隨著光電、半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、航空航天、精密制造等需要清潔環(huán)境的行業(yè)的發(fā)展，潔凈室結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，對清潔等級的要求也越來越高。風(fēng)、水、氣、電等道、設(shè)備組織越來越復(fù)雜，越來越多的單位需要協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和施工，各種設(shè)備管道和施工單位施工過程碰撞越來越多，無塵車間技術(shù)人員需要提高工程部件和施工過程的預(yù)測能力。三維設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)為解決設(shè)計(jì)工人面臨的問題提供了條件。

三維設(shè)計(jì)集成工程項(xiàng)目中的各種相關(guān)信息和數(shù)據(jù)提供了可視化的思路，以三維實(shí)物的形式展示設(shè)計(jì)圖紙中的線條構(gòu)件。通過建立三維模型，設(shè)計(jì)師根據(jù)模型存儲所有相關(guān)信息，包括平面圖、立面圖和剖面圖、表格、文字說明和材料清單。所有這些信息都是根據(jù)模型生成的，并隨著模型的變化而調(diào)整。

可視化模型使結(jié)構(gòu)直觀模擬成為可能，提高碰撞檢查和優(yōu)化效率。目前，三維設(shè)計(jì)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、動畫設(shè)計(jì)和機(jī)械、飛機(jī)、汽車、造船、建筑等行業(yè)。特別是建筑業(yè)，近年來發(fā)展迅速，BIM也就是說，基于三維數(shù)字技術(shù)的建筑信息模型已經(jīng)得到了全球建筑業(yè)的廣泛認(rèn)可。在中國，出現(xiàn)了大量相關(guān)的三維數(shù)字技術(shù)軟件，各有專業(yè)知識，在建筑設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用也如火如荼，如深圳灣體育中心、深圳平安大廈、上海巨無霸上海中心等大型建筑場館BIM技術(shù)、工業(yè)園區(qū)建筑也在逐步引進(jìn)BIM，如正在建設(shè)的深圳灣科技生態(tài)園。

潔凈行業(yè)與建筑密切相關(guān)。在設(shè)計(jì)施工中，還應(yīng)根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)引入三維設(shè)計(jì)技術(shù)，提高無塵車間的設(shè)計(jì)施工水平。

三維設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值

可視化設(shè)計(jì)

基于三維設(shè)計(jì)軟件的三維潔凈室系統(tǒng)模型，通過三維渲染、虛擬漫游、虛擬施工、虛擬切割等方式將隔離系統(tǒng)、送回風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水、蒸汽、純水、純氣、電氣管道和清潔設(shè)備、過濾端、照明直觀地展示給工程設(shè)計(jì)人員、施工人員和業(yè)主（圖1）。

參數(shù)化設(shè)計(jì)

三維建模過程是參數(shù)設(shè)計(jì)，通過參數(shù)屬性定義潔凈室組件、設(shè)備，包括管道和外部建筑，并通過這些屬性自動統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析、修改三維模型參數(shù)、調(diào)整，達(dá)到設(shè)計(jì)和模型驅(qū)動的目的。結(jié)合可視化渲染，工程圖紙將工程信息準(zhǔn)確地傳達(dá)給工程技術(shù)人員和項(xiàng)目管理人員。

關(guān)聯(lián)修改

在無塵車間項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，工程圖各視圖與三維模型參數(shù)實(shí)時(shí)相關(guān)，在設(shè)計(jì)或評審過程中增加，刪除或修改三維特征，自動更新各視圖，提高設(shè)計(jì)變更效率，減少漏畫、少畫等工程圖錯(cuò)誤（圖2）。

協(xié)同設(shè)計(jì)

無塵車間涉及暖通空調(diào)、給排水、建筑、電氣、自動控制、機(jī)械、結(jié)構(gòu)等專業(yè)。在工程設(shè)計(jì)中，特別是在大型清潔項(xiàng)目中，專業(yè)技術(shù)人員需要同時(shí)工作，專業(yè)人員對其他專業(yè)知識的理解有限，導(dǎo)致溝通不良和協(xié)作困難（圖3）。在參數(shù)三維設(shè)計(jì)中，各專業(yè)設(shè)計(jì)只能基于同一三維設(shè)計(jì)平臺實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多團(tuán)隊(duì)合作，輔以實(shí)時(shí)協(xié)作和分階段控制點(diǎn)協(xié)作、三維校準(zhǔn)等方法，及時(shí)解決各種錯(cuò)誤和碰撞，提高無塵車間的設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度。

設(shè)計(jì)結(jié)果性能分析

三維設(shè)計(jì)是參數(shù)設(shè)計(jì)。模型構(gòu)建完成后，可以利用設(shè)計(jì)平臺本身的分析功能進(jìn)行基本的參數(shù)分析。對于一些特殊的模擬，如：CFD模擬潔凈室氣流組織、熱傳導(dǎo)和熱流組織?？梢岳迷O(shè)計(jì)平臺的格式轉(zhuǎn)換工具，將三維設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)換為適合分析平臺或軟件識別的格式，然后在轉(zhuǎn)換格式的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和調(diào)整，無需二次建立三維邊界，即可對模型進(jìn)行功能分析和調(diào)試。通過對設(shè)計(jì)結(jié)果參數(shù)的分析，指導(dǎo)回風(fēng)、照明、設(shè)備、出入口的結(jié)構(gòu)布局，為優(yōu)化潔凈度、氣流速度、氣流組織等功能參數(shù)提供依據(jù)，消除使用過程中可能存在的隱患，實(shí)現(xiàn)施工結(jié)果的可控性。

三維設(shè)計(jì)交付

三維設(shè)計(jì)帶來了直觀的可視化三維模型、準(zhǔn)確的二維表達(dá)工程圖紙和詳細(xì)的自動生成材料清單，包括功能參數(shù)和性能特征，使設(shè)計(jì)結(jié)果交付更加直觀、詳細(xì)，成為無塵車間設(shè)計(jì)交付或設(shè)計(jì)交底的新模式。

無塵車間三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢

設(shè)計(jì)階段工作重點(diǎn)提前工作

隨著無塵車間技術(shù)的發(fā)展和管理水平的提高，無塵車間項(xiàng)目管理將由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，要求設(shè)計(jì)文件更加詳細(xì)、準(zhǔn)確，工程設(shè)備及配件更加，促進(jìn)潔凈室施工模式向裝配模式的轉(zhuǎn)變。裝配模式導(dǎo)致無塵車間項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和施工過程中工期比例的變化。以無塵車間項(xiàng)目為例，二維設(shè)計(jì)方法和三維設(shè)計(jì)方法各階段的工期如圖4所示。

從圖4可以看出，在二維設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，花費(fèi)了大量的時(shí)間在繪圖、清單編制和協(xié)調(diào)上，而與項(xiàng)目質(zhì)量密切相關(guān)的方案選擇、專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)等重要部分花費(fèi)的時(shí)間相對較少。由于三維設(shè)計(jì)可以自動生成各種工程圖紙和清單，提高了無塵車間項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)師有更多的時(shí)間用于三維模型和方案的選擇、專業(yè)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和協(xié)作。詳細(xì)的三維模型設(shè)計(jì)和優(yōu)化協(xié)作的結(jié)果也促進(jìn)了潔凈室構(gòu)件尺寸的精度，參數(shù)化的構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙更適合工程構(gòu)件的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，縮短了現(xiàn)場施工時(shí)間。

虛擬裝配使現(xiàn)場施工簡化，提高質(zhì)量

與二維設(shè)計(jì)相比，在三維設(shè)計(jì)中，潔凈室部件通過參數(shù)三維數(shù)據(jù)顯示，工程計(jì)算通過三維建模自動更新，數(shù)據(jù)信息完整，傳輸過程無信息損失，可進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算和模擬，設(shè)計(jì)參數(shù)（圖5、圖6）可根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)調(diào)整后的三維設(shè)計(jì)結(jié)果與物理部件一致?？蛇M(jìn)行虛擬裝配施工，使無塵車間從3開始D設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向4D施工。

潔凈室的虛擬施工是在施工前進(jìn)行的。也就是說，在施工前，基于虛擬環(huán)境、模擬、分析、測試設(shè)計(jì)結(jié)果和施工組織設(shè)計(jì)方案的可行性，然后優(yōu)化和調(diào)整，獲得方案。因此，虛擬施工不僅是一個(gè)設(shè)計(jì)繪圖過程，而且是一個(gè)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果比較過程。在潔凈室虛擬施工中，除了所有虛擬潔凈室原型構(gòu)件外，還需要通過三維可視化平臺創(chuàng)造虛擬現(xiàn)實(shí)施工環(huán)境、資源模型和工藝模型，實(shí)現(xiàn)施工過程的有效可視化模擬。通過原型構(gòu)件的模擬施工，減少各系統(tǒng)之間結(jié)構(gòu)碰撞和施工周期碰撞的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和施工方案，提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)精度，提高施工精度和無塵車間質(zhì)量。

優(yōu)化施工成本

在無塵車間，工程的規(guī)模和復(fù)雜性一般不如大型建筑工程大，因此不會建立工期。成本數(shù)學(xué)模型，然后通過復(fù)雜的迭代過程優(yōu)化成本。在無塵車間，工程項(xiàng)目可以通過三維設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行分段分段，通過三維可視化模型模擬施工過程，使構(gòu)件材料更加準(zhǔn)確(圖1)。模擬過程優(yōu)化施工方案，使施工組織更加合理有序。通過提高人、材、機(jī)的綜合配置能力和施工管理能力，降低損耗和成本。

三維技術(shù)在無塵車間的應(yīng)用

目前有很多三維設(shè)計(jì)平臺和軟件，包括各種建筑BIM軟件，如Autodesk的Revit等等；機(jī)械類Pro-e，Solidworks三維工程軟件等。但結(jié)合無塵車間裝配式施工的特點(diǎn)、建筑的特點(diǎn)，BIM軟件和機(jī)械軟件都缺乏，這也是無塵車間行業(yè)三維設(shè)計(jì)和應(yīng)用發(fā)展緩慢的原因。以下是一個(gè)項(xiàng)目Solidworks模型介紹了無塵車間的三維設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程。