许雷 叶学华

摘 要：烟草企业为了适应新工艺、新技术的要求，都会进行大规模技术改造。在技改完成后，为充分挖掘新工艺和新技术的优势，经常会在既有现状的基础上进行小改小革，以便在提高产品内在品质的同时降低成本和消耗。为解决传统的CAD制图软件只能显示二维平面模型的弱势，在进行小改小革的方案论证时，通过引入逆向工程技术，借助三维激光扫描技术，对现状进行摸排，建立现状BIM模型，在此模型中进行方案论证时，较为直观高效，且能快速进行管道碰撞检查，得到优化报告和施工图纸，指导后续项目实施。

关键词：逆向工程;BIM技术;协同作业;小改小革

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0087-02

0 引言

随着烟草市场需求的不断升级，卷烟的内在品质迫切需要升级维护，以满足消费者个性化需求。卷烟作为特殊的消费品，其产品质量受环境（温度、湿度等）影响较大。为适应卷烟工艺不断提升，保障产品内在质量，需要对生产车间环境条件进行改善。卷烟生产联合工房空调、暖通、消防、送丝、除尘等管道错综复杂，在经历各期技改后，已经很难完成其他管道优化布局。为减少新增管道实施工程遇到的碰撞问题，本文以曲靖卷烟厂装封箱间改造为例，利用BIM（Building Information Modeling）逆向技术，对现状进行还原，采用BIM进行逆向建模，仿真新增管道的安装实施过程，在减少碰撞降低施工难度的同时，高效完成改造方案的实施。在改造与生产协调困难等既有建筑改造技术难题的同时，能获得现状原始图纸资料，为实现智能智造奠定基础。

1 逆向工程

1.1 逆向工程

建筑信息模型（BIM）是以三维数字技术为基础、集成了建筑工程项目各种相关谢谢的数据模型，是对工程项目设施实体与功能性的数字化表达。逆向工程（又称逆向技术），即通过技术手段对得到现状的数字模型，以该模型为基础，进行逆向分析及研究，模拟小改小革的改造实施过程[1]。

1.2 逆向工程的关键技术

逆向工程的关键技术主要有：三维激光扫描数字化测量、测量数据预处理、三维重构、坐标配准和误差分析。其中三维重构就是由测量数据生成三维实体模型的过程，主要使用的软件有Imageware Surfacer、Geomagic Studio、CopyCAD、RapidForm等。

1.3 三维点云模型构建

利用三维激光扫描仪获得的点云数据，可以直接导入Imageware软件或FARO三维激光扫描仪scene中进行一系列的处理，最终生成三维实体模型，实施的技术流程为：三维激光扫描→点云数据拼接→完整点云模型→基于点云的模型创建[2]。

SCENE是面向专业用户的全方位3D点云处理和管理工具。该软件用于查看、管理和处理从三维激光扫描仪获取的三维扫描数据。具体处理步骤如：

（1）设备原形的数字化。采用激光扫描仪测量装置获取零件原形表面点的三维坐标值，即点云数据。（2）从测量数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。（3）设备原形CAD模型的重建。将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。在三维激光扫描仪SCENE中选择自动拼接，用标靶球进行简单高效预处理，最终获得精确点云模型。

2 逆向工程的运用

本文以曲靖卷烟厂现有装封箱间区域钢格栅上部加装空调风管为例，利用三维激光扫描技术，获得该区域三维数字实体模型，仿真加装风管及风口实施方案，有效减少碰撞，降低施工难度，对其他管道类技术改革具有较强的借鉴意义[3，4]。

2.1 装封箱间区域钢格栅上部现状

在技改完成后，现有装封箱间区域内暖通、空负压、水汽气等管线错综复杂，管道新增及后续施工难度较大。通过三维激光扫描，构建三维实体模型，装封箱间区域钢格栅上部现状详细示意如图1所示。

2.2 装封箱间区域钢格栅上部BIM模型及新增风管平面图

根据装封箱间设备布局和工艺要求，根据生产车间温湿度要求，新增空调风管送回风管及风口，在BIM三维信息模型中得到对应模型，进而得到后续施工方案。新增风管BIM模型与平面图对比如图2所示。

2.3 BIM模型优化报告及施工图

通过逆向工程的BIM模型和实景现状（或三维点云模型）分析，得到优化报告，及时发现碰撞及施工问题，有效降低施工难度。在本次装封箱间新增空调风管改造中，主要存在问题和优化建议如下：

（1）KJ8回风主管。问题说明：由KJ8回风主管引出的回風管，主管按原设计位置拐弯较多，施工平面图难度大;2轴与3轴之间的回风口原设计位置与排烟主管碰撞。优化建议：由KJ8回风主管引出的回风管向北移动至H1轴往北第一根吊杆北侧安装;2轴与3轴之间的回风口向东南移动。KJ8回风主管碰撞模型图纸对比如图3所示。

（2）KJ9送风主管。问题说明：由KJ9送风主管引出的送风管2轴与3轴之间的送风口下穿灯带;送风口与回风口距离较近，影响空调功能及温湿度控制。优化建议：2轴与3轴之间的送风口;北侧和中间两排在原设计位置基础上向北移动避开灯带。KJ9送风主管碰撞模型图纸对比如图4所示。

（3）KJ6送风主管。问题说明：由KJ6送风主管引出的送风口原设计位置上方有空调送回风主管，剩余空间狭小，施工难度大。优化建议：由KJ6引出的送风口向南大空间移动，均布置送风管。KJ6送风主管碰撞模型图纸对比如图5所示。

3 结语

本文将基于三维激光扫描的逆向工程技术引入到工厂改造项目中，进行逆向数据数据采集，获取项目现状的原始技术资料，能够模拟小改小革的施工过程，有效解决施工过程中碰撞等难题，解决了既有工程改造过程中存在的技术难点。通过底层统一规则编码+自主平台开发，自主研发工厂信息基础运营平台，可解决现有工厂建设模式下的建设阶段与生产阶段之间的数据割裂问题，拓展现有工厂的数字化运营管理，基于逆向工程的BIM技术在工程全生命周期运维，为建设智慧工厂，构建MBE（基于模型的企业Model Based Enterprise），实现智能制造奠定基础。

参考文献

[1] 谢婷，张晓玲，孙亦军，等.BIM技术在机电管线综合深化设计中的应用[J].建筑技术，2016（8）：727-729.

[2] 王建宇，王昕妍.二次开发实现从AUTOCAD到REVIT快速翻模技术研究[J].土木建筑工程信息技术，2015（3）：111-115.

[3] 张人友，王珺.BIM核心建模软件概述[J].工业建筑，2012（S1）：66-73.

[4] 王树友.BIM技术在施工阶段的应用研究[J].价值工程，2015（30）：216-218.