為Trimble、TOPCON和Leica品牌的設備輸出標準格式的數據，一遍實現由機器控制的分級和機器導航。

3、 結語

Bentley通過其豐富的產品線和其對于信息數據的準確把我，給我們創造了一個很好的平臺，通過PW的信息交流平臺和Microstation圖形平臺，我們可以很好的實現全專業的全球設計協同，我們希望能夠為大家在設計流程優化、設計過程乃至EPC的施工和工廠的運維階段提供更好的服務。